連續(xù)流動分析儀測水中氨氮的應(yīng)用研究

文_陳曉 謝建萍 章燕 張瑩 金佳迪 紹興清宇水質(zhì)檢測技術(shù)服務(wù)有限公司

1 引言

氨氮(NH3-N)以游離氨(NH3)和氨鹽(NH+4)形式存在于水中，兩者的組成取決于水溫和pH。水中氨氮的主要來源為生活污水中含氮有機(jī)物被微生物分解產(chǎn)生，以及某些工業(yè)廢水，如焦化廢水和合成氨廢水。魚類對水中氨比較敏感，當(dāng)濃度比較高時會導(dǎo)致魚類死亡。氨氮是評價環(huán)境質(zhì)量和進(jìn)行水體污染控制的重要指標(biāo)之一，已經(jīng)納入我國污染物總量控制體系，并規(guī)定了排放標(biāo)準(zhǔn)限值。水中氨氮的測定方法有納氏試劑分光光度法、水楊酸分光光度法、氣相分析吸收法、電極法等。目前納氏試劑光度法是氨氮的經(jīng)典分析方法，操作簡單靈敏，但使用的納氏試劑中含氯化汞或二氯化汞均為劇毒物質(zhì)，對人體和環(huán)境不利；次溴酸鹽氧化法不能用于污染較重，含有機(jī)物較多的水，且操作相對煩瑣；氣相分子吸收光譜法操作過程要求高，分析人員工作負(fù)荷較大。而連續(xù)流動分光光度法能適用于地表水、地下水和廢水排污口處的水質(zhì)監(jiān)測，由于該法具有檢測方便，操作簡單、快速等特點，所以，有很好的應(yīng)用推廣價值。

連續(xù)流動分析技術(shù)（CFA）的研究是20 世紀(jì)50年代開始的，其設(shè)計理念是在1957年在美國提出的。它采用的是連續(xù)流動原理，用均勻的空氣泡將樣品與樣品隔開，標(biāo)準(zhǔn)樣品和未知樣品通過同樣的預(yù)處理和完全一樣的測試環(huán)境，通過比較吸光度的大小得出分析結(jié)果，該方法是一種要求反應(yīng)完全（穩(wěn)態(tài)）情況下的測試方法。隨著科技的發(fā)展，流動分析儀也經(jīng)歷了幾次大的技術(shù)突破，經(jīng)歷從數(shù)據(jù)由手工計算，到計算機(jī)處理模擬信號，計算機(jī)進(jìn)行自動計算的發(fā)展過程。而目前發(fā)展到高分辨率數(shù)模轉(zhuǎn)換時代，大大提高了分析精度。

隨著環(huán)境保護(hù)理念的越來越被重視，紹興水處理有限公司化驗室感受到各部門對氨氮檢測需求越來越大，同一時間需要檢測的樣品越來越多，原有的納氏試劑分光光度法檢測效率已經(jīng)跟不上將來檢測日益增多的樣品需求，其中由于樣品大批量增加而引發(fā)的納氏試劑分光光度法的弊端日漸突顯。連續(xù)流動分析法相對于傳統(tǒng)的手工方法的優(yōu)勢明顯，愈加值得研究。

2 實驗部分

2.1 原理

納氏試劑分光光度法原理：以游離態(tài)的氨或銨離子等形式存在的氨氮與納氏試劑反應(yīng)生成淡紅棕色絡(luò)合物，該絡(luò)合物的吸光度與氨氮的含量成正比，在420nm 處測定吸光度。

連續(xù)流動分析法原理：樣品經(jīng)蒸餾，其中的氨經(jīng)氯化作用形成氯化氨，氯化氨與水楊酸鹽反應(yīng)，形成5-氨基水楊酸。經(jīng)氧化和氧化絡(luò)合作用，形成綠色絡(luò)合物。加硝普酸鈉鹽做催化劑，加檸檬酸鈉來隔離陽離子氫氧化物，在660nm 處測定吸光度。

2.2 儀器與試劑

2.2.1 主要儀器

San ＋＋連續(xù)流動分析儀；Evolution220 紫外—可見分光光度計。

2.2.2 主要試劑

納氏試劑分光光度法測定氨氮所用試劑配置參照國標(biāo)方法（HJ535-2009），酒石酸鉀鈉使用優(yōu)級純，納氏試劑為直購成品液體，購入后按批量做空白抽樣檢測后使用；

San＋＋流動分析儀測定氨氮中的試劑參照SKALAR儀器公司自帶的方法配置；實驗用水均為去離子水，標(biāo)準(zhǔn)貯備液和標(biāo)準(zhǔn)使用液的配置均為原國家環(huán)保總局標(biāo)準(zhǔn)樣稀釋后使用。

2.3 實驗方法

納氏試劑分光光度法：取50.0mL 樣品（高濃度酌情少取）于具塞比色管中，加入1mL 酒石酸鉀鈉溶液搖勻，再加入1.5mL 納氏試劑后搖勻，室溫下放置10min 后在波長420nm 處用20mm 比色皿測定吸光度。

連續(xù)流動分析法：按儀器說明書安裝好化學(xué)工作站系統(tǒng)，設(shè)定好參數(shù)，開機(jī)后，用水代替試劑，檢查整個分析流路的密閉性及液體流動的順暢性。等基線穩(wěn)定后（約20min），系統(tǒng)開始進(jìn)試劑，待基線再次穩(wěn)定后，準(zhǔn)備進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)樣品和實際樣品及盲樣。實驗完畢，用蒸餾水沖洗管路30min。

3 結(jié)果與分析

3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定

納氏試劑分光光度法：吸取氨氮標(biāo)準(zhǔn)工作溶液（10.0ug/mL）0.00，0.50，1.00，2.00，4.00，6.00，8.00，10.00mL，加水至50mL，先后加入酒石酸鉀鈉和納氏試劑并搖勻，顯色后比色測定繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果表明，得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程y ＝0.3651x ＋0.0143，相關(guān)系數(shù)為0.9998，方法重現(xiàn)性良好。標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。

圖1 納氏試劑分光光度法測定氨氮的曲線

連續(xù)流動分析法：選取0.00，1.00，2.00，3.00，4.00 和5.00mg/L6 個濃度點，然后根據(jù)濃度峰高自動計算得出標(biāo)準(zhǔn)曲線一次方程。結(jié)果表明，在0 ～5mg/L 的濃度范圍內(nèi)有很好的線性關(guān)系，得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程y ＝0.3278x-0.0071，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9996，方法重現(xiàn)性良好。標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖2。

圖2 連續(xù)流動分析法測定氨氮的曲線

3.2 方法準(zhǔn)確度和精密度的測定

按照樣品分析的全部步驟，對國家環(huán)保總局標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所的氨氮標(biāo)樣（2005121 與200599）進(jìn)行6 次平行測定，結(jié)果見表1 和表2。結(jié)果表明，兩種方法測定6 次的結(jié)果與均值都在樣品的保證值范圍內(nèi)，說明連續(xù)流動分析法測定氨氮標(biāo)樣的平行性較好。

表1 連續(xù)流動儀氨氮標(biāo)準(zhǔn)樣品測定結(jié)果

表2 分光光度法氨氮標(biāo)準(zhǔn)樣品測定結(jié)果

3.3 實際樣品的比對測定

分別采用兩種方法對3 個點的水樣進(jìn)行了測定，同時進(jìn)行了加標(biāo)回收實驗，水樣比對分析實驗結(jié)果見表3。由表3 可以得出，兩種方法平行3 次測定的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別在1.2%～1.4%和1.7%～2.8%之間，平均加標(biāo)回收率在97.3%～101% 和96.5%～102%之間。

表3 水樣比對分析實驗

由表3 的結(jié)果可以看出，兩種方法測定氨氮的回收率均較好，連續(xù)流動法與納氏試劑分光光度法相比相對標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，測定值的RSD 均小于1.5%。

3.4 大批量樣品的比對測定

分別采用兩種方法一次性對20 個質(zhì)控樣10mg/L（對批號：027011902，標(biāo)準(zhǔn)值為100±2%的標(biāo)準(zhǔn)樣進(jìn)行稀釋10 倍）進(jìn)行了測定，水樣比對分析實驗結(jié)果見表4。

表4 水樣比對分析實驗

由表4 的結(jié)果可以看出，一旦大批量進(jìn)行測定，納氏試劑分光光度法測定值隨著時間過久，樣品16 ～20 的數(shù)據(jù)已超過不確定度（2%），存在較大偏差，不可采用。且其整體測定數(shù)值在第10 個樣品之后數(shù)值逐漸偏高。其偏差曲線圖為圖3。

圖3 兩種檢測方法氨氮測定值比較

由圖3 可知，納氏試劑分光光度法一次性檢測20 個樣的情況下，在后期樣品的數(shù)據(jù)將緩慢偏高離真實值越來越遠(yuǎn)，其偏差較大。分析原因后得，納氏試劑分光光度法對環(huán)境中的溫度要求較高，室溫高于25℃后，由于大批量樣品一次性發(fā)色檢測導(dǎo)致化驗人員比色時間較長，在10min 發(fā)色后因為比色時間的拉長導(dǎo)致后期樣品樣品放置時間過久顏色越來越濃則導(dǎo)致后期幾個數(shù)據(jù)可能偏高。

而樣品20 由原來的10.0±0.2mg/L 偏高至10.7mg/L已經(jīng)超過保證值偏差（100±2%），表明此次大批量測定中后期幾個樣品數(shù)據(jù)偏差較大而不可用。所以，納氏試劑分光光度法在大批量樣品檢測的情況下為保證數(shù)據(jù)接近真實值減小人為誤差應(yīng)該分批檢測，而分批檢測分批前處理將導(dǎo)致耗時更久（一批次大約耗時60 ～90min）。

而連續(xù)流動儀法前處理步驟較少，操作過程自動化程度較高，還可以降低因為前處理操作過程帶入的干擾，更適用于大批量的樣品的測定。

結(jié)果表明，納氏試劑分光光度法并不適合分析大批量樣品數(shù)據(jù)（比如一天幾十個樣品），而連續(xù)流動分析法將開機(jī)穩(wěn)定半小時及關(guān)機(jī)需要至少半小時除外后每小時約可測定20 ～30 個樣品，自動化程度高，比較適合大批量樣品的分析。

4 結(jié)語

經(jīng)對實際水樣進(jìn)行比對實驗，納氏試劑分光光度法和連續(xù)流動分析法在小批量測定水體中氨氮時精密度和準(zhǔn)確度都較高，樣品加標(biāo)回收率較好，均滿足水質(zhì)監(jiān)測的技術(shù)要求。

在大批量樣品的效率檢測中，納氏試劑分光光度法存在干擾因素多，必須分批檢測而耗時長等缺點。采用連續(xù)流動分析儀，使用自動進(jìn)樣和分析系統(tǒng)，用連續(xù)流動分析方法加快了樣品的分析速度，提高樣品的分析效率。因此，連續(xù)流動分析方法更適用于實驗室日常水質(zhì)分析大批量樣品，在實際分析過程中自動化程度更高，操作更簡便，靈敏度也好，完全能夠滿足氨氮檢測的技術(shù)要求，可進(jìn)一步推動實驗室水質(zhì)分析向智能化和自動化的快速發(fā)展。