基于氣相分子吸收光譜法的水中氨氮測定干擾因素分析

葉春麗

（安徽省蕪湖生態環境監測中心，安徽 蕪湖 241000）

水體中氨氮的含量是評價水質和環境健康的重要指標之一，氨氮作為一種常見的污染物，主要來源于農業活動、工業排放、生活污水等。其過量存在不僅會對水生生物造成毒性影響，還可能導致水體富營養化，進而影響整個水生態系統的平衡。因此，準確測定水中氨氮的含量對于環境監測和污染控制具有重要意義。氣相分子吸收光譜法是一種基于分子吸收特定波長光能的分析技術，在環境監測領域得到了廣泛應用。該方法具有靈敏度高、選擇性好、操作簡便等優點，適用于對微量氨氮的測定。然而，在實際應用過程中，多種因素可能會對測定結果產生干擾，影響其準確性。干擾因素包括樣品的預處理方法、儀器的校準狀態、環境條件的變化，以及樣品中存在的其他化學物質等。文章旨在分析基于氣相分子吸收光譜法測定水中氨氮時可能遇到的干擾因素，并探討相應的解決策略。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

使用AJ-3700 型氣相分子吸收光譜儀、TU-1901 紫外-可見分光光度計、ST106-3RW 自動蒸餾裝置。

實驗用水為市場采購的蒸餾水，所需試劑包括溴酸鉀、無水乙醇、氯化銨、硼酸、氧化鎂、鹽酸、重鉻酸鉀、溴化鉀、氫氧化鈉、溴百里酚藍、硫酸等，試劑均符合國家規定的分析純度標準。

1.2 實驗設計

通過實驗評估不同干擾物對2.0 mg/L 氨氮標準溶液測量結果的影響。在引入干擾物后，若測量結果偏離1.9～2.1 mg/L 的范圍或相對誤差超過±5%，則判定存在干擾。若測量值仍在該范圍內且加標回收率符合HJ/T195-2005 標準，則干擾已被有效消除。

為提高水中氨氮含量測定的精準度，降低其受到的干擾物質影響，可通過以下方法進行研究。

①降低高氨氮水樣的濃度，以降低測量誤差率。②在稀釋過程中加入一定量的鹽酸和乙醇作為負載液，并進行加熱處理，以去除有機和無機還原性物質的干擾。③采用預蒸餾方法消除有機胺的干擾，并使用常見的有機胺進行實驗。④在酸性條件下加熱煮沸以消除揮發性有機物的干擾效果。

1.3 實驗步驟

氨氮含量的分析是通過氣相分子吸收光譜法進行實驗，構建氨氮標準物質的校準曲線，其濃度范圍為：0.00 mg/L、0.10 mg/L、0.20 mg/L、0.80 mg/L、1.60 mg/L、2.00 mg/L，以保證測量結果的準確性。根據儀器說明書，精確配制氧化劑和載流液，并對儀器設置進行優化，包括溫度、壓力和流量等參數，以保證實驗條件的穩定性和重復性。

在檢驗過程中，采取質控措施，包括設定空白對比實驗組、開展平行樣本試驗、測定標準濃度回收率，并對校準曲線上的一個關鍵點進行核實，以確認實驗結果的準確性和真實性。實驗室空白測試用于排除實驗過程中的潛在污染，平行樣測試用于驗證結果的一致性，加標回收率測試用于評估方法的準確性，校準曲線中間點校核用于保證曲線的準確性。此外，實時監測實驗變異性，及時調整實驗條件，確保結果的穩定性。

2 結果分析

2.1 氣相分子吸收光譜儀測定氨氮

氣相分子吸收光譜儀在氨氮的測定中采用兩階段法，第一階段將水樣中的亞硝酸鹽轉化為二氧化氮，轉化過程中產生的信號利用儀器捕捉。第二階段將水樣中的氨和銨鹽通過氧化過程轉化為亞硝酸鹽，此時儀器記錄為經過氧化后的總信號。該方法允許儀器區分并測量水樣中不同形態的氮含量，從而提供更全面的分析結果。

在理想的無干擾條件下，2.0 mg/L 氨氮標準溶液的吸光度應在0.23～0.26 的范圍內。該范圍的確定基于對標準溶液的多次測量，以確保實驗數據的準確性和重復性。吸光度的測量通過比較樣品與已知濃度標準溶液的光吸收差異，從而推算出樣品中氨氮的實際濃度。

2.2 亞硝酸鹽在氨氮檢測中的影響

采用氣相分子吸收光譜法在氨氮和氨鹽的分析過程中，亞硝酸鹽的存在會對其結果產生正效應。當亞硝酸鹽的含量低于20 mg/L 時，在2.0 mg/L 的氨氮標準溶液中應用氨氮去除亞硝酸的功能可以有效消除其干擾，保證結果的準確性。當達到20 mg/L 的濃度時，會顯著提高測量吸光度，加標回收率超過標準，誤差達到8%，表明該方法的消除干擾功能失效。使用酸性重鉻酸鉀溶液消除干擾并未成功，而采用在酸性條件下加入無水乙醇并加熱至80 ℃以上3～5 min的方法則有效，能使測定吸光度恢復至正常水平，加標回收率為105%，相對誤差為4%，表明干擾得到有效消除，如圖1 所示。

圖1 亞硝酸鹽對氨氮測定影響

2.3 揮發性有機物對氨氮測定的影響研究

在氨氮測定過程中，揮發性有機物的存在可能對結果產生顯著影響。輕質石油烴和低分子量揮發性有機胺，如三甲胺和三乙胺，因其在特定波長的吸收特性，導致來自石化和制藥等行業的樣品吸光度異常升高。該干擾會影響氨氮的準確測定，從而影響水質分析的準確性。

為研究揮發性有機物對氨氮測定的影響，實驗中對含有這些物質的水樣進行了分析。結果表明，預蒸餾方法在處理高濃度揮發性物質的水樣，如石化廢水時，效果有限，難以有效分離干擾物。但是，通過在酸性條件下（pH ≤2）加熱煮沸5～10 min 的方法，可以消除石油烴和三乙胺的干擾。該方法通過高溫和酸性環境破壞揮發性有機物的結構，從而減少其對氨氮測定的干擾，如表1 所示。

表1 揮發性有機物和有機胺干擾消除實驗結果

采取上述措施后，標準濃度加標回收率達到了101%與100%，且誤差均維持在5%以下。表明在酸性條件下加熱煮沸是一種有效的干擾消除方法，能夠顯著提高氨氮測定的準確性。此外，該方法的實施簡單，易于在實驗室環境中操作，對于處理含有揮發性有機物的水樣具有實際應用價值。

2.4 有機胺對氨氮測定的影響研究

在氨氮測定的研究中，有機胺如N，N-二甲基甲酰胺（DMF）和聚丙烯酰胺等化合物，在次溴酸鹽的氧化作用下能夠生成亞硝酸鹽，導致樣品吸光度異常增加，從而影響氨氮測定的準確性。

預蒸餾處理對于不易揮發的有機胺如DMF 和聚丙烯酰胺具有顯著的干擾消除效果。通過預蒸餾，可以分離出有機胺，從而減少其對氨氮測定的干擾。通過表1 的實驗數據可知，在經過預蒸餾處理后，DMF 和聚丙烯酰胺的測定標準樣加標回收率分別接近102%與101%，誤差在5%以下。

2.5 氨氮在不同干擾物質下的測定數據

在氨氮測定的研究中，干擾物質的存在對測定結果的影響為重要考慮因素。實驗中，亞硫酸鹽作為干擾物質，其濃度變化對氨氮測定的影響較大，如表2所示。

表2 亞硫酸鹽測定結果

以亞硫酸鹽存在的條件為例，當氨氮濃度設定為0.10 mg/L 時，實驗中使用了450 mg/L 的Na2SO3進行顯色反應。在這種情況下，加標回收率僅為80%，該數據遠低于理想狀態，表明亞硫酸鈉在顯色反應中消耗了氧化劑，從而降低了氧化氨氮的能力。由于氧化劑的消耗，氨氮的測定讀數可能會升高，可能導致對水樣中氨氮實際濃度出現評估誤差。在實際的水樣分析中，存在亞硫酸鹽等還原性物質的情況下，需要調整氧化劑的添加量，以確保氨氮的準確測定。

亞硫酸鹽等還原性物質的存在對氨氮測定結果具有顯著影響。為了獲得準確的氨氮濃度數據，必須對干擾物質的影響進行評估，并采取適當的措施來消除或減少干擾。

3 討論

在水質監測領域，氨氮含量的準確測定對評估水體環境質量和制定相應的污染治理策略具有至關重要的作用。實驗測定過程中存在多種因素可能對氨氮的測定產生干擾，如亞硝酸鹽、還原性物質、揮發性有機物、有機胺等。這些干擾因素通過不同的化學反應路徑影響氣相分子吸收光譜法的測定結果。例如，亞硝酸鹽可能與分析過程中的氧化劑發生反應，導致誤判；還原性物質會消耗氧化劑，影響氨氮的轉化效率；而揮發性有機物和有機胺可能因自身的吸收特性或與氧化劑的反應而產生干擾。

為保證實驗結果和準確性，通過樣品稀釋，可以降低干擾物的濃度。物理方法，如預蒸餾和加熱煮沸，能夠去除有機干擾物。此外，化學方法如添加適量氧化劑或酸性重鉻酸鉀溶液也表現良好的消除干擾潛力。這些方法的應用不僅提升了氨氮測定的準確性，而且為環境監測提供了更加可靠的數據支持。通過精確調整氣相分子吸收光譜儀的相關參數，例如溫度、壓力和流量等，保證實驗條件的穩定性和可重復性。

通過實驗室空白試驗、平行樣測試、加標回收率測試，以及校準曲線中間點的校核等質量控制措施，加強了數據可靠性。嚴謹的實驗設計和質量控制流程為氨氮的準確測定提供了堅實的質量保障，降低了實驗誤差，增強測定結果的可信度。

然而，盡管本研究在實驗室條件下取得了顯著成果，實際水環境監測中可能面臨更為復雜的情況。因此，將研究中的干擾控制策略應用于真實水樣分析時，可能需要進一步地驗證和調整。特別是在處理不同來源和類型的水樣時，應注意干擾物的種類和濃度的差異性，并根據具體情況進行靈活選擇和調整干擾控制方法。同時，考慮到成本效益和操作便利性，以確保該策略能夠在環境監測領域得到廣泛應用和推廣。未來的研究應當致力于探索更加經濟、快速且高效的干擾控制技術，以滿足不斷增長的環境監測需求。

4 結束語

在氣相分子吸收光譜法測定水中氨氮時，亞硝酸鹽、揮發性有機物、有機胺和亞硫酸鹽等均為潛在干擾因素。當亞硝酸鹽濃度低于20 mg/L 時，實驗干擾因素影響較小，實驗結果相對誤差在±5%以內。亞硝酸鹽濃度超過20 mg/L 時，需采用無水乙醇加熱至80 ℃以上處理，以恢復正常吸光度，提高加標回收率至105%，誤差降至4%。通過預蒸餾處理，在酸性環境下加熱，可以排除揮發性有機胺對測定結果的干擾，進而確保加標回收率的統一性和誤差的可控性。亞硫酸鹽的干擾可通過調整氧化劑添加量消除，提高氨氮測定準確性。