納氏試劑比色法在水體氨氮測定的應用

劉 瑜

（延安水文水資源勘測局，陜西 延安 716000）

0 引言

氨氮雜質是水體中常見的有機鹽污染物，微量的氨氮雜質污染物就會對水體帶來顯著的破壞作用，對氨氮雜質的檢測工作，一直是環境工程中的重要課題。納氏試劑比色法是當前最常用的氨氮雜質檢測方法，在現有技術條件下，機器輔助判讀的納氏試劑比色法檢測設備已基本普及，當前需要重點討論在水質準備和納氏試劑調制過程中的操作要素，以提升納氏試劑比色法的測量精度[1]。

成立于1975 年的陜西省水環境監測中心，目前下設延安、寶雞、漢中、安康、商洛五個分中心，可執行原子熒光光度法、離子色譜法、分光光度法及滴定法等檢測方法，本次分析研究延安分中心對延河水域的監測。

借鑒相關報告文獻數據及方法，本文擬采用凝絮沉淀法對水樣進行預處理，進而進行納氏試劑比色法進行氨氮含量測定[2]。

1 實驗方法

1.1 水樣來源及水樣采集

對延安市延河水質監測斷面的水體進行采樣，采集8 個斷面水樣。每個水樣采集50 mL。采樣過程中，使用五層細孔無紡布進行現場過濾懸浮雜質，孔徑為0.1 μm，過濾物包括浮游生物，不溶性大顆粒固形物等，水樣使用專用50 mL 采樣瓶進行密封避光保存。水樣采集后8 h 內進入實驗室進行水質檢測試驗。

1.2 水樣的靜置及保存方法

水樣采集后，置于50 mL 專用水樣瓶中避光保存，進入實驗室后，在4000 rpm 離心機中進一步強制沉淀3 min，取上清液30 mL 置于錐形瓶中進行后續試驗。實驗室室溫保持25℃，4 h 內不能進行試驗的，置于0℃恒溫試驗冰箱中進行暫存[3]。

1.3 凝絮沉淀法的水樣預處理

30 mL 水樣加入0.3 mL10%硫酸鋅溶液及1～2 滴25%氫氧化鈉溶液，滴至水樣pH 值達到10～11 之間，靜置至凝絮物質充分沉淀。取上清液15 mL 進行后續試驗。此處并未使用濾紙法進行過濾處理，其原因在結果討論中進行具體討論。

1.4 干擾物去除

15 mL 水樣置于試管中，加入0.3 mL 酒石酸鉀鈉溶液，再加入0.3 mL15%氫氧化鉀溶液，此時使用納氏試劑比色卡或者比色儀測定溶液比色值，作為后續試驗的比色值矯正值。當比色值較高或發生渾濁時，認為溶液中的金屬離子（汞離子、錳離子等）或非氨氮有機鹽較多，此時可將溶液煮沸3 min，靜置至室溫后，置于4000 rpm 離心機中強制沉淀3 min，取上清液10 mL 進行后續試驗。如有試劑需要進行干擾物去除的，則未經過去除的水樣，也應經過該操作，以確保水樣來源的一致性[4]。

1.5 納氏劑納氏試劑的制備

納氏試劑的反應原理方程式如下：

不管采用何種方式制備，其本質是需要產生有機鹽官能團，此官能團可使氨氮離子發生顯色反應。本文使用HgCl2與KI 的依據用量比0.44∶1 制備（即8.8 gHgCl2溶于20 gKI 溶液），選擇此制備模式的原因，會在結果討論中具體分析[5]。

1.6 顯色反應的條件控制

實驗室室溫控制在25℃恒溫，反應在室溫下進行，反應時間控制在10 min，反應溶液pH 值滴定至中性，加入納氏試劑后體系pH 值在11.8～12.4 為宜。反應緩沖劑采用氫氧化鉀-酒石酸溶液（濃度比為2.54∶1）。

1.7 實驗組與參照組的設定

每組8 個水樣中，分別使用納氏試劑顯色法進行氨氮含量測定，作為實驗組，使用液相色譜儀測定，作為參照組。參照組作為參照標準使用[6]。

1.8 統計學方法

使用SPSS24.0 對數據進行信度分析，當P＜0.05 時，認為存在統計學意義，當P＜0.01 時，認為存在顯著的統計學意義。使用T 校驗法進行數據比較分析，當T＜10.000 時，認為存在統計學差異。

2 實驗結果

2.1 直接結果

2019 年11 月10 日，陜西省水環境監測中心依據HJ 535-2009 標準，使用V-5600 分光光度計的氨氮標線法測定了延河水樣的氨氮含量，試驗用波長420 nm，參比溶液為蒸餾水，比色時實驗環境溫度17.0℃，室內相對濕度50.0%。測定實驗結果見表1。

表1 某次氨氮納氏試劑比色法的檢測結果單摘要

2.2 納氏試劑比色法的優勢分析

對延河采集的8 組水樣，按照上述實驗組與參照組進行對比分析，可以得到表2。

表2 水樣測定結果對比表

表2 中，參照組的測定值區間顯著小于實驗組，但二者最終測定的水體氨氮污染物結果相差均在±0.001 mg/L 以內，且所有數據中，T＞10.000，P＜0.01，數據間有顯著的統計學意義且無統計學差異。證實在同一水體采樣數量超過8 個水樣的前提下，使用納氏試劑顯色法進行氨氮污染物測定，其測定精度和測定結果與使用液相色譜法測定結果相當。

值得指出的是，所有水體的測定結果中，實驗組使用納氏試劑比色法測定的氨氮污染物含量均略高于參照組使用液相色譜法測定的結果，其差值小于0.05 mg/L。該結果的原因及對策將在結果討論中進行討論分析[7]。

3 結果討論

3.1 實驗過程中避免使用試紙的實驗方法革新

因為不同廠家不同批次的濾紙制作過程中，均會使用部分添加劑，添加劑中往往含有一定的鈉離子、鉀離子、銨離子、含氮離子等，相關文獻的實驗結果表明，在采樣量小于50 mL 時，試紙對輕度氨氮污染水體水樣的實驗室污染，可能造成水樣中的含氨氮量發生20%左右的升高[8]。該操作本身將可能干擾實驗結果，使測量結果失真。即如果在水樣采集、凝絮物沉淀、干擾排出等操作過程中使用濾紙進行水樣處理，而不是采用離心機上清液法或靜置沉淀上清液法，因為濾紙產生的氨氮污染物可能對水樣的氨氮污染物測量結果帶來顯著影響。故本文革新方法在所有沉淀物、懸浮物的去除過程中，均未使用濾紙。革新方法可能會嚴重損失水樣資源，在本文實驗過程中，50 mL 的原始水樣最終進入比色實驗的僅余10 mL～15 mL，但此過程可以提升對氨氮污染物的測量精度。

3.2 納氏試劑制備方法的選擇依據

3.3 實驗誤差的來源分析

一方面，使用納氏試劑對氨氮有機鹽粒子的反應，屬于有機反應，其反應周期較長，在催化不徹底或反應環境不穩定的情況下，容易造成反應不徹底，或在反應過程中受到其他金屬離子的干擾導致反應結果偏高。另一方面，使用液相色譜儀法，其測量本質是測定溶液中的N 元素和H 元素含量，最終推算溶液中的氨氮污染物含量，此時可能混入部分其他的N-H 化合物或其他N 化合物和H 化合物，對實驗結果產生干擾[10]。且本文使用的比色法為納氏試劑電子比色儀，比色儀中執行的糾錯算法為內置封裝算法，并不受到本文實驗的控制，所以，在實際執行過程中，也可能因為比色儀糾錯算法帶來一定的測量誤差。即上述誤差均為兩種測量方法的系統誤差，因為系統誤差產生小于±0.05 mg/L 的測量誤差，并不影響最終的污染級別判讀。

4 結論

在進行納氏試劑比色法實驗的過程中，通過避免使用濾紙等可能產生污染的實驗環節，同時優選了納氏試劑制備方案，最終對水樣進行了精度較高的氨氮污染物測定。通過與液相色譜儀測定結果進行比較，發現使用成本低廉的納氏試劑比色法進行氨氮污染物測定，較成本較高的液相色譜儀法進行氨氮污染物測定，T＞10.000，P＜0.01，測定結果顯著且無統計學差異。即可認為使用納氏試劑比色法進行氨氮污染物測定的方案，在嚴格控制實驗過程的前提下，可以得到與液相色譜儀測定結果無異的結果。

推算溶液中的氨氮污染物含量，此時可能混入部分其他的N-H 化合物或其他N 化合物和H 化合物，對實驗結果產生干擾。且本文使用的比色法為納氏劑納氏試劑電子比色儀，比色儀中執行的糾錯算法為內置封裝算法，并不受到本文實驗的控制，所以，在實際執行過程，也可能因為比色儀糾錯算法帶來一定的測量誤差。即上述誤差均為兩種測量方法的系統誤差，因為系統誤差產生小于±0.05 mg/L 的測量誤差，并不影響最終的污染級別判讀。