靛酚藍法測定水中氨氮方法的改進

魏海峰， 劉長發， 張俊新

(1.大連海洋大學海洋科技與環境學院，大連116023;2.遼寧省高校近岸海洋環境科學與技術重點實驗室，大連116023;3.國家海洋局近岸海域生態環境重點實驗室，大連116023)

0 引言

氨氮是指水中以游離氨(NH3)和銨離子(NH+4)形式存在的氮。自然環境水體中的氨氮主要來源于生活污水，化工、冶金等排放的廢水。氨氮中的非離子氨對水生生物有極強的毒性，并且總氨氮高容易引起水體的富營養化［1-4］。氨氮作為主要超標污染物在七大水系中出現頻率非常高，氨氮污染已經是全國性的污染問題。“十二五”期間，氨氮被列為水體污染物總量控制的指標之一［5-9］。水中氨氮的測定方法有靛酚藍法、納氏試劑法、溴酚藍法和離子色譜法等［10-13］。其中靛酚藍法具有操作簡便、靈敏的特點，是氨氮分析的標準方法和經典方法［14］，可用于淡水和海水樣品的測定，但方法的顯色時間太長(淡水樣品需要3 h，海水樣品需要6 h)，不利于大量樣品的快速分析［15］。本文對靛酚藍方法進行了改進，考察了反應溫度、催化劑Mn2+和丙酮等對反應速度的影響。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

721E分光光度計(上海精密科學儀器有限公司);分析天平(梅特勒-托利多集團);超級恒溫水浴鍋(南京創睿儀器儀表有限公司)等儀器。

硫酸銨、檸檬酸三鈉、硫酸錳、丙酮、苯酚5種試劑均為分析純(天津市科密歐化學試劑有限公司);氫氧化鈉，分析純(沈陽市亞東化學試劑廠)。

1.2 實驗方法

取25 ml水樣于25 ml比色管中，加入0.70 ml檸檬酸鈉溶液、0.70 m l苯酚溶液、0.70 ml次氯酸鈉溶液，混勻放置一段時間，在640 nm波長下用2 cm比色皿以純水做參比測定吸光度值。用超級恒溫水浴鍋控制反應溫度，研究在不同溫度(10，20，30，40，50，60，70，80，90℃)下的顯色反應。分別加入不同劑量Mn2+和丙酮研究對該反應的催化作用。

2 結果與討論

2.1 溫度對顯色時間的影響

用超純水配置的氨氮濃度為0.260 mg/L的水樣分別在10～90℃條件下顯色15 min，測定吸光度值，每個水樣3個平行，結果如圖1所示。

圖1 反應溫度對顯色反應的影響

由圖1可知，水樣的吸光度隨著溫度升高而增加，當溫度在10～30℃反應速率較低，在15 min內不能達到反應平衡，需要進一步延長反應時間才能達到反應平衡。而溫度超過40℃，吸光度呈現不再增加，這表明反應體系溫度在高于40℃時，反應可以在15 min內達到平衡。為了節約能源，我們將反應的最佳溫度定為40℃。因此通過提高溫度可以有效縮短反應時間，從而提高分析的效率，同時在實際工作中需要注意工作曲線制作與樣品測定需要保持同樣的溫度條件。

實驗選擇40℃條件對氨氮濃度為0.200 mg/L的水樣進行了不同反應時間的研究，結果如圖2所示，可以看出，在40℃條件下，反應10 min后基本即可達到反應完全，但為了確保反應完全，我們選擇了反應時間為15 min。

圖2 40℃溫度條件下吸光度值的變化

2.2 M n2+對反應的影響

Mn2+作為催化劑，前人進行了一些研究，但不是很系統［7］，本文通過研究了 Mn2+和丙酮的不同加入量，探討了加入催化劑對靛酚藍反應的催化過程。實驗結果表明，在40℃條件下，不同Mn2+的加入量對靛酚藍反應的催化能力不同(見圖3)。氨氮濃度為0.225 mg/L的人工配置的水樣在Mn2+不同加入量的情況下表現出顯著的差異(P＜0.05)，隨著Mn2+加入量的增加靛酚藍反應顯著加速(5～50 mg/L)，但是當Mn2+濃度超過50 mg/L時，開始出現對反應的抑制現象，因此可以判斷，50 mg/L為 Mn2+的最佳用量，在3 min即可反應完全，比原來在室溫條件下淡水顯色3 h極大加快了反應的速度，提高了水樣氨氮分析效率。

圖3 不同濃度Mn2+對靛酚藍反應的影響

2.3 丙酮對反應速度的影響

氨氮濃度為0.225 mg/L的水樣中加入不同濃度的丙酮在40℃顯色15 min條件下的研究發現，不同濃度的丙酮對靛酚藍反應速度均沒有促進作用，相反，加入的不同濃度的丙酮均對反應過程有抑制作用，并且隨著丙酮加入量的增加抑制作用增強(見圖4)。其對反應的抑制機理有待深入研究。

2.4 方法的精密度和精確度

通過實驗研究得到的最佳實驗條件為反應溫度為40℃，顯色時間為15 min，Mn2+濃度為50 mg/L。研究了該方法的測定精密度和準確度，結果如表1所示。改進后的氨氮分析方法，在15 min時測得氨氮質量濃度為0.080、0.120 mg/L的樣品的相對標準偏差分別為7.4%和7.7%，回收率分別為96%和106%，該方法對環境水樣的實用性更廣，比原來的國家海洋監測規范的方法快速、準確，值得廣泛推廣。

圖4 不同濃度丙酮加入量對靛酚藍反應的影響

表1 精密度和準確度統計結果

3 結語

通過40℃恒溫水浴解決了靛酚藍法測定氨氮過程中的由于溫度變化導致的測定不準確的問題，使反應15 min內即可達到平衡，提高了分析效率，加入催化劑Mn2+使反應能夠更加迅速，3 min即可達到反應完全，而丙酮則不能起到催化作用的目的。實際樣品測定的相對標準偏差為7.4% ～7.7%，樣品測定回收率為96%～106%。該方法對環境水樣的實用性更廣，比原來的國家海洋監測規范的方法快速、準確，值得廣泛推廣。

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