基于預處理的水樣檢測結果分析

胡 萍

（新疆維吾爾自治區 地質礦產勘查開發局第三水文工程地質大隊, 新疆 喀什 831100）

水處理技術

基于預處理的水樣檢測結果分析

胡 萍

（新疆維吾爾自治區 地質礦產勘查開發局第三水文工程地質大隊, 新疆 喀什 831100）

水樣預處理過程中的不同處理方法或者說操作步驟對氨氮分析結果的影響有重要的影響，實驗分析水樣預處理方法對氨氮分析結果產生的影響，希望本實驗的結果和分析能為實驗操作人員提供一些有用的數據和經驗，給廣大實驗操作者提供比較明確的數據和結論，以使操作人員能清晰判斷要預處理與否并對水樣進行合理的預處理操作。

水樣預處理；氨氮；絮凝；過濾

按照國家標準，一般采用納氏試劑比較法測定水質氨氮。如果水樣為清潔的，可直接取 50 mL 檢測；不是清潔水樣的則需要進行預處理─水樣中含有余氯的用硫代硫酸鈉去除，含有鈣鎂離子的可用酒石酸鉀鈉除掉，有懸浮物的可用絮凝沉淀法。若這些方法沒有效果，就需要用蒸餾法來進行預處理。預處理結束后，再取 50 mL 作為檢測樣本。不過，雖然有操作標準，在實際操作中有些具體的細節還是難以掌控。僅就絮凝這一過程舉例，不同的操作者的實際操作也相差很大：有的操作者不經絮凝過程就測氨氮；有的操作者在絮凝以后，取上清液測氨氮；有的經過絮凝和過濾兩個步驟以后再測氨氮。在過濾這其中的一個小步驟中操作也有差別。國家標準中規定用中速濾紙，中速濾紙包括定性和定量兩種。但是這兩種濾紙在測氨氮的結果上卻會有一定的區別。可大多數人沒有意識到這一點，實際操作時會將兩種濾紙混用，給測定結果帶來一定的誤差。

正是由于以上原因，本文將結合實際討論水樣預處理中的絮凝，過濾步驟以及在過濾過程中的濾紙選用的不同結果對比，給實驗操作者們提供具體的數據并提出自己的建議。在對濾紙的選用建議上，筆者建議操作者們選用定性中速濾紙，因為定性中速濾紙比定量中速濾紙本身所含有的氨氮少，對實驗結果影響相對小。而且，定性中速濾紙的價格也比定量中速濾紙低，更能節省實驗成本。

1 水樣蒸餾法和絮凝沉淀法的原理及方法

（1）水樣蒸餾法預處理：

原理：將水樣的 pH 值進行調節，控制在 6.0～7.4之間，并且在水樣中加入適量的氧化鎂，待水樣逐漸顯堿性后，蒸餾出的氨氣就會被硼酸溶液所吸收，這樣，我們就可以以此測定比色。

方法：取水樣大約 250 mL 于凱氏燒瓶中，其中，水樣氨氮濃度不能高于 10 mg/L,在燒瓶中加入澳百里酚藍，調節其 pH 值到中性左右，再向燒瓶中加入 0.25 g 的氧化鎂和一些玻璃珠，并且馬上連通冷凝管與氮球，并且在導管下面放入 50 mL 的硼酸，同時加熱蒸餾，當蒸餾出的液體到 200 mL 時停止，定容為 250 mL。這是因為在堿性條件下，燒瓶中的 NH4+轉化成 NH3,NH3在蒸餾時就會逸出，如果燒瓶中液體的 pH 值太低，那么 NH4+就不會全部轉化成 NH3,如果 pH 值太高，那么在蒸餾時 NH3就會很快地逸出，就會造成 NH3量的不足，對實驗結果造成影響。因此，在連接儀器時不僅要快速，還要精準，并且蒸餾所用時間控制在 1 h 左右，否則，最終的實驗結果會產生一定的誤差[1]。

（2）絮凝沉淀法：

原理：首先將水樣中加入適量的硫酸鋅與 NH3反應，然后加入氫氧化鈉使溶液呈堿性，多余的鋅鹽及其它金屬離子沉淀，過濾后就可以進行比色測定了。

方法：首先取100 mL 待測水樣，加入試管中；加入1 mL 10%硫酸鋅溶液；加入0.1至0.2 mL 的氫氧化鈉溶液，使溶液的 pH 值達到10.5；混合均勻后放置，使其自然沉淀；用中速濾紙過濾；處理后進行比色測定。

2 水樣比色測定原理

碘化汞和碘化鉀的堿性溶液─納氏試劑─與氨反映生成淡紅棕色膠態化合物,其色度與氨氮含量成正比,通常可在波長410～425 nm 范圍內測其吸光度,計算其含量。本法為光度法，檢測出的濃度在0.025～2 mg/L 范圍內。

2.1 作出標準曲線

先在50 mL 比色管中分別加入不同標準的使用溶液至標線處，然后加入酒石酸鉀鈉溶液1.0 mL。再加入1.5 mL 的碘化汞和碘化鉀溶液，混勻。十分鐘后在420 nm 處以水為參比測吸光度，作出不同氨氮濃度下溶液對應的吸光度的曲線。

2.2 測定不同方式下處理的水樣吸光度

取兩個50ml的比色管分別編號 A、B。取出適量的蒸餾處理的水樣加入比色管 A，滴加1 mol/L 的氫氧化鈉溶液至標線處，按照測標準曲線的方法測定，記錄吸光度。再取出適量的絮凝處理的水樣加入比色管 B，滴加1 mol/L 的氫氧化鈉溶液至標線處，按照測標準曲線的方法測定。再用無氨水做測定[2]。

3 水樣預處理方法對氨氮分析結果產生的影響

3.1 實驗的材料和測定方法

本實驗探討的是絮凝沉淀和過濾的步驟以及不同濾紙的選用對氨氮分析結果的影響，我們按照同樣的測定步驟，對不同的預處理結果分別作了測定。

3.1.1 實驗試劑和儀器的標準

都符合國家標準 GB/T 7179-1987。

3.1.2 標準曲線的繪制

試驗中用到的50 mL 比色管有8個，依次加入濃度為10 μg/mL 的氨氮標準溶液0, 0.50, 1.00, 2.0, 3.00, 6.00, 8.00, 10.00 mL,將水加到標線處，再加入酒石酸鉀鈉1 mL 及碘化汞和碘化鉀溶液(納氏試劑)1.5 mL，混勻。靜置10 min 后以水為參比，選定波長，在可見分光光度計上測定吸光度。

3.1.3 進行步驟測定

在比色管中放入適量的預處理過的水樣，并且在比色管中加入一定量的純水使得容量為50 mL，在管中放入適量的納氏試劑與大約1 mL 的酒石酸鉀鈉，搖勻后靜置一段時間，然后取20 mm 的比色皿，在420 nm 波長下參比水，并且以7 320可見分光光度對其進行測定。

3.1.4 預處理操作過程

本實驗采集的水樣包括自來水，地表水和污水，各分成十幾種水樣，總共分成幾十個批次。對于不同的水樣、相同的水樣進行不同的預處理，其中包括不經預處理就測試的水樣、經過絮凝沉淀法處理再測試的水樣，絮凝沉淀后再用中速濾紙過濾（包括分別用定性中速濾紙和定量中速濾紙過濾）才測試的水樣。處理步驟不同，測出的氨氮含量也是不同的，我們可以根據測定的數據，進行對比分析。

其中絮凝沉淀的步驟主要是這樣的：取水樣100 mL 于試管中，向試管中加入10%的硫酸鋅1 mL，然后滴加25%的氫氧化鈉溶液至溶液的 pH 值達到10.5，混勻。靜置 10 min 后，取上層清液作為試劑。若上層溶液仍不清澈，就可用中速濾紙將至過濾，再將過濾后的溶液取出適量作為試劑。

這里有一個注意事項，就是用定量中速濾紙或者定性中速濾紙在過濾上層清液前要用純凈水沖洗濾紙兩次。因為盡管在實驗過程中，有一組試劑為不含氨氮以將測試結果抵消濾紙上氨氮含量的，而且為了消除濾紙上的氨氮對實驗結果的影響應該在過濾前用純凈水反復沖洗濾紙，但是在實際操作時樣品量往往較大，如果將每一張濾紙都用純凈水反復沖洗到消除氨氮影響，工作量太大，費時費力，也不現實。所以說將沖洗次數定在兩次，既比較容易操作、工作量適度，又能很大程度上消除氨氮影響，應該是比較合理的[3]。

本實驗取了10個試劑，分為了三大組10水樣共40個小樣。用自來水做成水樣1、水樣2和水樣3，用江水做成水樣4和水樣5，用湖水做成水樣6和水樣7，用廢水做成水樣8、水樣9和水樣10，其中江水和湖水為地表水的代表。將10個水樣分別分成4個小樣，用4種方法分別測量。每一種水樣的小樣1不經過任何預處理，直接取適量溶液測氨氮，小樣2先進行絮凝沉淀、然后取上層清液測氨氮，小樣3在經過絮凝沉淀后將上層清液用定性中速濾紙過濾、測濾液的氨氮，小樣4在經過絮凝沉淀后將上層清液用定量中速濾紙過濾、測濾液的氨氮。實驗結果是有規律可循的。在每一種試劑中，氨氮含量最高的是小樣4，即經過絮凝沉淀后再用定量中速濾紙過濾后的濾液；最低的是小樣2，即進行絮凝沉淀后直接取上層清液的溶液。

此外，試驗中還增加了幾個空白試劑作對比。經實驗中的吸光度和氨氮含量測定，用兩種濾紙過濾過的純水的吸光度比沒有用濾紙過濾過的純水的吸光度要高，且用定性中速濾紙過濾過的純水吸光度要小于用定量中速濾紙過濾過的純水。實驗還分別用純水將兩種濾紙反復沖洗后分別收集50 mL 的濾液測氨氮含量。[4]測試數據表明，一張定性中速濾紙的氨氮含量大約為一張定量中速濾紙的氨氮含量的13.09%，可見濾紙的選用對氨氮測定結果也會產生影響。

4 不同堿度對水樣比色的影響

4.1 用蒸餾法處理水樣條件下堿度控制對比色的影響分析

本實驗配置的是1 mg/L 的氫氧化鈉溶液，需要先用蒸餾法預處理水樣，用氫氧化鈉溶液分別將溶液的 pH 值調至7, 8, 9, 10, 11，測定不同堿度條件下納氏試劑顯色的吸光度。值得注意的是，用蒸餾法預處理的水樣 pH 值不能過高，防止加入納氏試劑后 NH3的逸出。

實驗結果表明，在溶液中氨氮濃度相同的情況下，用蒸餾法預處理的水樣的 pH 值越高，比色測定的吸光度越高，回收率也越好。

4.2 用絮凝沉淀法處理水樣條件下堿度控制對吸光度影響分析

先將水樣用絮凝沉淀法處理，然后向水樣中加入適當的硫酸鋅溶液，在加堿調高溶液的 pH 值，分別調至8, 9, 10, 11, 12，通過過濾法取出色度和濁度，然后進行比色測定。

實驗結果表明，在溶液中氨氮濃度相同的情況下，用絮凝沉淀法預處理的水樣比色測定的吸光度值呈現出隨著pH值增加而先增大后減小的趨勢。

5 實驗結論及分析

由實驗結果可知，濾紙本身的氨氮含量結果有影響，而且由于定量中速濾紙所含的氨氮容量較高，即使用純凈水在過濾之前沖洗兩次，濾紙中剩余的氨氮含量還是比較高的。至于定性中速濾紙，它所含的氨氮含量較定量中速濾紙低，但對實驗結果也是有一定影響的，不過對不同的水樣影響的大小有所差異─對清水測定結果影響較大，對地表水和污水的影響相對較小。[5]由此實驗結論如下：

（1）在實際操作中不應該不區分水樣就都進行絮凝和過濾操作。清潔的水樣不需要進行絮凝沉淀過濾的辦法，不清潔透明的水樣再據實際情況進行絮凝過濾操作。

（2）盡管在實驗過程中有一組試劑為不含氨氮以將測試結果抵消濾紙上氨氮含量的，而且為了消除濾紙上的氨氮對實驗結果的影響應該用純凈水反復沖洗濾紙，但是在實際操作時樣品量往往較大，如果將每一張濾紙都用純凈水反復沖洗到消除氨氮影響，工作量太大也不現實。所以，如果水樣本身的本身含量就不高，那么含有氨氮的濾紙就會對實驗結果產生比較大的影響了。就算有空白試劑也起不了多大作用，因為空白試劑本身氨氮測定結果也會較高。

（3）國家標準中指定的是中速濾紙過濾，但沒有指明是定性中速濾紙還是定量中速濾紙。但由本文的實驗結果分析來看，定性中速濾紙的氨氮含量要比定量中速濾紙的低，對氨氮測定結果影響小，而且價格上要比定量中速濾紙低。因此，本文建議在實驗操作過程中選用定性中速濾紙過濾，既相對精確，又相對經濟。

（4）根據實驗結果數據，自來水和湖水測定氨氮值最低的時候是經絮凝沉淀后取上層清液的測定值。絮凝沉淀加定性中速濾紙過濾方法測定的氨氮含量比單純的經絮凝沉淀法測定的值要高，而絮凝沉淀法加定量中速濾紙過濾方法測定的氨氮含量又比用定性中速濾紙測定的值高。不經任何處理的自來水測定的氨氮含量比用單純的用絮凝沉淀法處理的稍微高一點，不經任何處理的湖水測定的氨氮值介于用定量濾紙和定性濾紙之間。

（5）對于清潔的水樣─如自來水，建議無須經過絮凝沉淀、過濾的步驟，可直接取適量的試樣進行氨氮測定，這是在國家標準要求之內的。

（6）對于不清潔不透明的含有雜質較多的水樣─如地表水和污水，應當先進行絮凝沉淀處理，根據絮凝沉淀的結果判斷是否要進行過濾操作。如果絮凝沉淀后上層的溶液為清潔的透明的，就可以直接取用適量的上層清液作為試樣進行氨氮測定。這時如果再用濾紙過濾反而會對實驗結果造成干擾。如果絮凝沉淀后上層的溶液仍然比較渾濁，就需要再用定性中速濾紙對其進行過濾操作了。然后再取適量的過濾后的上層溶液進行氨氮測定。這也在國家標準要求范圍中。

（7）如果水樣經過絮凝沉淀和過濾操作后仍然不清潔或不透明，就應該按照國家標準用蒸餾法處理了。

（8）氨氮的測定結果會因預處理水樣的 pH 值不同而有所不同。用納氏試劑分光法測定水樣中的氨氮，顯色液的 pH 值要到達13，而且由實驗結果可以發現吸光度值隨著溶液 pH 值的增加而隨之增加的。如果是用蒸餾法和絮凝法處理的水樣，要將pH 值控制在9到11范圍內，然后加入納氏試劑，使得顯色液的 pH 值在13左右，10 min 以后測定結果，這時的吸光度和回收率都不錯。如果用上述方法預處理的水樣 pH 值達不到9，那么加入納氏試劑以后顯色液的 pH 值就達不到13，誤差就會比較大。如果用上述方法預處理的水樣 pH 值大于11，再加入納氏試劑以后顯色液的 pH 會高于13，不僅測量結果不準確，還會造成材料的浪費。

在國家標準說明中，對水樣的與處理過程中中和硼酸吸收液的氫氧化鈉量只說“一定量”，而且對于水樣的 pH 范圍值也沒有給出明確值。從我們的實驗結果來分析，用蒸餾法預處理水樣時，需要將預處理水樣的 pH 值調節在9到11范圍內；用絮凝沉淀法預處理水樣時，則需將水樣的 pH 值調節在10.5左右。綜合來看，兩種預處理方法都要將水樣的 pH值調節在9到11范圍內。這樣，實驗的更易于操作，而且回收率也較高。

［1］張為民,朱軍林,邵劍鋒. 水樣預處理對氨氮分析結果的影響[J].食品科學,2012,36(S1):17-18.

［2］陳彩霞.氨氮測定中水樣預處理方法的改進[J].海南師范學院學報(自然科學版),2011,48(03):21-22.

［3］郭艷玲,王佳,趙麗莉.氨氮蒸餾與不蒸餾的比對實驗水質氨氮的測定[J].大眾科技,2010,18(10):07-08.

［4］鄭泉,韓志勇,趙旭濤.黃河蘭州段泥沙特征對氨氮降解的影響[J].供水技術,2011,24(01):33-34.

［5］郭艷麗.共聚合陽離子聚丙烯酰胺的合成及性能測試[D]. 北京:北京化工大學,2012.

Analysis of Test Results Based on Different Water Sample Pretreatment Process

HU Ping
(Xinjiang Geological and Mineral Exploration and Development Bureau the Third Hydrological and Engineering Geology Team, Xinjiang Kashi 831100, China)

Different treatment methods or different operation steps of water sample pretreatment process have important influence on analysis results of ammonia nitrogen. In this paper, effect of different water sample pretreatment methods on experimental analysis results of ammonia nitrogen was investigated, which could provide some useful data and experiences for the operating personnel.

Sample pretreatment; Ammonia nitrogen; Flocculation; Filtration

O 657

： A文獻標識碼： 1671-0460（2014）07-1306-04

2014-05-28

胡萍（1961-），女，湖北宜昌人，工程師，2009 年畢業于中國地質大學應用化學專業，從事實驗測試技術工作。E-mail：537567123@qq.com。