便攜式分光光度計測定水中氨氮在應急監測中的可行性研究

朱文杰，杭彥冰，任妍冰

(江蘇省連云港環境監測中心，江蘇 連云港 222001)

1 引言

目前，環境監測中對地表水、污水氨氮的檢測方法，已納入生態環境監測體系的主要有納氏試劑分光光度法、水楊酸分光光度法、氣相分子吸收法、蒸餾-中和滴定法、離子色譜法等[3～7]。此外，一些學者還在探索新的氨氮測定方法，例如，胡玲等[8]研究可以運用離子色譜柱后衍生分光光度法測定水中氨氮，蔡樹向等[9]探索使用紫外吸收光譜法測定水中氨氮，陳麗華[10]研究用二氯異氰尿酸鈉溶液代替次氯酸鈉溶液，對靛酚藍分光光度法[11]進行改進，提升海水中氨氮的檢測便捷性，袁硯等[12]探討利用鄰苯基苯酚-靛酚藍分光光度法快速測定氨氮。

在突發的環境污染事件中，通常情況下，樣品由環境監測人員采集，然后送交實驗室，持上崗證的分析人員分析樣品，其中樣品運輸及樣品流轉等過程需要較長時間，不能及時得到監測數據，因而，無法為政府和有關單位及時處理提供參考。而便攜式測定儀器在現場就能進行監測、分析[13]，這在應急監測中有著重大的意義。本次試驗，利用便攜式分光光度計分析氨氮標準樣品與實際樣品中的氨氮，探究其精密度及準確度，計算實際樣品的加標回收率，再比對便攜式方法和實驗室方法分析得到的結果，驗證便攜式分光光度計是否能滿足應急監測的要求。

2 實驗部分

2.1 實驗原理

水中氨的化合物，遇到氯，會發生化學反應，形成了一氯胺。而一氯胺，可以與水楊酸鹽反應，形成了5-氨基水楊酸鹽。在催化劑亞硝基鐵氰化鈉的催化下，5-氨基水楊酸被氧化，變成了藍色的化合物。在超量的黃色試劑中，生成的藍色會物質會讓黃色溶液，呈現出綠色。使用便攜式分光光度計，將波長調到655 nm，進行比色讀數，得到監測數據。

2.2 實驗儀器、器材

DR1900便攜式分光光度計(美國哈希公司)、移液槍(0.5～5 mL)、移液管、容量瓶。

2.3 試劑

NH3-N低量程Test’N Tube管(濃度測量范圍：0.02～2.50 mg/L；Ammonia Salicylate試劑包；Ammonia Cyanurate試劑包。貨號:2604545)、氨氮標準貯備液(濃度為500 mg/L，環保部標樣所，批號：102234)、無氨水。

2.4 實驗操作

2.4.1 氨氮標準溶液配制

使用移液管，準確移取10.00 mL的氨氮標準貯備液(濃度為500 mg/L)，至于100 mL容量瓶中，用純水稀釋定容，搖勻，得到氨氮標準中間液(濃度為50 mg/L)。再用氨氮標準中間液(濃度為50 mg/L)分別配置氨氮標準使用液，濃度分別為：10 mg/L、2.0 mg/L、1.0 mg/L和0.1 mg/L。

2.4.2 實際氨氮樣品采集

根據歷年連云港市地表水監測結果，選取有代表性的連云港市安峰水庫東南監測垂線作為此次比對實驗的監測點位；選取連云港市東辛農場污水處理廠排放口的廢水，作為比對實驗的監測點位。地表水和廢水，均連續采集7個樣品。每個樣品分別置于500 mL玻璃瓶中，并加入硫酸保存劑，酸化至pH值小于等于2，4 ℃冷藏保存。

2.4.3 氨氮測定

DR1900便攜式分光光度計測定步驟：準備兩支Test’N Tube管。用移液槍向第一支Test’N Tube管中，加入2.0 mL水樣；向第二支Test’N Tube管中，加入2.0 mL無氨水；貼好唯一性的標簽；分別向兩支Test’N Tube管中加入Ammonia Salicylate試劑包和Ammonia Cyanurate試劑包，蓋緊蓋子，上下搖晃，搖勻，使試劑充分溶解，置于試管架上，設置時間20 min用于靜置。

靜置完畢后，先將加入無氨水的試管擦拭干凈，放入DR1900便攜式分光光度計中，在655 nm波長下調零，再將裝有實際水樣的試管擦拭干凈，放入DR1900便攜式分光光度計中，在655 nm波長下比色讀數。

3 結果與討論

3.1 精密度測定

用DR1900便攜式分光光度計，分別測試質量濃度為0.10、1.00、2.00 mg/L的氨氮標準溶液，對每種濃度的氨氮標準溶液，各平行測定6次[14]，測試的具體結果見表1。計算每種濃度測定結果的平均值、標準偏差(Sd)和相對標準偏差(RSD)。由表1可知，3種濃度氨氮標準溶液測定結果的相對標準偏差(RSD)在0.4%～5.5%之間，說明該方法精密度較好，達到試驗要求。標準偏差(Sd)和相對標準偏差(RSD)計算公式如下：

(1)

(2)

3.2 準確度測定

用DR1900便攜式分光光度計，分別測試質量濃度為0.10、1.00、2.00 mg/L的氨氮標準溶液，對每種濃度的氨氮標準溶液，各平行測定6次[14]，測試的具體結果見表1。計算每種濃度測定結果的相對誤差(RE)。結果表明，3種濃度氨氮標準溶液測定結果的相對誤差(RE)在-6.0%～0.0%之間，表明便攜式分光光度計測定水中氨氮的準確度良好。相對誤差公式為：

(3)

式(3)中，RE為相對誤差，C為儀器測量值，L為氨氮標準溶液的值。

表1 標準樣品測定結果

3.3 實際樣品加標回收率

取連云港市安峰水庫東南監測垂線地表水、連云港市東辛農場污水處理廠排放口2種不同濃度的樣品，用DR1900便攜式分光光度計進行分析，選擇0.5～3倍樣品濃度區間的氨氮標液濃度，添加到樣品中，每種樣品加標后平行測定6次，測定的詳細結果，見表2。經計算，測試的平均回收率在90.0%～96.0%之間，試驗過程可控，證明此檢測方法，能夠滿足應急監測的工作需要。

表2 實際水樣加標回收試驗結果

3.4 國家標準方法實驗結果對比

采用便攜式分光光度計法與目前在用的實驗室標準分析法，分別對連云港市安峰水庫東南監測垂線地表水、連云港市東辛農場污水處理廠排放口的實際樣品，進行7次平行測試，對以上2種方法所測定的數據進行t檢驗和P檢驗[14]，結果見表3。

(4)

表3 實際水樣的測定結果比對

根據連云港市安峰水庫東南監測垂線的測試結果計算，t=0.665，給定α=0.05，由t表查得，t(6,0.95)=2.447，t=0.665α(顯著性水平)=0.05，表明2種方法的測定結果沒有顯著差異。

根據連云港市東辛農場污水處理廠排放口的測試結果計算，t=0.467，給定α=0.05，由t表查得，t(6,0.95)=2.447，t=0.467α(顯著性水平)=0.05，表明2種方法的測定結果沒有顯著差異。

3.5 便攜式分光光度計分析氨氮樣品的注意事項

3.5.1 樣品的采集、保存與儲存

(1)水樣采集在聚乙烯瓶或者玻璃瓶中后，立即分析樣品，得到的結果最可靠。

(2)如果樣品不能被立即分析，需要加入鹽酸[15]將樣品的pH值調至小于等于2，并冷藏在4 ℃下，進行保存。

(3)如果樣品中含有余氯，可以加入硫代硫酸鈉溶液對其進行去除，再對水樣進行保存。

3.5.2 樣品的分析

(1)分析測試前，要將樣品加熱至室溫。

(2)用氫氧化鈉溶液對樣品進行中和，使pH值調至7；或者使用鹽酸溶液，調節原本為堿性的樣品pH值至7。

(3)樣品的濁度、色度[15]會使結果明顯偏高，可以經蒸餾裝置進行處理。

4 結論

研究結果表明，便攜式分光光度計測定水中氨氮，測定結果的相對標準偏差在0.4%～5.5%之間，相對誤差在-6.0%～0.0%之間；平均加標回收率在90.0%～96.0%之間。用t檢驗法和P檢驗法證實了，便攜式分光光度計測定水中氨氮的結果與實驗室分析方法沒有顯著差異，能夠滿足水環境應急監測中氨氮測試的需求。

綜上所述，便攜式分光光度計具有本身體積小、重量較輕、可以使用干電池進行供電的優點，同時，測定水中氨氮分析速度快、精確度高、準確度高，適用于應急監測水中氨氮的測定，能為生態環境等部門應對突發的環境污染事件，提供可靠的數據依據。