氣相分子吸收光譜法用于廢水中氨氮測定的分析

劉昊達

（汕頭市生態環境澄海監測站，廣東 汕頭515800）

氣相分子吸收光譜法作為一種新的分析技術，應用于廢水氨氮測定，可以在2min以內完成取樣與結果分析的整個流程，整個監測速度非常快，并且所需要的化學試劑少，實際操作便捷，可適用于不同環境，無需對水樣做復雜的預處理，本身的抗干擾能力也比較強，可以有效滿足水樣氨氮測定的要求。

1 水中氨氮測定必要性

水中氨氮存在形式共包括兩種，即離子態氨（NH+4）與非離子態氨（NH3），且在水溫以及pH值不同的情況下，兩種表現形式也會發生變化，即在水溫與pH較高的情況下，NH3比例會有所增加。兩種組分相比，NH3更容易穿透生物膜，且毒性更強，一般情況下氨氮毒性所指的便是NH3的毒性。在條件滿足的情況下，氨氮會與氯產生反應生成氯胺，對氯產生消耗進而達到降低消毒的效果。另外，水中的氨還可以在一定條件下轉化成具有毒性的亞硝酸鹽，如果進入到人體內將會與血紅蛋白結合形成高鐵血紅蛋白，導致缺氧[1]。氨氮一直都是廢水治理的重中之重，含量超標將會對生態環境產生嚴重影響，對生物以及人體健康有著較大影響，早已被納入到企業污水排放監控指標之中。

2 氣相分子吸收光譜法操作原理

對氣相分子吸收光譜法的測定原理進行分析，主要便是通過化學反應來促使水樣目標物質得以轉換為氣體，并利用基態氣體分子對特定紫外光譜吸收特點來進行計算得到最終的分子濃度。酸性條件下，向樣品內添加適量的乙醇并煮沸，促使亞硝酸鹽向NO2氣體轉化，以此來將水中含有的亞硝酸鹽去除。然后通過氧化劑溴酸鹽將氨與銨離子氧化成等物質量的亞硝酸鹽，受鹽酸乙醇溶液影響迅速被分解成NO2氣體，載氣（多為氮氣）將其載入氣相分子吸收光譜儀內，對在213.9nm波長處的吸光度進行測定，最后通過校準曲線完成樣品氨氮含量的計算[2]。目前，氣相分子吸收光譜法已經作為水樣氨氮測定的主要方法之一得到了廣泛應用，具有以下特點：（1）監測速度快，可在2min內完成取樣到獲取結果的整個流程；（2）實際操作簡單，所需化學試劑比較少；（3）抗干擾性強，無需對水樣做復雜的預處理，且水質色度以及濁度不會影響到監測結果的精確度。

3 氣相分子吸收光譜法實際應用

氨氮含量超標是目前廢水治理的主要問題之一，而其來源主要集中在工業廢水、生活污水以及農田排水等，已經成為水體含氮有機物污染程度的重要評價指標之一。針對廢水中氨氮的含量測定，可選擇的方法較多，例如納氏試劑比色法、連續流動-水楊酸分光光度法以及氣相分子吸收光譜法等，不同方法適用的條件不同，可根據實際情況比對后擇優使用。尤其是以納氏試劑比色法作為測定方法的最常見，但是實際操作中納氏試劑的配置復雜度比較高，同時試劑還含有有毒化合物，不僅會造成環境的二次污染，還會對操作人員的身體健康產生威脅[3]。相比來講，氣相分子吸收光譜法無論是在操作、流程還是結果等方面均具有更大的優勢，具有較強的抗干擾性，適用于較寬測定成分濃度范圍。

基于氣相分子吸收光譜法的特點，經過不斷的研究，現在已經被有效地應用到不同水體氨氮檢測項目。尹桂蘭等[4]采用納氏試劑法與氣相分子吸收光譜法對鉆井廢水、醫療廢水以及煉油污水等進行了同時測定，比較后確定兩種方法的相對偏差在5%以內，可確定氣相分子吸收光譜法可用于醫療廢水與油田廢水中氨氮含量的監測。章維維等[5]應用氣相分子吸收光譜法與納氏試劑分光光度法對地表水以及廢水中的氨氮含量進行了監測，結果顯示兩種方法無明顯差異，且應用氣相分子吸收光譜法進行醫院廢水和制藥廢水中氨氮測定，所對應的回收率分別是91.0%與103%。周珂等[6]應用氣相分子吸收光譜法對汽車制造業、造紙業以及電子制造業等廢水與城市生活污水的氨氮含量進行了測定，且通過與納氏試劑分光光度法測定結果的比較，確定兩者的相對偏差在-4.1%~3.6%之間。綜上所述，氣相分子吸收光譜法對于廢水中氨氮含量測定具有較強的實用性，能夠滿足日常企業污水排放監控要求。

4 印染廢水氨氮含量測定實驗要點

4.1 測定實驗

4.1.1 儀器與試劑

儀器設備：GMA3380氣相分子吸收光譜儀

實驗試劑：500mg/L氨氮標準溶液、所用試劑均為分析純、實驗用水為無氨水。

溴酸鹽混合儲備液：分別稱量2.81g溴酸鉀以及30g的溴化鉀，然后放入到500mL的水中進行溶解，對其充分搖勻處理后，再轉移到棕色玻璃瓶內進行保存，并且使用前應注意溴酸鉀與溴化鉀未發生光解變質。

次溴酸鹽氧化劑：準確吸取3.0mL的溴酸鹽混合儲備液，將其轉移到棕色磨口試劑瓶內，并向其中添加100mL的水與6.0mL的鹽酸（1+1），需要立即密塞操作。輕微地搖勻混合液，將其放置在暗處環境保持5min左右后，選取40%的氫氧化鈉溶液共50mL加入其中，待小氣泡逸盡后方可使用[7]。另外，注意此試劑要現用現配。

4.1.2 水樣預處理

在聚乙烯瓶或玻璃瓶內進行水樣采集，要求樣品瓶要完全充滿。已經采集完全的水樣要立即進行測定，如果無法做到還需要向其中添加適量硫酸調節，使pH值＜2（酸化時要避免因吸收空氣中的氨受到污染），并置于2℃~5℃條件保存，且注意必須要在24h以內測定，調節水樣pH值＞7后便可上機測定[8]。

4.1.3 水樣測定

從采集到的水樣中稱取適量并添加到反應瓶中，通過氣相分子吸收光譜儀來對其進行含量測定，同時利用空白試樣進行校正操作。

4.2 實驗結果討論

4.2.1 影響結果條件

（1）濁度與色度

本次實驗所選樣品共包括6家印染廠，取每家排口廢水各3份，采用氣相分子吸收光譜法、納氏試劑法以及蒸餾處理后納氏試劑法測定，結果如表1所示。

表1 濁度與色度與測定結果的關系

通過對表1的比較分析可知，色度與濁度對納氏試劑法的測定結果有著較大的影響，但是對樣品進行蒸餾處理后可以消除此種干擾。氣相分子吸收光譜法所執行的原則是光吸收定律，因此濁度與色度不會對其測定結果產生影響。

（2）硫化物

對質量濃度為0.40mg/L與2.00mg/L的氨氮標準溶液添加質量濃度為100mg/L的S2-標準溶液各0.05，1.0，2.0，4.0以及10.0mL，然后選擇對應濃度的氨氮標準溶液將其定容到100mL[4]。每個干擾濃度均設置有3個平行樣，最后通過氣相分子吸收光譜法來對樣品中的氨氮含量進行測定。對測定的結果進行分析，發現在硫化物的添加量達到2mL后，即S2-質量濃度達到2mg/L時，會對氨氮測定結果產生明顯的干擾，且隨著S2-質量濃度的增加，帶來的干擾強度越大。

選擇氨氮濃度突變的S2-加入量來進行干擾實驗，向干擾溶液內添加質量濃度為0.40mg/L的氨氮溶液共2.0mL，以及干擾溶液加入量為10.0mL質量濃度為2.00mg/L的氨氮溶液共50mL，針對兩種溶液來進行沉淀法與稀釋法干擾。其中，沉淀法干擾即向樣品內添加50g/L的ZnAc-NaAc溶液1mL以及活性炭0.1g，待10min后果0.45μm濾膜測定。稀釋法干擾則是對樣品進行適當的稀釋然后測定，常見的如5倍、10倍。對兩種干擾方法下的實驗結果進行比對，發現沉淀去除S2-干擾相比稀釋法處理效果更佳，且與干擾前測定結果相比相對誤差在5%以內。

（3）亞硝酸鹽

對質量濃度為0.40mg/L與2.00mg/L的氨氮標注溶液添加質量濃度為10mg/L的亞硝酸鹽溶液各0.5，1.0，2.0與5.0mL，并利用對應濃度的氨氮標準溶液將其定容到50mL，最后采用氣相分子吸收光譜法對水樣做氨氮濃度測定。實驗結果證明，在添加不同量亞硝酸鹽的情況下，與未添加亞硝酸鹽的情況相比，兩者的相對誤差在5%以內，由此可以確定苯胺不會對水樣氨氮濃度測定結果產生干擾[8]。主要是因為氣相分子吸收光譜法采用的是分段測定，儀器可以自動去除亞硝酸鹽值，直接消除了亞硝酸鹽帶來的干擾可能性。

4.2.2 實際水樣測定

本次實驗測定所采集的6家印染企業廢水，應用氣相分子吸收光譜法對加標前后氨氮的濃度進行測定，每個廢水樣品均進行了6次平行測定，結果如表2所示。

表2 實際水樣氨氮測定結果

對測定結果進行比較，可以確定氣相分子吸收光譜法在測定印染廢水氨氮含量方面適用性比較強，加標回收率可以達到92.0%~110%。

5 結束語

氣相分子吸收光譜法在測定廢水中氨氮濃度方面具有較強的適用性，但是為保證測定結果的精確性，還需要做好各干擾因素的控制。根據上述實驗可知，色度與濁度、苯胺以及亞硝酸鹽可排除對測定結果的干擾，但是硫化物以及尿素等因素則會產生一定的干擾，測定時需要通過乙酸鋅-乙酸鈉固定液沉淀法去除硫化物，以及應用稀釋法去除尿素干擾。相比國家標準法的納氏試劑法，氣相分子吸收光譜法在針對廢水中氨氮含量測定的實際應用中具有更大的優勢，值得做進一步的研究。