紫外可見分光光度計在快速測定污水氨氮質量濃度中的應用

張夢偉，王琳

（河南能源化工集團鶴壁煤化工有限公司，河南 鶴壁 458000）

煤化工產業是一些煤炭資源型城市工業經濟或產業轉型的重要支柱，在煤化工產業快速發展的同時，城市新水的使用量和工業廢水的產生量都十分巨大，如果不對實際生產的廢水進行處理，不僅僅會導致周邊城市居民的生活用水質量下降，更會造成地下水資源的無端浪費和城市生態環境的嚴重破壞。因此，煤化工產業中應對工業污水進行定時定量的檢測和處理，其中，污水水體的氨氮質量濃度是最為常規且必要的一項測定指標。

煤化工產業污水中的氨氮（NH3-N）一般是指以游離氨（NH3）或銨鹽（NH4+）形式存在于水體中的氮，當其質量濃度超過一定標準值時，對自然生態環境及用水人群的健康均具有不同程度的危害影響[1-2]。根據《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）內容的規定，氨氮質量濃度是判斷水體污染程度的重要指標，同時也是工業生產中常規的必測項目指標之一[3]。目前，對于水體中氨氮質量濃度的最常用測定方法是國標法，即納氏試劑分光光度法（HJ 535—2009），但其測定結果受試驗器皿及其他外界干擾因素較多，測定結果的穩定性較差[4-5]，另外，也有使用COD 快速測定儀對水樣的氨氮質量濃度進行檢測，其測定結果的精確度符合要求，但該設備儀器及配套試劑價格昂貴，致使單次測定及分析的成本較高[6]。綜上所述，亟需一種方便快捷、經濟有效、穩定性和準確性均滿足測定要求的，適用于煤化工產業日常污水氨氮檢測的方法。對此，本文選擇紫外可見分光光度計用以測定水體中的氨氮質量濃度，設計對比試驗對該種方法的測定結果進行了評估。

1 試驗方案

1.1 試驗原理

根據化學反應原理，煤化工產業的污水及循環水中以游離態氨或銨離子等形式存在的氨氮與納氏試劑反應將生成淡紅棕色的絡合物，并且該絡合物的吸光度與氨氮質量濃度成正比。因此，設計于波長420 nm 處使用Cary 60 紫外可見分光光度計對氨氮標準濃度溶液進行測定試驗。

1.2 試驗器具

1）紫外可見分光光度計。

2）氨氮標準濃度溶液：①氨氮標準貯備溶液（質量分數為0.1%）：稱取3.8190g 氯化銨（NH4Cl，優級純，100～105 ℃干燥2 h），溶于水后移入1 000 mL 容量瓶中，稀釋至標線，可在2～5 ℃保存1 個月，此溶液每毫升含1.00 mg 氨氮；②氨氮標準工作溶液（質量分數0.001%）：吸取5.00 mL 氨氮標準貯備溶液于500 mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度，此溶液每毫升含0.010 mg 氨氮。臨用前配制。

3）酒石酸鉀鈉溶液；稱取50 g 酒石酸鉀鈉溶于100 mL 水中，加熱煮沸以除去氨，充分冷卻至室溫，定容至100 mL。

4）納氏試劑；稱取16 g 氫氧化鈉，溶于50 mL水中，充分冷卻至室溫。另稱取7 g 碘化鉀和10 g碘化汞（HgI2)溶于水，然后將此溶液在攪拌下徐徐注入氫氧化鈉溶液中，用水稀釋至100 mL，貯存在聚乙烯瓶中，密塞保存。

5）50 mL 具塞比色管。

6）刻度吸管1 mL 2 支，5 mL 1 支。

1.3 試驗步驟

首先，利用預先配置的氨氮工作溶液使用紫外可見分光光度計對標準試樣氨氮質量濃度進行測定。然后，根據測定結果繪制校準曲線，以查看波長420 nm 條件下溶液質量濃度與吸光度的關系是否滿足檢測要求，以此驗證紫外可見分光光度計檢測水體氨氮質量濃度的可行性。最后，采取3 種不同的測定方法（可見分光光度計、紫外可見分光光度計以及COD 快速測定儀）對同一來源的污水水樣進行測定，對比分析測定結果，以此評估紫外可見分光光度計的實際測定效果。

2 繪制校準曲線

首先，在6 個50 mL 比色管中，分別加入0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mL 氨氮標準工作溶液，其所對應的氨氮分別為0.0、10.0、20.0、30.0、40.0和50.0 溶液濃度，加水至標線。然后，加入1.0 mL酒石酸鉀鈉溶液，在容器內搖勻后，加入納氏試劑1.5 mL，再次搖勻。最后，在常溫清潔區域放置10 min 后，用光程20 mm 比色皿，于波長420 nm 下測定試樣溶液的吸光度，以水為參比。結果如表1 所示。

表1 標準濃度試樣的吸光度測試結果

以空白校正后的吸光度為縱坐標，以其對應的氨氮質量濃度為橫坐標，繪制校準曲線，如圖1 所示，水中氨氮質量濃度與吸光度呈正相關線性關系，相關系數為0.999 6。

圖1 校正曲線

3 污水樣品測定

經校正曲線可以確認紫外可見分光光度計在測定氨氮質量濃度的可行性和有效性。在此基礎上，配制兩種污水試樣（清潔水樣和有懸浮物或色度干擾的水樣），然后分別使用可見分光光度計、紫外可見分光光度計以及COD 快速測定儀三種方法，對以上兩種試樣測定氨氮濃度。結果如表2 所示。

根據表2 所示的測定結果可以看出，對于清潔水樣，可見分光光度計及與紫外可見分光光度計的測定平均值相同，COD 快速測定儀的測定結果偏小，且紫外可見光光度計測定結果的方差最小。對于懸浮物或色度干擾的水樣，測定結果的平均值從大至小依次為：可見分光光度計＞COD 快速測定儀＞紫外可見分光光度計，測定結果的方差從大至小依次為：可見分光光度計＞COD 快速測定儀＞紫外可見分光光度計。將兩種水樣的測定結果對比發現，對于不同清潔程度的水樣，紫外可見分光光度計測定結果相差最小，為0.2，穩定性最好，同時，也表明普通可見分光光度計受水樣清潔度或色度的影響較為顯著。

表2 不同方法下不同污水樣氨氮質量濃度測定結果

總之，在清潔水樣情況下，紫外可見分光光度計的測定結果與其他兩種方法相差不大，在懸浮物或色度干擾的水樣情況下，該方法測定結果的穩定性更勝一籌，結合前述繪制校正曲線的結果，該方法測定污水氨氮質量濃度的有效性和準確性得到進一步證實。

4 結 論

本文改進采用紫外可見分光光度計來測定煤化工污水中的氨氮質量濃度，通過測定標準試樣溶液繪制校準曲線，并配制兩種不同清潔度的試樣對比三種測定方法的試驗結果，清潔水樣條件下三者的測定結果基本一致，不同清潔程度水樣條件下紫外可見分光光度計測定結果與清潔水樣條件下的結果相差最小，結合校準曲線的線性相關系數為 0.999 6，紫外可見分光光度計測定結果的穩定性和準確性得以證明，以此解決了之前使用可見分光光度計測定氨氮質量濃度結果易受外界因素干擾的問題，大大提高了污水水樣氨氮質量濃度的測定效率。