分子熒光法對水中氨氮含量的測定

余渤 許星星 毛博

摘要：采用分子熒光法對水中氨氮含量進行了測定，在硼酸緩沖液作用下，鄰苯二甲醛（OPA）與氨氮反應，生成具有熒光性的物質，在一定的pH、反應溫度和靜置時間條件下，以362 nm為激發波長，在425 nm發射波長處測定熒光物質的熒光強度，探究了四硼酸鈉、亞硫酸鈉和OPA混合溶液配比、反應溫度、靜置時間對衍生物熒光值的影響。結果表明，在一定濃度范圍內，衍生物的量與熒光強度有良好的線性關系，該方法靈敏度高，適用于氨氮濃度較低水樣的測定，對于高濃度水樣也可進行簡單稀釋后測定。

關鍵詞：氨氮;分子熒光;鄰苯二甲醛（OPA）

中圖分類號：O657.3 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）10-0131-003

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.10.031 ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： Ammonia nitrogen in water was determined by molecular fluorescence method. Fluorescent substances were formed based on the reaction of phthalaldehyde （OPA） with ammonia nitrogen in boric acid buffer. Under certain pH value， suitable temperature and static time， fluorescence of fluorescent substances was were determined at 425 nm with 362 nm as excitation wavelength. The effects of the ratio of sodium tetraborate， sodium sulfite and OPA， temperature and time on the fluorescence value of the derivatives were investigated. The results showed that there was a good linear relationship between the amount of derivatives and the fluorescence intensity in a certain concentration range. This method has high sensitivity and is suitable for the determination of ammonia nitrogen in low concentration water samples. It could also be used for the determination of high concentration water samples after simple dilution.

Key words： ammonia nitrogen; molecular fluorescence; phthalaldehyde（OPA）

隨著全球經濟的快速發展以及城市化進程的不斷加快，人們用水的總量持續增長，廢水排放總量也隨之升高，廢水中化學物質氨氮的污染早已成為國內外普遍關注的焦點[1-4]。氨氮是水中的一種營養素，可導致水體富營養化，水體生物無法完全轉化吸收，而且氨氮的分解需要氧氣的參與，必然會導致水中氧含量降低，造成缺氧的情況，繼而威脅水生生物的生存[5-7]。

隨著科學技術的發展，氨氮分析方法層出不窮，主要有蒸餾-中和滴定法、分光光度法、離子色譜法、熒光分析法等[8-10]。蒸餾-中和滴定法屬于傳統的化學分析方法，這種手工常量分析方法逐漸被自動化程度較高的儀器分析所代替。離子色譜法分析速度快，樣品消耗少，但受離子強度的限制[11]，目前研究較多的是熒光分析法和分光光度法。熒光分析法檢測時，熒光與入射光呈90°，即在檢測熒光的發射時背景是黑暗的，而分光光度法檢測透過或吸收時有入射光的背景干擾，因此分子熒光分析法的靈敏度通常比分光光度法高出2～4個數量級。熒光分析法相較于其他分析方法具有設備簡單、分析靈敏度高、選擇性強等優勢，能對傳統方法不能檢測的痕量氨氮進行測量，對于常量組分也可進行簡單稀釋后定量測定。因此，本試驗采用分子熒光分析法測定水中氨氮含量，探討影響熒光測定的各個因素的最佳條件，旨在為水質中氨氮高靈敏度監測提供一定的依據。

1 ?材料與方法

1.1 ?儀器與試劑

F-2700型熒光分光光度計（配1 cm石英測定池，日本日立集團），優級純氯化銨（NH4Cl，GR，天津市大茂化學試劑廠），分析純亞硫酸鈉（Na2SO3，AR，天津市凱通化學試劑有限公司），四硼酸鈉（Na2B4O7·10H2O， AR，天津凱通化學試劑有限公司），鄰苯二甲醛（C8H6O2，AR，天津市大茂化學試劑廠），測試水樣來自武漢東湖學院蓮藕池。

1.2 ?方法

1.2.1 溶液的配制 ? ?準確稱取0.267 5 g經100 ℃干燥過的優級純氯化銨溶于水中，移入500 mL棕色容量瓶中，用水稀釋混勻至標線，即為氨氮標準儲備液（10 mmol/L）。準確吸取1.0 mL氨氮標準儲備液轉移到100 mL棕色容量瓶中加水稀釋至刻度，即為氨氮標準使用液（0.10 mmol/L）。將0.126 g Na2SO3溶于水中并轉移定容至100 mL棕色容量瓶中，得到亞硫酸鈉溶液（10 mmol/L）。準確稱取1.000 0 g四硼酸鈉溶于水，轉移至100 mL容量瓶中， 加水稀釋至刻度即可得四硼酸鈉溶液（10 g/L）。將0.335 g鄰苯二甲醛溶解在水中并轉移到100 mL棕色容量瓶中，并將體積調節至刻度可得OPA溶液（25 mmol/L），試驗用水均為無氨水。四硼酸鈉、亞硫酸鈉和OPA溶液以1∶1∶1混合成混合試劑備用。

1.2.2 熒光強度的測定 ? ?準確移取一定量的氨氮標準溶液或水樣于25 mL棕色容量瓶中，加入一定量的混合試劑，調節pH，用無氨水稀釋至刻度，在適當溫度下靜置一定時間后，在最佳激發波長和最佳發射波長下用分子熒光光譜儀測試其熒光強度。

2 ?結果與分析

2.1最佳波長的選擇

設定激發光波長范圍為300～420 nm，發射光波長范圍為360～500 nm，掃描氨氮標準溶液的激發光譜和發射光譜，掃描結果如圖1所示。由圖1a可知，最大激發波長為362 nm，由圖1b可知，最大發射波長是425 nm。

2.2 ?混合劑最佳配比

熒光光度法檢測出氨氮含量原理是在水樣中加入鄰苯二甲醛后，氨氮與鄰苯二甲醛在堿性條件下發生配位反應，生成的異吲哚配位衍生物具有熒光特性，可以被分子熒光儀檢測到熒光信號。其主要反應試劑鄰苯二甲醛（OPA）溶液作為顯色劑，四硼酸鈉溶液為緩沖劑提供堿性環境，亞硫酸鈉溶液為增穩增敏劑。分別研究了這3種試劑的使用量對熒光值的影響，繪制熒光強度關系曲線，如圖2所示。

由圖2可知，四硼酸鈉加入量為1.0 mL時，pH為10，熒光強度達到最高并且趨于穩定，加入1.0 mL OPA時，熒光強度達到最高，加入1.0 mL亞硫酸鈉溶液時， 熒光強度達到最高。結果表明， 總量為3 mL的混合試劑最佳成分比例為四硼酸鈉（10 g/L）、亞硫酸鈉（10 mmol/L）和OPA（25 mmol/L）分別1 mL，此時溶液pH為10。

2.3 ?熒光強度與反應溫度、靜置時間的關系

取4個25 mL的容量瓶，分別加入2.0 mL氨氮標準使用液，用無氨水定容，調節pH至10，分別以反應溫度、靜置時間為因變量，檢測其熒光強度，檢測結果如圖3、圖4所示。結果表明，在30 ℃下靜置30.0 min時，其熒光強度最大。

2.4 ?標準曲線的繪制

取0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL（2.00、 4.00、 6.00、8.00、10.00 μmol/L）氨氮標準溶液于容量瓶中，用無氨水定容至25.00 mL，加入3.0 mL混合試劑，混勻靜置30 min。在激發波長為362 nm和發射波長425 nm下檢測標準溶液的熒光值，繪制標準工作曲線，結果如圖5所示。結果表明，衍生物濃度與熒光強度具有良好的線性關系，回歸方程為y=15.56x+71.16，相關系數為0.999 6。

2.5 ?加標回收率測定

對稀釋5倍的水樣進行測定，對每個平行水樣測定3次。同時，為檢驗準確程度，對平行水樣進行加標回收試驗，加標量為8 μmol/L，水樣測定和加標回收率結果如表1所示。根據標準曲線方程，將水樣的熒光強度代入線性回歸方程，即可得待測水樣中氨氮的濃度，分別為6.67、6.90和7.06 μmol/L，計算出水樣中氨氮濃度分別為33.5、34.7、35.5μmol/L，平均濃度為為34.6 μmol/L。待測水樣加標回收率為93.5%～98.3%，說明該分析方法準確可靠，可用于水中氨氮含量的測定。

3 ?結論

通過對含氨氮溶液熒光光譜的分析，確立了氨氮的最大激發波長和最大發射波長分別為362和425 nm。在最大激發波長和最大發射波長條件下，對標準溶液及待測樣品進行了分析，pH、OPA溶液用量、亞硫酸鈉溶液用量、靜置時間、反應溫度對檢測結果都有一定影響。結果表明， 在30 ℃時pH10、3 mL混合試劑、靜置30 min條件下測定水中物質的熒光強度力最佳條件，此條件下熒光物質的濃度與熒光強度具有良好的線性關系，相關系數0.999 6。

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