纳氏试剂分光光度法测定氨氮浓度的影响因素

张春苗 李彩然

（天津壹新环保工程有限公司 天津 300403）

引言

由于国家对环保的重视程度越来越高，污水排放的要求也日益严苛，对污水中氨氮、总氮、总磷的控制指标也越来越低。根据天津市地方标准《污水综合排放标准》（DB12/ 356-2018 ）中直接排放的二级标准规定，污水中氨氮浓度要低于3.5mg/L 才能排放[1]。为保证污水处理厂出水指标的合格性，因此需要对其中的氨氮物质含量进行准确检测[2]。

对水环境而言，氨氮是其主要的污染物质。水体中的鱼类和藻类等生物对氨氮的浓度较为敏感，当氨氮的浓度超过一定范围时，会造成水体中鱼类的死亡。同时，氮、磷也是引起水体富营养化的主要营养物质，严重威胁到生态平衡和人类的生产生活[3]。因此，通过对氨氮含量的准确测定可以更加全面地了解水体污染情况，掌握水体环境质量，提高水质监测的精准性[4]，为今后采取更有效的措施预防和控制水体污染创造良好的条件。

目前，水中氨氮的主要检测方法有纳氏试剂比色法、水杨酸分光光度法、蒸馏-中和滴定法、靛酚蓝分光光度法、纳氏试剂分光光度法、电化学分析方法和仪器分析方法[5]。其中，纳氏试剂分光光度法具有更为方便、简洁、效率高、经济节能的特点。因此，本实验采用纳氏试剂分光光度法测定氨氮的浓度，并探讨了掩蔽计、Fe2+的浓度和pH 对其检测浓度的影响。

1 纳氏试剂分光光度法检测水中氨氮的浓度

1.1 检测原理

以游离态的氨或铵离子等形式存在的氨氮与纳氏试剂反应生成淡红棕色络合物，该络合物的吸光度与氨氮含量成正比，于波长420nm 处测量吸光度[6]，反应方程式为NH3+2(HGI2·2KI)+3NaOH=NH2·HgI·HgO+4KI+3NaOH+2H2O。

纳氏试剂分光光度法对环境的适应性较强，适用于大多数水体的检测，是较为合适和理想的分析方法。但从纳氏试剂分光光度法检测水中氨氮的方法可以看出，对氨氮检测结果的干扰因素依然有很多，如显色时间、试剂储存时间、温度、水的酸碱度、金属离子、色度以及浊度等，在前处理和检测过程中要尽量消除这些干扰[7]，以免影响检测的准确性。

1.2 检测影响因素

1.2.1 显色时间的影响

由于氨氮检测采用的是比色方法，因此显色时间对氨氮的检测浓度影响较大，检测过程中应该选择合适的显色时间。通过资料调研发现，显色2min 之内吸光度呈现上升趋势，4～10min 之间吸光度基本趋于稳定，超过10min 后，吸光度不再变化。因此，在检测过程中要尽量控制显色时间在10min 以上[8]。

1.2.2 试剂存储时间的影响

纳氏试剂分光光度法检测氨氮的方法中，显色剂的稳定性直接影响氨氮检测结果的准确性，因此试剂的存储条件尤其重要。根据资料调研发现，试剂最佳的存储条件为20～30℃，最佳的储存天数是 12d。当超过12d后，显色剂的稳定性变差，显色不稳定，导致检测的稳定性下降。纳氏试剂分光光度法检测氨氮的显色剂为溴百里酚蓝，因此在进行氨氮的实验室检测时，将试剂的储存天数控制在12d以下，并储存在通风良好、避光的条件下，将存储条件对氨氮检测浓度的影响降至最低[9]。

1.2.3 酸碱度的影响

根据纳氏试剂分光光度法检测氨氮的实验原理可以看出，显色反应的发生需要控制溶液中的酸碱度。当酸性过强或者碱性过强时，都会造成显色反应无法正常进行，从而影响氨氮的检测浓度[5]。

1.2.4 金属离子的影响

除了上述讨论的几种影响因素外，金属离子的浓度同样对氨氮的检测产生一定的影响。当水中Ca2+、Mg2+离子的浓度较高、水体的硬度较大时会导致人体器官功能障碍，使身体内部逐渐形成结石，危害人体健康[10]。当水溶液中Ca2+、Mg2+等金属离子达到一定的限值时，与纳氏试剂中的OH-发生反应，此时就会影响纳氏试剂的显色反应，使其颜色的变化与氨氮的含量不再呈现线性相关性，不符合朗博比尔定律，从而对吸光度产生一定的影响，以及影响氨氮的实际检测浓度[11]。因此，为了避免水的硬度对氨氮的检测产生影响，相关标准中规定加入一定量的酒石酸钾钠进行掩蔽，从而降低检测误差。

2 试验材料与方法

2.1 主要仪器

舜宇恒平752 型紫外分光光度计、上海越平pH 酸度计。

2.2 主要试剂

碘化汞、碘化钾、氢氧化钠、酒石酸钾钠、硫代硫酸钠、硫酸锌、淀粉-碘化钾试纸、氯化铵（优级纯）、硫酸亚铁、硫酸、无氨水等。

2.3 试验方法

2.3.1 试剂的配置

氨氮检测过程中对配置溶液的水质要求较高，如果使用蒸馏水则需要经过二次处理后方可进行试剂的配置。本实验采用哇哈哈纯净水，对其进行二次蒸馏检测空白吸光度达到实验要求后开始配置试剂，即制备无氨水。

首先，取0.1909g 氯化铵（NH4Cl,优级纯，在100～105℃干燥2h），溶于水中，移入1000mL容量瓶中，用无氨水稀释至标线。此配置溶液的氨氮浓度为50mg/L（接近于现有污水样品的氨氮浓度） ，用此配置的溶液代替污水。其次，将上述浓度的污水配置8～10L，然后均匀混合后用紫外分光光度计分别测量3次，取平均值。最后，将其余试剂，如氨氮的标准溶液（绘制标线用）、纳氏试剂、酒石酸钾钠等，均按照标准中的规定进行配置。

2.3.2 Fe2+浓度对氨氮检测浓度的影响[12]

向配置好的污水中分别加入0g、0.0248g、0.0496g、0.0621g、0.124g、0.1862g、0.2482g、0.3103g 硫酸亚铁，用2.3.1 中配置的污水定容至500mL，使得到的污水溶液中Fe2+浓度分别为0mg/L 、10mg/L、20mg/L、25mg/L、50mg/L、75mg/L、100mg/L、125mg/L。利用紫外分光光度计检测不同Fe2+浓度下氨氮的浓度。

2.3.2.1 不添加掩蔽计-酒石酸钾钠

取上述含有不同浓度Fe2+的污水溶液各50mL 于比色管中，分别加入纳氏试剂1mL，摇匀，静置10min 以上，在波长420nm 处，测量吸光度。

2.3.2.2 添加掩蔽计-酒石酸钾钠

取上述含有不同浓度Fe2+的污水溶液各50mL 于比色管中，分别加入酒石酸钾钠1mL，纳氏试剂1mL，摇匀，静置10min 以上，在波长420nm 处，测量吸光度。

2.3.3 pH 对氨氮检测浓度的影响

检测配置好污水的pH，然后利用硫酸溶液调节污水的pH，分别将污水的pH 调为1.95、2.86、3.82、4.92，再利用紫外分光光度计检测不同pH下氨氮的浓度（添加掩蔽计-酒石酸钾钠）。

2.3.4 pH 和Fe2+浓度对氨氮检测浓度的影响

取实验2.3.2.2 中污水溶液中Fe2+浓度为20mg/L，125mg/L 的溶液，利用硫酸调节pH，分别将pH 调为1.95、2.86、3.82、4.92，再利用紫外分光光度计检测不同状况下氨氮的浓度（添加掩蔽计-酒石酸钾钠）。

3 试验结果与分析

3.1 Fe2+浓度对氨氮检测浓度的影响

从表1、表2 可以看出，配置的氨氮理论浓度为50mg/L 的污水，不添加掩蔽计的实际检测浓度为62.24mg/L，添加掩蔽计的实际检测浓度为58.12mg/L。不添加掩蔽计使得氨氮的检测浓度高于添加掩蔽计时氨氮的检测浓度。

表1 氨氮的检测浓度（不添加掩蔽计-酒石酸钾钠）

表2 氨氮的检测浓度（添加掩蔽计-酒石酸钾钠）

结合表1 和图1 可以看出，不添加掩蔽计酒石酸钾钠时，没有Fe2+的空白溶液，氨氮的检测浓度和理论浓度50mg/L 相差较大；随着污水中Fe2+的浓度升高，氨氮实际检测浓度逐渐升高，掩蔽计酒石酸钾钠的添加与否对氨氮的检测浓度影响较大，因此后续实验过程中需要按照标准的要求选择添加掩蔽计。

图1 不同Fe2+的浓度对氨氮检测浓度的影响

添加掩蔽计酒石酸钾钠后，当Fe2+的浓度低于20mg/L 时，其对氨氮的检测浓度影响较小，且低于没有Fe2+时检测浓度的均值58.12mg/L；当Fe2+的浓度高于20mg/L 时，其对氨氮的检测浓度影响较大，随着Fe2+浓度的增加，氨氮的检测浓度逐渐升高，当Fe2+浓度达到125mg/L 时，氨氮的检测浓度高于没有Fe2+离子时检测浓度的均值34.08mg/L，远超过氨氮的理论浓度和实际检测浓度。由此可以看出，Fe2+的浓度对纳氏试剂分光光度法测定氨氮的浓度影响较明显。

3.2 pH 对氨氮检测浓度的影响

从表3 可以看出，配置的理论氨氮浓度为50mg/L 污水的pH 为6.79，当降低污水的pH 时，随着pH 的降低，氨氮的检测浓度逐渐高于没有调节pH 时氨氮的检测浓度，当pH 降低至1.95 时，氨氮的检测浓度为62.5mg/L，已经高于实际检测浓度4.38mg/L。因此，可以推断，当污水中pH较低时，也会影响氨氮的检测浓度。

3.3 pH 和Fe2+浓度对氨氮检测浓度的影响

结合表4、表5 可以看出，当Fe2+的理论浓度越高，pH 越低时，氨氮的检测浓度越高，因此对来样污水检测时需要调节pH 至中性范围，并且其中金属离子的含量较少时，检测的准确性最高。

表4 Fe2+的理论浓度为20mg/L 时不同pH 下氨氮的检测浓度

表5 Fe2+的理论浓度为125mg/L 时不同pH 下氨氮的检测浓度

结论

由于水中的金属离子Ca2+、Mg2+浓度直接影响氨氮的检测浓度，因此检测氨氮的浓度需要加入掩蔽计来规避其对氨氮检测浓度的影响。但当溶液中Fe2+离子浓度升高后，不管是否加入掩蔽计酒石酸钾钠，氨氮的检测浓度都随着Fe2+浓度的升高而增加；添加酒石酸钾钠后氨氮的实际检测浓度低于未加入酒石酸钾的检测浓度。因此，掩蔽计的加入对氨氮的检测浓度影响较大，在检测过程中需要添加一定浓度的掩蔽计才可以规避金属离子带来的影响。

从实验数据看出，添加掩蔽计后Fe2+和pH对纳氏试剂分光光度法测定水中氨氮的浓度影响同样较大。当Fe2+浓度高于20mg/L 时，氨氮的检测浓度随着Fe2+浓度的升高逐渐升高；当Fe2+的浓度低于20mg/L 时，其对氨氮的检测浓度影响并不明显；当降低pH（酸性）时，随着pH 的逐渐降低，氨氮的检测浓度逐渐升高。在低pH下（酸性），Fe2+的浓度过高时，氨氮的检测浓度准确度降低。因此，当污水中的金属离子浓度过高，尤其是Fe2+浓度过高或者pH 过低时，需要调节pH 至中性范围内才可以继续测试。当Fe2+的浓度过高时，添加掩蔽计已经无法保证检测数据的准确性，需要更换氨氮的检测方法或对污水采用絮凝等前处理，才能保证检测的准确性。