现代分析技术在水质氨氮监测中的应用

2022-04-16李凤超

当代化工研究 2022年6期

关键词：光度法分光气相

＊李凤超

（山东省潍坊生态环境监测中心山东 261000）

氨氮在水体中以铵盐与游离氨两种形式存在，一旦氨氮超标，会导致大量鱼类死亡。介此，需积极采取现代分析技术对水质氨氮进行实时监测。

1.应用于氨氮监测的现代分析技术

(1)分光光度法

分光光度法是氨氮监测中的常见现代分析技术，根据不同物质对波长吸收性的差异监测水体氨氮含量。具体包括纳氏试剂分光光度法、水杨酸分光光度法。

①纳氏试剂分光光度法。借助铵离子、游离铵与碘化钾强碱溶液之间的化学反应，生成对波长410～425nm的光有强烈反应的黄色胶体化合物。该化合物色度和铵离子、游离氨的氨氮含量呈正比关系。所以，该方式可依照化合物色度测定水体中氨氮含量的变化趋势。

②水杨酸分光光度法。在碱性介质中，以亚硝酸铁氰化钠作为催化剂，氨与水杨酸与次氯酸发生化学反应产生蓝色化合物，可吸收波长为697nm的光。该方式产生的蓝色化合物的色度与铵离子、游离氨的氨氮含量存在一定关系，可测定水体氨氮含量变化趋势，该方法已成为国家标准分析方法。

(2)电极法

电极法主要依据pH电极获取水体氨氮数据。在某水体中加入适量碱溶液后，调整pH值达到11及以上，水体中氨氮成分将以游离氨形式出现，游离氨穿过半透膜时会带动氯化铵电解溶液中铵离子移动，以此让水体中氢离子呈现剥离状态，影响pH电极数据。所以，该方法适用于水环境的氨氮含量测定。

(3)气相分子吸收法

该方法以亚硝酸盐为监测对象，根据其特性判断水体中氨氮含量，继而分析水体环境是否符合健康标准。气相分析吸收法应用前，应对水体样品进行预处理，借助酸性介质与无水乙醇将样品煮沸，消除水体中原有亚硝酸盐，避免亚硝酸盐影响检测结果。该方法主要借助氧化的方式将水体氨氮形成的铵离子、游离氨转化为亚硝酸盐，这是一个等量的转化过程。通过分析实验过后亚硝酸盐的含量得出样品水体中氨氮含量，以此实现对水体环境的监测。

(4)中和滴定法

中和滴定法是化学定量分析中常见的方法，利用溶液的酸碱度分析液体某种物质的含量。中和滴定法在检测水体中氨氮含量时常应用全自动凯氏定氮仪，全程以酸碱反应为核心，不会产生二次污染物，同时没有毒副作用，具备测定准确率高、操作简便等特点。

(5)离子色谱法

与分光光度法有一定差别，离子色谱法主要借助阳离子分析水体中氨氮含量。该方法需借助离子色谱仪，与纳氏试剂分光光度法相比，该方法测定效果更为理想及准确。

2.现代分析技术在水质氨氮监测中的应用

(1)纳氏试剂比色法的应用

纳氏试剂比色法主要在氨氮监测设备中安装蒸馏设备，无论水质环境如何，纳氏试剂比色法监测水体时都存在氨氮。借助微控制单元仪器在水质氨氮监测中可实现数据自动收集与控制，对氨氮含量进行合理化分析、处理及预警。实际水体监测中，可通过安装多种氨氮分析仪对水体质量进行分析，经数据显示，纳氏试剂比色法监测效果更佳。纳氏试剂应用中需了解误差来源，纳氏试剂主要通过与氨氮有机盐粒子反应，具有周期长和催化不彻底的问题，易造成反应不彻底，或反映过程中金属离子干扰反应结果，从而影响氨氮测定数据。因此，在应用纳氏试剂分光光度法时需关注有机反应是否充分，降低测量误差。此外，在运用纳氏试剂比色法时，由于试剂生产厂家与批次不同，其添加剂中含有的钠离子、钾离子、铵离子与氮离子的量不同，在测定水样氨氮含量时考虑试剂元素对检验结果的影响。有关文献显示，如果采样量小于50mL，试剂对轻度氨氮污染水体水样的氨氮测定有明显影响，将造成水样含氮量提升约20%，导致测量结果失真，无法准确分析水体污染程度。所以，应用纳氏试剂分光光度法需充分考虑试剂成分与有机反应程度。

(2)比色法和滴定法的应用

水体监测中，氨氮监测常用比色法与滴定法，为了提高仪器的实用性与普遍性，需对氨氮检测方式进行区分，借助实验测试，分析数据差异程度。为了提高检测精度，可利用K301进行实时监测，对水体氨氮含量变化进行实时把控，可保证其检测结果与纳氏试剂比色法不存在明显差异。

当在线检测完成后，运用常规氨氮处理方式，提高监测方式的适用性、针对性与合理性，发挥监测仪器的作用。除此之外，在运用SC1000型设备对水质氨氮进行监测时，可发现该设备具有精度高、灵敏度高等特点，但从该设备与其他系统的集成性分析，集成效果差异明显，应借助纳氏试剂比色法得出的结果进行比对。通俗地讲，完成氨氮在线监测后，分析其影响因素时，对不确定因素进行分析与汇总可保证监测结果的有效性与可行性，有利于降低误差。

(3)流动性注射法的应用

水体氨氮检测中，流动性注射已取得一定发展，并得到广泛应用，成为废水水质标准检测的重要措施。流动性注射需重点研究实验的干扰因素与环境条件。对现有研究成果进行汇总发现，该方式对氨氮测定结果受实验环境因素的影响较小，可保证高精度、高效率的水体氨氮检测。值得一提的是，在应用流动性注射方式检测水体氨氮时，需优化气体扩散机制，确保水体氯离子经扩散后可快速分离，最后运用吸收法去除水质污染源。水质氨氮监测可借助氨氮含量线性特征曲线，搭配电极法使用，以此提高氨氮检测系统的完整性与科学性。除此之外，流动性注射法还可与和荧光法相结合，可实现水体氨氮的自动与高精度检测。

(4)氨氮敏电极与全自动凯氏定氮仪的应用

氨氮敏电极、全自动凯氏定氮仪联合运用可分析水体中不同离子的总量，有效提高氨氮监测质量与精度。氨氮敏电极类分析仪器应用过程中，监测人员需确保电极的稳定，同时给出电极不稳定带来的误差，经过多次试验与测定，逐步提高氨氮数据测量的精准性。考虑到敏电极类分析仪器存在固定误差的问题，可搭配全自动凯氏定氮仪使用，以此减小误差。例如：应用Amatx-sc1000在线监测仪时，其原理是氨氮敏电极分析技术，借助仪器测定电动势测量与判断氨氮在样品水体中的含量，氨氮监测设备相对低浓度氨氮测量中具有较高灵敏度，反而高浓度氨氮水体监测的结果精准度难以保证，全自动凯氏定氮仪的应用可解决这一问题，提高水体氨氮监测质量，扩大设备监测范围。

3.现代分析技术在水质氨氮监测中的实际应用——以气相分子吸收法实验为例

借助实验的方式，以气相分子吸收光谱法对水体样品氨氮进行测定，通过测试检出限、精密度、精准度与t检验，得出气相分子吸收光谱法在实际水质氨氮测定中满足要求。最后提出高浓度COD废水测定应用该方法测定水体氨氮的改进措施。

(1)实验操作

①实验试剂配备

配备亚硝酸盐、次溴酸盐氧化剂，其余用到试剂根据国家标准方法HJ195-2005配制。

②仪器与参数

一台气相分子吸收光谱仪（上海北裕分析仪器GSM3380）。仪器参数为：锌空心阴极灯电流2.5mA、工作波长219.3nm、载气流量0.5L/min。该设备以峰高为测量方式。

③水体样品采集与贮存

水体样品存储在聚乙烯材质或玻璃瓶中，以满载为标准。水体样品以立即测定为主，如果滞缓测量需加硫酸将pH控制在2以下；温度控制在2～5℃之间，最长贮存时间为1天。

④实验原理与方法

置于2%～3%酸性介质，水体样品中加入无水乙醇煮沸，彻底去除水体中亚硝酸盐等干扰物质，将次溴酸盐作为氧化剂，把水体样品中氨及铵盐氧化为等量亚硝酸盐，借助气相分子吸收光谱法检测以硝酸盐氮形式存在的氨氮含量。

(2)结果与讨论

①曲线绘制

将亚硝酸盐标准使用液置于反应瓶中，将其浓度控制在0～2.0mg/L 7个曲线点进行测定，详见表1。

表1 测定结果

②方法检出限与精密度分析

采取空白样品加标方式，让加标浓度维持在0.04mg/L，共进行七次样品测定，以此得出检出限与精密度，数据见表2。经过显示，检出限为0.015mg/L，符合HJ/T195-2005标准。

表2 检出限测定结果

③方法准确度及比对

实验结果详见表3与表4。从表2与表3数据得知，本次实验测定结果精准度与精密度较高。通过对水体样品测定值进行t检验（t=1.121＜2.447），表4结果显示，气相分子吸收光谱法和纳氏试剂分光光度法检测结果无明显差别，由于纳氏试剂分光光度法前处理环节较为繁琐，分析时间较长，同时纳氏试剂配置较为复杂，所以气相分子吸收光谱法优势显著。气相分子吸收光谱法具有分析时间短、试剂无毒害、可批量处理等优势，在水体氨氮监测中具有巨大发展前景。

表3 方法准确度

表4 方法比对

④高浓度化学需氧量（COD）样品测定

应用气相分子吸收光谱法测定高浓度化学需氧量水体样品（COD＞100mg/L）时，易出现稀释倍数不同的情况，对测定结果影响较大，导致无法判断测定结果。如果出现此类情况，需分析实时光谱图，当图示正常时，表明稀释倍数处于正常状态，即氧化剂刚好可全部氧化水体样本中的还原物质（光谱图见图1、图2）。此外，还可借助改变次溴酸盐浓度的方式加大氧化能力，避免稀释倍数对氨氮测定的影响。研究资料显示，溴酸钾与溴化钾用量与试剂用量可对氧化剂配比进行优化与改进，将氧化量提高到100μg。