納氏試劑分光光度法測定氨氮前處理方法的改進研究

周煜(山東省日照生態環境監測中心，山東 日照 276826)

0 引言

在化學實驗及化工研究時使用的檢測氨氮測定方法中，HJ 535—2009 《納氏試劑分光光度法》是最常用的方法之一，適用范圍廣，但干擾項也較多[1]。該方法規定了絮凝沉淀法和預蒸餾法兩種前處理方式，在待測樣品色度或濁度影響較大，以及鈣鎂等金屬離子含量較高時，通常選擇預蒸餾法進行前處理，可以保證準確的監測結果。根據方法要求，預蒸餾時使用20 g/L的硼酸溶液作為吸收液，但由于四硼酸鹽-硼酸緩沖體系的存在，需使用氫氧化鈉溶液將餾出液的pH值調至11左右才能保證硼酸被完全中和[2]。每個水樣氨氮含量不同，餾出液的pH值也有差異，準確調整餾出液的pH值是整個預處理環節中較為繁瑣的步驟，且國標及《水和廢水監測分析方法》(第四版)中均未對餾出液的中和處理做出具體規定，在實際工作中多有不便。

在研究了HJ 536—2009 《水楊酸分光光度法》和HJ 533—2009 《環境空氣和廢氣 氨的測定 納氏試劑分光光度法》之后，發現上述兩種方法均使用低濃度硫酸作為吸收液[3-4]，在實際工作中也發現，納氏試劑法測定氨氣時，使用硫酸吸收液無需額外進行中和操作，納氏試劑中的氫氧化鈉完全可以中和多余的硫酸，而且幾乎不影響最終結果。因此，為尋求操作更簡便的預蒸餾方式，在參考了各項方法之后，本文選擇0.005 mol/L的硫酸溶液作為蒸餾吸收液，采用實際樣品加標回收、國家標準物質兩種方式進行準確度和精密度試驗，對硫酸替代硼酸作為吸收液的可行性進行了初步研究，為水中氨氮測定方法的前處理程序提供一點參考。

1 實驗儀器與試劑

1.1 實驗儀器

選用紫外可見分光光度計(TU1810)；智能一體化蒸餾儀(ST106-3RW)；電子天平(AL204)。

1.2 試劑

納氏試劑：稱取16.0 g氫氧化鈉溶于50 mL水中，冷卻至室溫。稱取7.0 g碘化鉀和10.0 g碘化汞溶于水中，將此溶液在攪拌下加入上述50 mL氫氧化鈉溶液中，用水稀釋至100 mL。

酒石酸鉀鈉溶液(ρ=500 g/L)：稱取50.0 g酒石酸鉀鈉溶于100 mL水中，充分加熱煮沸至體積減少1/2，冷卻后使用無氨水稀釋至100 mL。

溴百里酚藍指示劑(ρ=0.5 g/L)：稱取0.05 g溴百里酚藍溶于50 mL水中，加入10 mL無水乙醇，用水稀釋至100 mL。

氫氧化鈉溶液(ρ=40 g/L)：稱取4 g氫氧化鈉溶于水中，稀釋至100 mL。

輕質氧化鎂：500 ℃加熱處理。

硫酸吸收液(c(H2SO4)=0.005 mol/L)：量取0.70 mL硫酸加入水中，稀釋至250 mL，臨用時再用水稀釋 10 倍。

氨氮標準工作溶液(ρN=10 μg/mL)：吸取10.00 mL氨氮標準貯備溶液(ρN=500 μg/mL)于500 mL容量瓶中，稀釋至刻度。

實驗室用水均為新鮮二級水，氨氮標準貯備溶液為環境保護部標準樣品研究所的標準溶液。

2 實驗過程及結果

2.1 校準曲線的測定

在8個50 mL比色管中，分別加入0.00、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00和10.00 mL氨氮標準工作溶液，對應的氨氮含量分別為0.0、5.0、10.0、20.0、40.0、60.0、80.0和100 μg，加水至標線。加入1.0 mL酒石酸鉀鈉溶液，搖勻，再加入1.0 mL納氏試劑，搖勻。放置10 min后，在420 nm波長下，使用2 cm比色皿，以水為參比，測量吸光度。以減去空白后的吸光度為縱坐標，以其對應的氨氮含量(μg)為橫坐標，繪制校正曲線。得到回歸方程y=0.001+0.006 92x，相關系數r=0.999 9，具體測定結果如表1所示。

表1 氨氮校準曲線測定結果

2.2 實際樣品加標回收率的測定

分別對來自河流斷面1(樣品1)、河流斷面2(樣品2)和某企業間接排放口(樣品3)三個點位的實際樣品進行6次平行測定，同時對加標樣品進行6次平行測定，計算加標回收率，操作過程如下：向250 mL容量瓶內加入50 mL硫酸溶液，確保冷凝管出口在硫酸溶液液面之下；分取250 mL樣品移入500 mL燒瓶中，加幾滴溴百里酚藍指示劑，使用氫氧化鈉溶液調整pH至6.0(指示劑呈黃色)～7.4(指示劑呈藍色)，加入0.25 g輕質氧化鎂及數粒玻璃珠，立即連接蒸餾器和冷凝管；加熱蒸餾，控制餾出液速率約為10 mL/min，待餾出液達200 mL時，停止蒸餾，加水定容至250 mL；直接量取定容后的水樣50 mL按與校準曲線相同的步驟測量吸光度，同時做2個吸收液空白，以吸收液空白校正后的吸光度進行計算，具體結果如表2所示。

表2 實際樣品加標回收率測定結果統計

由表2可知，樣品1的加標回收率為98.7%，實際樣品和加標樣品的相對平均偏差分別為2.2%、2.65%；樣品2的樣品1的加標回收率為104%，實際樣品和加標樣品的相對平均偏差分別為3.10%、1.23%；樣品3的加標回收率為102%，實際樣品和加標樣品的相對平均偏差分別為2.65%、3.24%。3組樣品的加標回收率均在95%至105%之間，相對平均偏差均在5%之內，滿足實驗室內樣品準確度和精密度的要求[5]。

2.3 標準樣品的測定

對環境保護部標準物質研究所的氨氮標樣批號：2005131(標準樣品1)、2005117(標準樣品2)和2005119(標準樣品3)按2.2中實驗步驟進行6次平行測定，具體結果如表3所示。

由表3結果可知，標準樣品2005131、2005117、2005119的6次平行及平均值均在保證值內，準確度滿足質控要求；3組標準樣品的相對平均偏差分別為0.93%、1.08%和1.19%，精密度滿足質控要求。

表3 標準樣品結果統計

2.4 比對試驗

對采自河流斷面3(樣品4)、河流斷面4(樣品5)和某企業間接排放口2(樣品6)三個點位的實際樣品，按照2.2實驗步驟分別使用硼酸吸收液和硫酸吸收液進行6次平行測定，具體結果如表4～表6所示。

表4 實際樣品測定結果統計(硼酸吸收液)

表6 實際樣品比對結果統計

由表4、表5可知，使用硼酸吸收液測定樣品4、樣品5和樣品6得到了較好的結果，三組樣品的相對平均偏差在1.1%～6.9%之間，加標回收率在96.3%～105%之間，精密度和準確度均滿足質控要求；使用硫酸吸收液測定樣品4、樣品5和樣品6，相對平均偏差在1.45%～3.59%之間，加標回收率在96.7%～103%之間，精密度和準確度也滿足質控要求?？傮w上看，在高中低三個濃度的樣品中，使用硼酸吸收液和硫酸吸收液的樣品平均值基本一致，加標回收率也基本在同一水平，兩組之間無明顯差異，平均相對偏差在0.15%～4.40%之間，符合國控采測分離作業指導書中精密度要求(樣品濃度≤1.00 mg/L時，相對平均偏差≤10%；樣品濃度＞1.00 mg/L時，相對平均偏差≤5%)；在低濃度樣品中，使用硼酸吸收液測得樣品4及樣品4加標的相對平均偏差分別為6.93%和5.44%，使用硫酸吸收液測得樣品4及樣品4加標的相對平均偏差分別為3.9%和2.18%，使用硼酸吸收液測得的樣品精密度略差于硫酸吸收液；在高濃度樣品中，使用硼酸吸收液測得樣品6及樣品6加標的相對平均偏差分別為2.84%和2.03%，使用硫酸吸收液測得樣品4及樣品4加標的相對平均偏差分別為1.66%和1.45%，同樣發現使用硼酸吸收液測得的樣品精密度略差于硫酸吸收液。

表5 實際樣品測定結果統計(硫酸吸收液)

因此，通過使用2種吸收液進行實際樣品測定發現，使用2種吸收液均能達到較好的試驗結果，硫酸吸收液測定的樣品精密度和準確度上和硼酸吸收液基本保持一致水平，可以滿足質控要求，并在低濃度樣品中精密度更能取得較好的結果，數據離散水平低于硼酸吸收液，可以替代原標準中的硼酸吸收液使用。

3 結果分析

硫酸作為強酸，相比硼酸可以更快地吸收蒸餾出的氨，而氨極易溶于水，因此硫酸溶液在理論上完全可以作為蒸餾吸收液使用；此外，每份比色體積50 mL的0.005 mol/L硫酸吸收液中含有H+0.25 mmol，1 mL納氏試劑中含有OH-4 mol，足以中和掉多余的硫酸并且不影響比色所需的堿度。本文使用0.005 mol/L的硫酸溶液作為蒸餾吸收液開展了初步的方法確認研究，進行了3組實際樣品的基體加標回收率的6次平行測定、3組標準樣品的6次平行測定，以及使用硼酸吸收液和硫酸吸收液3組實際樣品的比對測定，結果表明實際樣品的加標回收率均在95%至105%之間，標準樣品的測定值均在保證值內，6組樣品的相對標準偏差均在5%以內，比對試驗的樣品相對標準偏差在5%以內，準確度和精密度滿足質量控制要求。

4 結語

本研究表明使用低濃度硫酸溶液作為氨氮的蒸餾吸收液，既可以省去硼酸餾出液pH值的調整過程，也可保證樣品準確度和精密度的要求，數據可靠，在實際工作中可以應用。