基于納氏試劑分光光度法的工業廢氣中氨檢測與數據分析

王 卓，侯 雪，齊白羽

(西北礦冶研究院，甘肅 白銀 730900)

0 引言

氨是一種無色、有強烈刺激性氣味的氣體，分子表達式為NH3，屬于氮和氫的化合物，會灼傷皮膚、眼睛、呼吸器官的黏膜，若是吸入過量的氨氣會引起肺部腫脹，甚至引發死亡[1]。其屬性是易被液化成無色的液體，高溫時會被分解成氮氣和氫氣，具有還原作用。氨用于制造氨水、銨鹽等。輕工、化工、化肥、制藥、合成纖維等領域的工作場所，空氣中的氨氣廣泛存在。氨氣也是室內環境空氣檢測的一項重要指標，目前國家職業衛生標準對于工作場所空氣中氨的檢測普遍采用的是納氏試劑分光光度法[2-3]，該監測方法具有可信度高、操作簡便、反應靈敏、快速高效等特點，被廣泛應用于各級環境監測部門[4]。如何能夠快速、準確地檢測出環境空氣或廢氣中氨的濃度具有重要意義。

1 方法原理及條件

工業廢氣或空氣中氨的監測原理是用稀硫酸溶液吸收空氣中的氨，溶液中生成的銨離子與納氏試劑進行反應生成黃棕色的絡合物，該絡合物的吸光度與氨的含量成正比關系，將其放置于420 nm波長的環境下測量吸光度，根據吸光度可計算空氣中的氨含量。測定分析環境空氣或廢氣中氨含量要使用符合國家標準或專業標準的分析試劑，試劑配制應在無氨環境條件下進行。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

儀器：10 mL具塞比色管，分光光度計，10 mm光程比色皿。

試劑配制：納氏試劑配制：攪拌碘化鉀溶液的同時將二氯化汞溶液緩慢倒入，至有紅色沉淀形成且形成的沉淀不再溶解時加入氫氧化鈉溶液，加入剩余的二氯化汞溶液，搖勻后在暗處放置24 h傾出上清液。酒石酸鉀鈉配制：稱取50 g酒石酸鉀鈉(KNaC4H6O6·4H2O)，將其溶于100 mL的水中，加熱煮沸以驅除溶液中的氨，待冷卻后定容至100 mL容量瓶中，搖勻。氨標準貯備液配制：稱取適量的氯化銨溶解于水中，再將其轉移至250 mL的容量瓶中，用水定容到標線，搖勻。氨標準使用液：準確吸取5.00 mL氨標準溶液于250 mL容量瓶中，用水稀釋至標線并搖勻。

2.2 標準曲線的制備

取7支比色管分別加入標準溶液0.00、0.10、0.30、0.50、1.50、2.00 mL，其所對應的氨含量分別為0、2、6、10、30、40 ug，用水稀釋至刻度線，再向各比色管中分別加入0.50 mL的酒石酸鉀鈉溶液，并加入0.50 mL的納氏試劑，對其搖晃均勻。靜置10 min后，在波長420 nm的環境下，用10 mm比色皿，以水作為參比液來測定標準溶液的吸光度。減掉空白后的吸光度以氨含量為橫坐標，其對應的吸光度值為縱坐標來繪制標準曲線，如圖1所示。

圖1 納氏試劑分光光度法標準曲線Fig.1 Standard curve of Nessler’s reagent spectrophotometry

2.3 影響因素分析

納氏試劑：為確保納氏試劑能夠較好地顯色，配制試劑時需要控制HgCl2的加入量。一般控制加入量至微量HgI2紅色沉淀不再溶解時為止。配制時可在低溫加熱環境進行反應，目的是為了加快反應速度，防止HgI2紅色沉淀的提前出現[5]。

酒石酸鉀鈉：由于酒石酸鉀鈉具有絡合性，可以與鈣、鎂、鐵等金屬離子形成絡合物，因此讓酒石酸鉀鈉和這些金屬離子形成干擾，從而避免與納氏試劑的結合，防止形成沉淀，以此來確保最終測定結果的準確性。實驗過程中發現，當酒石酸鉀鈉試劑如果銨鹽含量較高時，加熱煮沸或加納氏試劑沉淀不能夠徹底除去氨，此時可以加入適量的氫氧化鈉溶液，加熱煮沸使溶液的體積為20%～30%時，取下冷卻至室溫后用無氨水稀釋到原體積。配制好的酒石酸鉀鈉冷藏或常溫放置均可以，一周之內都可以使用。

實驗用水：根據國家標準實驗用水為無氨水，但無氨水的制備過程需要時間。將無氨水、超純水、純水進行空白對比發現，空白吸光度均未超過國標要求的≤0.030，且差別不大[6]，故本實驗采用純水作為實驗用水。

顯色時間：氨氮測定在國標中要求顯色時間為10 min，但是眾多學者發現實際分析過程中合理的顯色實驗范圍在10～30 min內顏色相對比較穩定[7-9]，是比較合理的測量時間段。

3 實驗結果與討論

3.1 方法檢出限

MDL=t(n-1,0.99)×S

(1)

上述公式中：MDL—方法檢出限；n—樣品的平行測定次數；t—自由度為n-1，置信度為99%時的t分布(單側)；S—n次平行測定的標準偏差[10]。其中，當n=7，自由度為6，置信度為99%時，t=3.143。將吸收液空白按照樣品處理方法進行處理后平行進樣7次，按照平行測定的標準偏差來計算方法檢出限，測定結果見表1。

表1 方法檢出限測定結果 (mg/m3)

3.2 方法精密度

配制氨的標準溶液平行樣7個，按照樣品處理方法進行處理后分別進行測定，其結果見表2。

表2 精密度測定結果 (mg/m3)

3.3 方法準確度

向已知濃度樣品吸收液中加入氨10 ug、20 ug，平行測定7次，測定結果見表3。

表3 樣品吸收液加標回收測定結果Tab.3 Sample absorption solution spiked recovery determination results

由表3知，標樣測定結果完全滿足標準樣品的不確定度要求，加標回收率在91.5%～97.9%；隨著氨含量的增加，相對標準偏差降低，即納氏試劑分光光度法對標準溶液中氨含量較高的測量結果比較準確、穩定，表明該方法對環境空氣或廢氣中氨含量較高時的測定有較好的準確度。

4 結論

經過實驗驗證，納氏試劑風光光度法標準曲線的回歸曲線相關系數為0.999 5，線性良好。工業廢氣中的檢出限為0.05 mg/m3，以4倍方法檢出限作為測定下限，計算出測定下限為0.2 mg/m3，加標回收率在91.5%～97.9%，對標準溶液中氨含量較高的測量結果比較準確、穩定，符合標準方法要求，因此可采用此方法對環境空氣或廢氣中的氨進行分析測定。