納氏試劑對水體中氨氮測定的影響

張穎張佩

納氏試劑對水體中氨氮測定的影響

張穎張佩

水中氨氮主要來源于生活污水中含氮有機(jī)物受微生物作用的分解產(chǎn)物，焦化、合成氨等工業(yè)廢水以及農(nóng)田排水等。氨氮含量較高時(shí)，對魚類呈現(xiàn)毒害作用，對人體也有不同程度的危害。氨氮以游離氨和銨鹽形式存在于水中，兩者的比例取決于水的pH值；測定水中氨氮，有助于評價(jià)水體受污染和自凈的狀況，因此，氨氮是水質(zhì)評價(jià)中的一個(gè)重要指標(biāo)。

常用的氨氮測定方法是經(jīng)典的納氏試劑比色法、苯酚—次氯酸鹽法。容量法和電極法也常用來測定氨，而水楊酸—次氯酸鈉也是靈敏度較高的方法。目前納氏試劑比色法以具有操作簡便、靈敏度高等特點(diǎn)，使用的范圍最廣，但是實(shí)踐證明在使用納氏試劑比色法中，納氏試劑的質(zhì)量對實(shí)驗(yàn)的精密度影響顯著，尤其是對實(shí)驗(yàn)空白值的影響，使實(shí)驗(yàn)精度降低。

本文從實(shí)驗(yàn)反應(yīng)原理入手，通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化了對納氏試劑的配置比例，使實(shí)驗(yàn)空白值顯著降低，納氏試劑的質(zhì)量顯著提高，實(shí)驗(yàn)可獲得穩(wěn)定的低空白吸光度，有助于提高樣品測定的精密度和準(zhǔn)確度。

1 實(shí)驗(yàn)原理

1.1 氨氮反應(yīng)原理

了解納氏試劑比色法測定氨氮的反應(yīng)原理對理解反應(yīng)過程、控制反應(yīng)條件有重要意義。納氏試劑與氨氮反應(yīng)的情況較為復(fù)雜，隨反應(yīng)物質(zhì)含量不同而分別按方程式（1）～（5）進(jìn)行。

一般情況，納氏試劑主要用于微量氨氮測定，其反應(yīng)式為（1）式和（2）式。反應(yīng)式（5）式表明NH3與NH4+在水溶液中受溶液pH的影響可相互轉(zhuǎn)化。從反應(yīng)原理可以看到，顯色基團(tuán)[HgI4]2-和溶液pH值在反應(yīng)中對實(shí)驗(yàn)起決定作用。

1.2 納氏試劑配制原理

納氏試劑的正確配制影響方法的靈敏度。了解納氏反應(yīng)機(jī)理，是正確配制納氏試劑的關(guān)鍵。納氏試劑由Nessler于1856年發(fā)明，有兩種配制方法，常用HgCI2與KI反應(yīng)的方法配制，其反應(yīng)過程如下：

反應(yīng)中顯色基團(tuán)為[HgI4]2-，它的生成與I-濃度密切相關(guān)。反應(yīng)初期，Hg2+與I-按反應(yīng)（6）式生成紅色沉淀HgI2，HgI2迅速與過量 I-按反應(yīng)（7）式生成[HgI4]2-淡黃色顯色基團(tuán)；當(dāng)紅色沉淀不再溶解時(shí)，表明I-不再過量，應(yīng)立即停止加入HgCl2，此時(shí)可獲得最大量的顯色基團(tuán)。若繼續(xù)加入HgCl2，反應(yīng)（8）式和（9）式就會(huì)顯著進(jìn)行，促使顯色基團(tuán)不斷分解，同時(shí)產(chǎn)生大量HgI2紅色沉淀，從而引起納氏試劑靈敏度的降低。根據(jù)反應(yīng)原理及反應(yīng)方程（1）式和（2）式的當(dāng)量關(guān)系，得出KI和HgCl2的最佳用量比為0.41∶1（即82gHgCl2溶于20gKI溶液），以此比例配制的納氏試劑。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

2.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

北京普析TU-1901紫外可見分光光度計(jì)，梅特勒-托利多LP115FK型pH計(jì)。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)藥品

KI，HgCl2，KOH，KNaC4H4O6·4H2O，NH4Cl等。所有試劑均為A·R級。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 納氏試劑的配制

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)納氏試劑有2種配制方法。第一種方法利用KI、HgCl2和KOH配制，第二種方法利用KI、HgI2和KOH配制。兩種方法均可產(chǎn)生顯色基團(tuán)[HgI4]2-。但方法1中未給出HgCl2的確切用量，需要根據(jù)試劑配制過程中的現(xiàn)象加以判斷。本實(shí)驗(yàn)依據(jù)上述納氏試劑配制反應(yīng)原理，根據(jù)反應(yīng)方程（1）式和（2）式得出KI和HgCl2的最佳用量比為0.41∶1（即82gHgCl2溶于20gKI溶液），以此比例配制的納氏試劑。以方法1和方法2配置的不同溶液來測定已知樣品的氨氮含量。

2.2.2 酒石酸鉀鈉溶液的配制

由于市售酒石酸鉀鈉含有少許銨鹽，而只靠加熱煮沸并不能完全除去。本實(shí)驗(yàn)用以下兩種方法除去：（1）向定容后的酒石酸鉀鈉溶液中加入5ml納氏試劑，沉淀后取上層清液使用。（2）向酒石酸鉀鈉溶液中加少量堿，煮沸蒸發(fā)至50ml左右后，冷卻并定容至100ml。

2.2.3 實(shí)驗(yàn)序列設(shè)計(jì)

分別使用方法1和方法2配制的納氏試劑與不同方法配制的酒石酸鉀鈉溶液試劑1和試劑2，測定同一定值的氨氮控制樣，比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確度和空白值，確定最佳的藥品處理方式。a組：使用方法1和試劑1組合；b組：使用方法2和試劑1組合；c組：使用方法1和試劑2組合；d組：使用方法2和試劑2組合。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 四種不同組合下的實(shí)驗(yàn)空白值比較

表1 四種不同組合下的實(shí)驗(yàn)空白值比較

表2 四種不同組合下的實(shí)驗(yàn)的加標(biāo)回收率

表3 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定結(jié)果

實(shí)驗(yàn)空白值是反映實(shí)驗(yàn)過程中各種因素對物質(zhì)分析的綜合影響，實(shí)驗(yàn)空白值高會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的精密度和準(zhǔn)確度，因而每個(gè)實(shí)驗(yàn)對空白值均有一定要求。氨氮的實(shí)驗(yàn)空白值一般要求吸光度A≤0.030。

表1分別給出不同方法配制的納氏試劑和酒石酸鉀鈉溶液對實(shí)驗(yàn)空白值的影響結(jié)果。結(jié)果顯示第一種方法配置的納氏試劑實(shí)驗(yàn)吸光度總體較小，符合實(shí)驗(yàn)室對實(shí)驗(yàn)空白值小于0.030的要求。而第二種配制方法所得的納氏試劑實(shí)驗(yàn)空白值達(dá)到0.065，是第一種配制方法的兩倍多，空白值較高。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示第二種去除酒石酸鉀鈉溶液中銨鹽的措施效果更加明顯。

3.2 四種不同組合下的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度和精密度比較

實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性和加標(biāo)回收率直接反映了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度和精密度。從表2可以得出，c組處理方式下，實(shí)驗(yàn)得到最低的空白值0.023，符合實(shí)驗(yàn)要求空白值低于0.030的要求，實(shí)驗(yàn)精密度最高。同時(shí)加標(biāo)回收率達(dá)到100.3%，在四組實(shí)驗(yàn)中準(zhǔn)確度最高。

表3的數(shù)據(jù)顯示出，c組處理方式得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果、相對誤差和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差都是4組實(shí)驗(yàn)中準(zhǔn)確度和精密度最高的。表明納氏試劑以第二種配制方法可以得到更高的實(shí)驗(yàn)精密度和準(zhǔn)確度，有效地提高了納氏試劑的質(zhì)量。酒石酸鉀鈉溶液的質(zhì)量對結(jié)果也有影響，使用第二種方法去除藥品中銨鹽的影響更加顯著。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)顯示兩種不同方法配制納氏試劑對實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度和精密度影響顯著。使用第一種方法利用KI、HgCl2和KOH配制納氏試劑時(shí)，確定KI和HgCl2的最佳用量比為0.41∶1（即82gHgCl2溶于20gKI溶液），以此比例配制的納氏試劑可以得到更高的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度和精密度，應(yīng)為實(shí)驗(yàn)室試劑配制的首選方法。酒石酸鉀鈉溶液和樣品的pH值對實(shí)驗(yàn)結(jié)果也有明顯的影響

信陽水文水資源勘測局 464000 駐馬店水文水資源勘測局 463000）