測定地表水中氨氮影響因素的探討

劉永華

(臨沂市水文局，山東 臨沂 276000)

氨氮是地表水水環境監測中的基本監測項目，也是評價河湖水質健康與否的關鍵指標之一。雖然采用納氏試劑分光光度法測定水中氨氮含量的方法已經基本成熟，但在實際的檢測過程中，存在很多的外在因素影響檢測結果的準確度和精密度。為了提高日常工作中氨氮的檢測質量和檢測數據的準確度，本文對氨氮檢測過程中容易影響檢測結果的因素進行了分析和探討。

1 檢測方法原理、設備及試劑

1.1 方法原理

根據《水質 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》(HJ 535-2009)，以游離態的氨或銨離子等形式存在的氨氮與納氏試劑反應生成淡紅棕色絡合物，該絡合物的吸光度與氨氮含量成正比，于波長420nm處測量吸光度。

1.2 所用儀器和設備

檢測所用儀器和設備包括TU-1810 DAPC紫外可見分光光度計、50mL具塞比色管、一套氨氮蒸餾燒瓶和蒸餾裝置。

1.3 所用主要試劑

檢測所用主要試劑有納氏試劑、酒石酸鉀鈉、氨氮標準溶液、氫氧化鈉、硫酸(ρ=1.84g/mL)、硼酸、硫酸鋅、淀粉碘化鉀試紙。

1.4 用水

檢測用水為無氨水，可以通過蒸餾法或離子交換法制取。

2 影響因素和實驗方法

2.1 實驗用水的影響

本次實驗用水為無氨水，采用蒸餾法或離子交換法制備。用比色管分別取6個50mL的實驗室新制蒸餾水和用蒸餾法制備的無氨水，入掩蔽劑和顯色劑后搖勻，對12個樣品進行空白測試，測定結果見表1和表2。

表1 新制蒸餾水測定的空白值

表2 無氨水測定的空白值

采用t檢驗法，分析采用新制蒸餾水和無氨水測定的空白值有無顯著差異。

假設二者間無顯著性差異,根據表1和表2計算標準偏差。

計算統計值為

查t0.05(5)=2.57>0.13，故假設成立，兩種測定方法的結果無顯著性差異。測定氨氮時，實驗用水采用蒸餾水或無氨水均可。

2.2 酒石酸鉀鈉對試劑空白的影響

酒石酸鉀鈉的配制是實驗的重點，如果配制不好將使室內空白吸光度值偏高，嚴重影響低濃度樣品的檢出精度。目前市面上常用的酒石酸鉀鈉(本次實驗中用到的酒石酸鉀鈉都是分析純)都需要進行精制后才能使用，精制方法是取50.0g酒石酸鉀鈉溶于約150mL實驗用水中，然后加入約2mL濃度約為0.5mol/L的氫氧化鈉溶液，加熱煮沸并蒸發至溶液還剩90mL左右(期間人不能離開，若蒸發過量將導致酒石酸鉀鈉析出甚至飛濺，存在安全隱患)，在室溫下快速冷卻后(可以采用水浴法)定容至100mL。

本次實驗選取精制后和未精制的酒石酸鉀鈉作為掩蔽劑，用比色管各取8個50mL的蒸餾水做空白實驗，測定空白樣品吸光度，測定結果見表3。實驗方法要求試劑空白的吸光度應不超過0.030(10mm比色皿)。

表3 用精制和未精制的酒石酸鉀鈉測試劑空白值

由表3可知，用精制后的酒石酸鉀鈉測試劑空白均值為0.012，用未精制的酒石酸鉀鈉測試劑空白均值為0.024，而實驗方法要求試劑空白的吸光度應不超過0.030，采用精制后和未精制的酒石酸鉀鈉測的試劑空白均小于0.030，說明試劑達到方法要求。

2.3 樣品保存對結果的影響

實驗方法要求實驗室樣品采集在聚乙烯瓶或玻璃瓶內后，應盡快分析，或者在2～5℃條件下存放，用硫酸(ρ=1.84g/mL)將樣品酸化至pH<2亦有利于保存。本次實驗以臨沂市2019年8月司馬村的樣品為例，取12個1000mL的試劑瓶，分別取3組4個相同樣品。第1組、第2組為原水樣，第3組用硫酸(ρ=1.84g/mL)，并將其調整至pH<2。3組樣品按照不同的保存方法，于第1次測定后間隔24h、48h進行測定，測定結果見表4、表5和表6。

表4 常溫保存測定氨氮的含量

表5 2～5℃保存條件下測定氨氮的含量

表6 pH<2時測定氨氮的含量

不同保存方法和保存時間測定值的t檢驗結果見表7。由表4～表7可以看出，樣品當天(標準方法)測定結果均值為0.926mg/L，以標準方法測定氨氮結果為參照，則間隔24h后3種不同保存方法測定的結果分別為0.902mg/L、0.912mg/L、0.914mg/L，t值分別為7.01、3.46、1.79；間隔48h 3種不同保存方法測定的結果分別為0.878mg/L、0.899mg/L、0.894mg/L，t值分別為12.70、6.71、9.70。

表7 不同保存方法和保存時間測定值的t檢驗

經查t0.05(4)=2.78，判斷假設是否成立：t≤ta(f)，則無顯著性差異；t>ta(f)，有顯著性差異。可知水樣于pH<2保存條件下，間隔24h測定氨氮的結果與標準方法中當天測定的氨氮含量無顯著差異，而本實驗方法中的其他保存方法、間隔時間測定的氨氮結果均有顯著性差異。

2.4 顯色反應時間對測定結果的影響

實驗方法規定樣品加入掩蔽劑和顯色劑后搖勻，測定標準曲線后，放置10min后進行比色。本次實驗分別吸取體積為0、0.5mL、1.0mL、2.0mL、3.0mL、5.0mL、7.0mL、10.0mL的氨氮使用液加入8個50mL比色管中，加水至標線，此時對應比色管中氨氮的濃度分別為0、0.1mg/L、0.2mg/L、0.4mg/L、0.6mg/L、1.0mg/L、1.4mg/L、2.0mg/L，然后按照《水質 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》(HJ 535-2009)標準加入酒石酸鉀鈉溶液和納氏試劑搖勻后放置10min，在波長420nm處用20mm比色皿，以蒸餾水為參比，測吸光度并繪制氨氮含量標準曲線(見圖1)。用50mL比色管分別取18個同一濃度的樣品。按照《水質 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》(HJ 535-2009)標準，加入酒石酸鉀鈉溶液和納氏試劑后搖勻，分別在15min后、25min和1h后對6個樣品進行測定，氨氮標準曲線值見表8，測定結果見表9。

表8 氨氮的標準曲線

表9 顯色時間對氨氮測定結果 單位：mg/L

圖1 氨氮標準曲線

從表9中可以看出，加入顯色劑15min后測定結果的均值為0.704mg/L，加入顯色劑25min后測定結果均值為0.750mg/L，加入顯色劑1h后測定結果均值為0.858mg/L。以標準方法測定結果為參照，假設25min后和1h后的測定結果與15min后測定結果無顯著性差異，加入顯色劑25min后測定結果的總體標準偏差為0.0056，t值為-14.2，加入顯色劑1h后測定結果的總體標準偏差為0.0081，t值為-23.2，經查t0.05(5)=2.57，判斷假設是否成立：t≤ta(f)，則無顯著性差異；t>ta(f)，則有顯著性差異。加入顯色劑15min后t值為14.2，大于t0.05(5)=2.57，加入顯色劑1h后t值為23.2，大于t0.05(5)=2.57，故假設不成立，本實驗方法與標準方法之間存在顯著性差異。即超過15min以后，樣品的測定結果偏差越來越大，不符合實驗方法要求。

2.5 酸化樣品pH值對測定的影響

實驗方法規定樣品應盡快分析，否則用硫酸(ρ=1.84g/mL)將樣品酸化至pH<2進行保存。要求樣品酸化至pH<2，但小到什么程度沒有明確的說明，如果水樣酸度過大，加入納氏試劑后水樣仍呈酸性，會出現紅色沉淀，影響測定的準確性。本次實驗用比色管分別從2個樣品中各取4個50mL水樣分成兩組，一組用硫酸將樣品調整至pH值為5左右，另一組用硫酸將樣品調整至pH值為7左右，將pH值調至合適再加入掩蔽劑和顯色劑對兩組樣品同時進行測試，測定結果見表10。

表10 pH值對氨氮測定結果的影響 單位：mg/L

從表10中可以看出，pH值為5左右時，測定結果的均值為0.940mg/L，pH值為7左右時，測定結果的均值為1.040mg/L。以pH值為5左右時測定氨氮結果為參照，則pH值為7左右時測定結果的總體標準偏差為0.028，t值為-5.04，經查t0.05(3)=3.18，判斷假設是否成立：t≤ta(f)，則無顯著性差異；t>ta(f)，則有顯著性差異。假設pH值為7左右與pH值為5左右所測氨氮無顯著性差異，則pH值為7左右時t值為5.04，大于t0.05(3)=3.18，故假設不成立。

2.6 混濁樣品對測定結果的影響

實驗方法規定含有懸浮物的樣品要經過處理后方可測定。本次實驗選取一組懸浮物含量較高的4個樣品，測定其懸浮物的含量分別為20.6mg/L、17.8mg/L、18.5mg/L、21.1mg/L。按照要求用比色管分別取水樣上清液、搖勻水樣和標準方法的絮凝沉淀法水樣(用經水沖洗過的中速濾紙過濾，棄去初濾液20mL)各50mL，加入掩蔽劑和顯色劑對3組樣品進行同時測試，測定結果見表11。

表11 不同處理方法對結果的影響 單位：mg/L

由表11可知，未經過處理的水樣比采用絮凝沉淀法處理過的水樣氨氮測定結果明顯偏大，而測定吸光度時其光度值也不穩定。對于懸浮物較大的水樣，如果不經妥善處理，將會使測定結果偏大。

2.7 帶色及硬度大的樣品對測定結果的影響

實驗方法規定用絮凝沉淀法和絡合掩蔽后，樣品仍渾濁和帶色，則應采用蒸餾法。本次實驗選取色度較大的4個樣品，測定其色度分別為15度、20度、20度、25度。按照方法要求用比色管分別取水樣上清液和用蒸餾法處理的水樣各50mL，分別測定上清液、去底色上清液和蒸餾后水樣氨氮含量，測定結果見表12。

表12 色度對測定結果的影響 單位：mg/L

由表12可見，對于含有干擾離子如鈣、鎂、鐵和鈉等較多的污染樣品，因產生異色或渾濁而引起干擾，水中異色或渾濁會影響比色，可以用蒸餾法對污染嚴重的樣品中的干擾離子進行消除，降低污染嚴重水體中含氨量，使實驗結果更加準確。

3 實驗結論

通過對各組實驗結果進行分析，可以看出實驗室用納氏試劑分光光度法測地表水、生活飲用水以及污水中氨氮含量時，所用的蒸餾水、酒石酸鉀鈉、樣品保存方式、顯色時間、pH值的大小、樣品中懸浮物含量、樣品色度及硬度的大小對測定結果有直接的影響，所以在測定氨氮時，需要注意以下問題：

a.檢測樣品之前，應該先做室內空白，確保實驗用水空白值在0.030(10mm比色皿)以下。

b.酒石酸鉀鈉溶液制備必要時提純，避免因酒石酸鉀鈉不純而使空白值較大。

c.樣品如果無法做到立即檢測，應選擇合適的保存方式，將樣品酸化調節至pH<2，并在2～5℃條件下存放，以確保樣品不會因保存方法不當而影響檢測結果。

d.樣品在加入顯色劑后，顯色時間控制在15min以內時，樣品的吸光度值比較穩定，否則檢測結果將隨著時間的推移越來越大。

e.樣品到達實驗室后應盡快分析，如需保存，應加硫酸使水樣酸化至pH<2,在樣品需要檢測時，在加入掩蔽劑和顯色劑之前最好將pH值調至7左右，此時樣品的吸光度值最大，測定樣品最準確。

f.當樣品中含有懸浮物或色度、硬度較大時，應選擇合適的處理方式如絮凝沉淀或蒸餾以去除樣品中的干擾，必須將處理后樣品的pH值調至7左右，然后再加入掩蔽劑和顯色劑，以確保測定結果真實有效。