葉育萬，陳 明，楊立君，梁 鴻

（1.深圳大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，廣東 深圳 518061；2.深圳市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，廣東 深圳 518049）

實(shí)驗(yàn)室與分析

氨氮值水楊酸流動(dòng)注射儀器法與納氏試劑比色法對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究

葉育萬1,2，陳 明2，楊立君2，梁 鴻2

（1.深圳大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，廣東 深圳 518061；2.深圳市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，廣東 深圳 518049）

介紹了用水楊酸流動(dòng)注射儀器法、納氏試劑手工比色法測(cè)定不同工業(yè)廢水、河流和水庫(kù)樣品的氨氮值。通過進(jìn)行對(duì)比重復(fù)試驗(yàn)研究得出，水楊酸流動(dòng)注射儀器法檢測(cè)氨氮可以代替納氏試劑手工比色法，以更快的速度、更少的二次污染來測(cè)定水質(zhì)的氨氮值。

氨氮值；水楊酸流動(dòng)注射儀法；納氏試劑比色法

氨氮是我國(guó)環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的一個(gè)重要指標(biāo)，是判斷水體污染程度的重要標(biāo)志之一。研究表明，水中非離子氨的濃度應(yīng)低于0.02mg·L-1，人體內(nèi)如果吸入濃度為0.1mg·L-1的氨氣氣體時(shí)就會(huì)有刺激感，而吸入濃度高于1.75mg·L-1的氨氣時(shí)，就會(huì)造成急性死亡。國(guó)內(nèi)測(cè)定氨氮的主要方法有水楊酸-次氯酸鹽分光光度法、納氏試劑比色法、凱氏定氮法、吹脫-電導(dǎo)法等[1-10]。國(guó)外檢測(cè)水體中氨氮的方法主要有納氏試劑法、氣相分子吸收法、電極法、熒光法、苯酚-次氯酸鹽比色法等[11-12]。納氏試劑比色法因其具有操作簡(jiǎn)單、靈敏度高等特點(diǎn)，是我國(guó)環(huán)境檢測(cè)中普遍使用的方法也是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法，但實(shí)際樣品分析中往往情況比較復(fù)雜，納氏試劑毒性大，對(duì)實(shí)驗(yàn)員和對(duì)環(huán)境污染都比較大，廢水中鎂、鈣等金屬離子、醛和酮類、硫化物、濁度及顏色等均會(huì)干擾測(cè)定，需要做相關(guān)前處理，操作繁瑣復(fù)雜[13-15]。隨著環(huán)境監(jiān)測(cè)樣品數(shù)量越來越多，納氏試劑法的測(cè)樣速度已經(jīng)越來越不能滿足大批量水樣的測(cè)定要求。研究靈敏度高、環(huán)境友好、選擇性好的測(cè)定方法是環(huán)境分析檢測(cè)研究者的重要研究方向。水楊酸-次氯酸鹽分光光度-流動(dòng)注射儀器法則可以避開以上缺點(diǎn)，且分析簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確，精密度、準(zhǔn)確度等均符合質(zhì)量控制（GB/Z 22553-2010）要求。故本文對(duì)此試驗(yàn)方法研究具有一定實(shí)際意義。

流動(dòng)注射分析法是1975年以來發(fā)展起來的溶液自動(dòng)分析和處理技術(shù)，具有設(shè)備操作簡(jiǎn)單、快速、試劑耗量少和適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)[16-19]。通過實(shí)驗(yàn)證明采用QuickChem FIA+8000流動(dòng)注射分析儀測(cè)定氨氮，檢出限為0.005mg·L-1，檢出限低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。此系統(tǒng)極大地滿足了大量環(huán)境樣品的分析要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 納氏試劑手工比色法

1.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

UV-8000紫外可見光分光光度計(jì)。

無氨水：在無氨環(huán)境中蒸餾水通過強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂（氫型）柱（18.2 MΩ·cm），將流出液收集在帶有磨口玻璃塞的玻璃瓶?jī)?nèi)，即制即用。

鹽酸：ρ(HCl)=1.18 g·mL-1。

碘化汞-碘化鉀-氫氧化鈉（HgI2-KI-NaOH）溶液：（1）稱取16.0g分析純氫氧化鈉（NaOH），溶于50 mL水中，冷卻至室溫。（2）稱取7.0 g碘化鉀（KI）和10.0 g碘化汞（HgI2），溶于水中。然后將此溶液在攪拌下，緩慢加入到上述50 mL氫氧化鈉溶液中，用水稀釋至100 mL。貯于聚乙烯瓶?jī)?nèi)，用橡皮塞或聚乙烯蓋子蓋緊，于暗處存放，有效期3個(gè)月。

酒石酸鉀鈉溶液（ρ=500 g·L-1）：稱取3.5 g硫代硫酸鈉（Na2S2O3）溶于水中，稀釋至1000mL。

1.1.2 試驗(yàn)方法

繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線：在8個(gè)50 mL比色管中，分別加入0.00 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、4.00mL、6.00 mL、8.00 mL 和 10.00 mL 氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液，加純水至標(biāo)線刻度，加入1.00mL納氏試劑，混勻，再加入1.00mL納氏試劑，混勻。放置10 min后在420nm處，用光程10nm的石英比色皿，以水為參比，測(cè)定吸光度。再由測(cè)得的吸光度減去零濃度空白管的吸光度后得到校正吸光度（此步驟現(xiàn)在可由儀器自動(dòng)完成）。

實(shí)際試驗(yàn)測(cè)定方法參照此步驟，遇到復(fù)雜樣品，如渾濁，有顏色等則水樣要經(jīng)過0.45μm濾膜抽濾后測(cè)定。如水樣呈中性，且基體簡(jiǎn)單，則不需預(yù)處理。

1.1.3 方法原理

以游離態(tài)的氨或銨離子等形式存在的氨氮與納氏試劑反應(yīng)生成淡紅棕色絡(luò)合物，該絡(luò)合物的吸光度與氨氮成正比，符合朗伯-比爾定律，于波長(zhǎng)420nm處測(cè)量吸光度。當(dāng)水樣體積為50 mL，使用20 mm比色皿時(shí)，本方法的檢出限為0.025 mg·L-1，測(cè)定下限為0.10 mg·L-1，測(cè)定上限為2.0 mg·mL-1（以N計(jì)），使用10mm比色皿時(shí)，最低檢出濃度為0.05mg·L-1。

1.2 水楊酸流動(dòng)注射儀器法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

QuickChem FIA+8000流動(dòng)注射分析儀。

無氨水：同上納氏試劑法制備。顯色劑、次氯酸鈉溶液、亞硝基鐵氰化鈉溶液等試劑均為分析純，配置用水均為無氨水，配制方法見文獻(xiàn)[1]。

1.2.2 試驗(yàn)方法

所有樣品采集后立即加入硫酸酸化至pH＜2，冷藏密封保存，并且要爭(zhēng)取在24h內(nèi)測(cè)定。做樣時(shí)如發(fā)現(xiàn)樣品渾濁或者有懸浮物，應(yīng)取上層清液或用0.45μm濾膜針筒抽濾后測(cè)定。然后，啟動(dòng)流動(dòng)注射模塊及電腦程序后，將進(jìn)樣管、進(jìn)試劑管卡壓在流動(dòng)泵，將所有管路入口浸入無氨水液面下。觀察進(jìn)液是否正常，如不正常則需重新安裝好。大約清洗15min后，將管路放入預(yù)先配置好的試劑，將要測(cè)的水樣放進(jìn)自動(dòng)取樣器。啟動(dòng)分析軟件。儀器首先泵入無氨水，待走穩(wěn)基線后，開始進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行工作曲線繪制及空白、水樣的測(cè)定。儀器測(cè)定結(jié)束后，用無氨水清洗所有試劑管路15min，然后再泵入空氣至管路中的液體完全被泵出，然后關(guān)軟件，打印報(bào)告，關(guān)機(jī)。

1.2.3 方法原理

水楊酸流動(dòng)注射儀器法是流動(dòng)注射分光光度法的聯(lián)用技術(shù)，其利用聚四氟乙烯管代替燒杯和容量瓶，用恒定流速的流量泵使被檢測(cè)試劑流過內(nèi)徑為0.5～1mm的聚四氟乙烯管，在中途有注入部件（旋轉(zhuǎn)閥）注入微升量試劑，使其在混合圈中反應(yīng)，最后進(jìn)入比色管進(jìn)行比色。在亞硝基鐵氰化鈉存在下，銨與水楊酸和次氯酸鹽反應(yīng)生成藍(lán)色化合物，最后，在650nm波長(zhǎng)下進(jìn)行比色測(cè)定氨氮值。

1.2.4 流動(dòng)注射儀器工作流程圖及儀器工作參數(shù)

流動(dòng)注射儀器工作流程圖見圖1。

圖1 流動(dòng)注射儀氨氮分析儀單元流程圖Fig.1 Flow injection for ammonia nitrogen analysis flow chart

本實(shí)驗(yàn)的相關(guān)儀器參數(shù)如表1所示。

表1 儀器工作參數(shù)Table1 The operation parameters for continuous flow analysis

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 納氏試劑分光光度法與水楊酸流動(dòng)注射儀器法測(cè)定氨氮的校準(zhǔn)曲線對(duì)比

2.1.1 分光光度法的工作曲線

分別取0.00、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00 mg·L-1的標(biāo)準(zhǔn)系列濃度，用UV8000型分光光度計(jì)在420nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度（比色皿厚度為10mm）。以氨氮濃度值為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制工作曲線。采用線性擬合法（GB/T 22554-2010），得線性回歸方程：C=-3.0293×10-2+5.2448×A，R2=0.99961。

圖2 納氏試劑分光光度法的的校準(zhǔn)曲線Fig.2 The Nessler’s Reagen Colorimetry method work curve

2.1.2 水楊酸流動(dòng)注射儀器法的工作曲線

在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，取標(biāo)準(zhǔn)濃度分別為0.00、0.10、0.20、0.50、1.00、3.00、5.00、8.00 mg·L-1的標(biāo)準(zhǔn)系列濃度，用水楊酸-次氯酸鈉流動(dòng)注射儀器法在650nm處，得到不同濃度的氨氮信號(hào)值（峰面積），以氨氮濃度值為橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的信號(hào)值（峰面積）為縱坐標(biāo)，繪制工作曲線。采用線性擬合法（GB/T 22554 -2010），得一元回歸線性方程：C=-3.0211×10-3+4.8306×A，R2=0.9983。

圖3 流動(dòng)注射法的工作曲線Fig.3 The flow injection work curve

2.2 檢出限

為測(cè)定水楊酸流動(dòng)注射儀器法的檢出限，取零濃度水樣（空白）進(jìn)行20次平行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 檢出限測(cè)試結(jié)果Tab.2 The result of Detection Limit /mg·L-1

方法檢出限計(jì)算公式：L=3Sb/k，其中，Sb為標(biāo)準(zhǔn)偏差，k為校準(zhǔn)曲線的斜率[2]。經(jīng)計(jì)算得L=0.005mg·L-1，與納氏試劑手工法檢出限L=0.02對(duì)比有顯著優(yōu)勢(shì)。

實(shí)驗(yàn)中，在配置納氏試劑時(shí)，要將堿液（NaOH）充分冷卻后再將汞鹽緩緩加入，否則易出現(xiàn)沉淀和渾濁，從而導(dǎo)致空白值偏高。通過重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)得知，影響納氏試劑空白值的主要原因是酒石酸鉀鈉和碘化汞。市售酒石酸鉀鈉配置的溶液一般要經(jīng)過加熱煮沸處理后，空白值才能滿足國(guó)標(biāo)要求。

2.3 精密度

分別配置濃度為0.50、1.00、3.00、5.00、8.00、10.00 mg·L-1的樣品對(duì)2種方法進(jìn)行精密度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3。測(cè)得結(jié)果與配置值相對(duì)偏差在可接受范圍，精密度滿足質(zhì)量控制要求。

表3 精密度結(jié)果Tab.3 The result of Precision

2.4 準(zhǔn)確度

2.4.1 標(biāo)準(zhǔn)樣品

采用國(guó)家環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所的標(biāo)準(zhǔn)樣品1.50 mg·L-1（允許值為±0.10 mg·L-1）和5.00 mg·L-1（允許值為±0.30 mg·L-1）對(duì)2種方法進(jìn)行準(zhǔn)確度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表4。測(cè)試結(jié)果在測(cè)試允許值范圍，符合要求。標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)試結(jié)果表明該實(shí)驗(yàn)方法準(zhǔn)確度亦符合要求。

表4 標(biāo)準(zhǔn)樣品結(jié)果Tab.4 The result of standard sample

2.4.2 回收率

對(duì)2個(gè)不同濃度范圍的實(shí)際樣品進(jìn)行加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表5。由表5可知，加標(biāo)回收率滿足質(zhì)控要求。2種方法結(jié)果均能符合要求。

表5 樣品加標(biāo)回收率結(jié)果Tab.5 The Recovery result

2.4.3 實(shí)際水樣測(cè)試結(jié)果對(duì)比

用本方法和納氏試劑手工法對(duì)不同類型（廢水、飲用水、河流水等）的樣品進(jìn)行全程對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見表6。從結(jié)果數(shù)據(jù)分析，2種方法測(cè)得的結(jié)果無明顯差異。

表6 水樣測(cè)試結(jié)果對(duì)比Tab.6 The comparison of sample test

3 結(jié)論

采用水楊酸流動(dòng)注射儀器法測(cè)定水中氨氮值，

所有技術(shù)指標(biāo)均能達(dá)到或者優(yōu)于傳統(tǒng)納氏試劑手工法，檢出限顯著低于納氏試劑法，精密度、準(zhǔn)確度、加標(biāo)回收率等符合要求，且納氏試劑手工法所使用的納氏試劑會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，在測(cè)試樣品較多的情況下，在較短時(shí)間內(nèi)很難完成大批量樣品檢測(cè)。

流動(dòng)注射儀器價(jià)格在20萬元左右，其檢測(cè)方法也符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。因此，水楊酸-次氯酸鹽分光光度-流動(dòng)注射儀器法測(cè)定水質(zhì)中氨氮值得推廣應(yīng)用于環(huán)保水質(zhì)檢測(cè)行業(yè)。

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Comparation of Salicylic Acid Flow Injection Method and Nessler’s Reagent Colorimetry Method to Determine Ammonia Nitrogen in Water

YE Yu-wan1,2, CHEN Ming2, YANG Li-jun2, LIANG Hong2
（1. College of Chemistry and Chemical Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518061, China;2.Shenzhen Environmental Monitoring Center Station, Shenzhen 518049,China）

Ammonia nitrogen(NH3-N) of wastewater, river and reservoir was determined by salicylic acid-sodium hypochlorite flow injection instrument method and Nessler’s reagent colorimetry method. Through the contrast of the two methods, it was found that the salicylic acid-sodium hypochlorite flow injection instrument method could substitute Nessler’s reagent colorimetry method and with better speed and less pollution to determine NH3-N in water.

ammonia nitrogen(NH3-N); salicylic acid flow injection; Nessler’s reagent colorimetry

O 657.3

A

1671-9905(2014)01-0038-04

2013-11-12