水中總硬度對氨氮測定的影響與分析

□單彩霞(濮陽水文水資源勘測局)

0 引言

氨氮含量的多少是判斷水體污染程度的重要標志之一。目前水環境監測領域測定氨氮的方法眾多，納氏試劑分光光度法由于其操作簡便、靈敏度較高等優勢，被作為測定氨氮的首選國標經典方法[2]。

水中氨氮測定受多方面因素的影響，反應時間、反應溫度、反應體系的pH、納氏試劑、有機物、濁度、色度等。水中含有多種金屬離子，其中鈣、鎂離子的存在亦會影響氨氮的測定。

1 實驗原理

納氏試劑與以游離態的氨和銨根離子等形式存在的氨氮反應生成淡紅橙色膠態配合物碘化氨基氧合二汞，在波長420 nm處有最大吸收；同時氨氮溶液中存在的Ca2+與納氏試劑中0H-反應，影響比色，使其顏色深淺與氨氮含量偏離線性關系，不符合朗伯一比爾定律，利用可見光分光光度計對溶液進行吸光度測定，從而實現水的總硬度對氨氮測定影響的探究。

2 實驗步驟及結果分析

2.1 標準曲線

標準曲線測定方法見國標納氏試劑分光光度法HJ-535-2009，只需省略加酒石酸鉀鈉的步驟。

所取標準溶液體積為：0.00、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 m l，所測吸光度分別為：0.54×10-1、0.84×10-1、1.24×10-1、1.88×10-1、3.33×10-1、4.74×10-1、6.06×10-1、7.37×10-1，扣除標準空白0.54×10-1的吸光度為：0.00、0.30×10-1、0.70×10-1、1.34×10-1、2.79×10-1、4.20×10-1、5.52×10-1、6.83×10-1，標準曲線為：y=6.89×10-2x-0.03×10-2，r=1.00

2.2 試樣測定

①取2支50mL的比色管，直接加無氨水至刻度線；②取12支比色管，均加入氨氮標準溶液5.00ml，然后分別加入0.00、0.00、2.00、2.00、4.00、4.00、6.00、6.00、8.00、8.00、10.00、10.00m l碳酸鈣的1+1鹽酸溶液；③重復②中的操作，只是改變氨氮標準溶液為2.50m l。④用無氨水將上述試樣定容至50m l。⑤向所有比色管中加入納氏試劑1.00mL，迅速搖勻。⑥放置10min后，在波長420 nm下，用20mm比色皿測定吸光度。將加入同體積碳酸鈣的1+1鹽酸溶液的兩組吸光度取平均值，并扣除空白吸光度記下結果。

所取體積為5.00ml、2.50ml氨氮標準溶液加入不同體積碳酸鈣標準溶液時測定的吸光度見表1。

表1 水的硬度對不同濃度氨氮測定時的影響表

為更直觀的表示吸光度和總硬度之間的關系，將其對應數據繪制如圖1。

圖1 水的硬度對不同濃度氨氮測定時的影響圖

2.3 實驗數據分析

由圖1我們可以看到，氨氮5.00m l和2.50m l測定的吸光度隨碳酸鈣溶液濃度增大而緩慢增大。由于鈣離子與納氏試劑中的0H-反應生成的氫氧化鈣，碳酸鈣濃度小時，生成氫氧化鈣分子間距離比較大，測定時對光束的散射作用小；隨著碳酸鈣濃度的增大，氫氧化鈣分子間的距離逐漸變小，對光束的的散射作用也隨之變大，致使吸光度緩慢增大。

3 實驗存在問題與改進

3.1 實驗改進原理

酒石酸鉀鈉所含的配位原子是羧氧，能與溶液中的Ca2+、Mg2+反應生成可溶性的配合物，這種配合物具有一個七元環，鍵角張力比較小，穩定性能好。反應式如下：

3.2 實驗改進

在上述實驗步驟加入納氏試劑前，加入1.00ml酒石酸鉀鈉溶液，其他操作步驟不變。測得不同濃度的氨氮溶液加入各體積碳酸鈣的1+1鹽酸溶液時的吸光度平均值見表2。

表2 加酒石酸鉀鈉情況下水的硬度對不同濃度氨氮測定時的影響表

將不同濃度加酒石酸鉀鈉和不加酒石酸鉀鈉的試樣的吸光度變化趨勢列入一張圖，見圖2。

由圖2可以看出：添加酒石酸鉀鈉溶液后所測的吸光度沒有隨硬度增大出現著增大的現象，而是隨試樣中硬度的增加一直呈緩慢增大的趨勢。從而證明了是酒石酸鉀鈉溶液的加入有效降低了硬度對測定吸光度的影響[3]。

4 結論

水中總硬度對氨氮測定的影響規律：

圖2 酒石酸鉀鈉對氨氮測定的影響圖

氨氮濃度一定，當試樣的硬度小于硬度限度值時，測定的吸光度隨硬度增大而緩慢增大；當試樣硬度超過某一限度值時，測定的吸光度將顯著增大，嚴重偏離朗伯-比爾定律；當試樣硬度超過其所對應的氫氧化鈣溶解度時，測定吸光度將不穩定。

氨氮濃度不一定，對其測定吸光度產生嚴重偏離的硬度限度值也不一定，氨氮濃度小時，其所對應的硬度限度值較小；氨氮濃度大時，其所對應的硬度限度值較大；當硬度超過其所對應的氫氧化鈣的溶解度時，對濃度小的氨氮測定吸光度所產生的影響大于對濃度大的氨氮測定吸光度所產生的影響。

測定時，如若加入少量的酒石酸鉀鈉溶液，也會明顯降低較大的硬度對試樣的吸光度的影響，并且接近理論值，掩蔽使吸光度顯著增大的硬度限度值，使吸光度一直緩慢增加。

[1]王華,黎奧,楊敬聞.海水中氨氮的納氏試劑分光光度法測定條件優化[J].遼寧師范大學學報:自然科學版,2013(1):34-37.

[2]郭妍,賀心然,王燕.欄目水質氨氮測定過程中影響因素的控制與消除[J].北方環境，2012(4):79-84.

[3]王朝明.談氨氮測定時應注意的幾點問題[J].長春大學學報:自然科學版，2007（1）：17.