納氏試劑分光光度法測定氨氮濃度的影響因素

張春苗 李彩然

（天津壹新環保工程有限公司 天津 300403）

引言

由于國家對環保的重視程度越來越高，污水排放的要求也日益嚴苛，對污水中氨氮、總氮、總磷的控制指標也越來越低。根據天津市地方標準《污水綜合排放標準》（DB12/ 356-2018 ）中直接排放的二級標準規定，污水中氨氮濃度要低于3.5mg/L 才能排放[1]。為保證污水處理廠出水指標的合格性，因此需要對其中的氨氮物質含量進行準確檢測[2]。

對水環境而言，氨氮是其主要的污染物質。水體中的魚類和藻類等生物對氨氮的濃度較為敏感，當氨氮的濃度超過一定范圍時，會造成水體中魚類的死亡。同時，氮、磷也是引起水體富營養化的主要營養物質，嚴重威脅到生態平衡和人類的生產生活[3]。因此，通過對氨氮含量的準確測定可以更加全面地了解水體污染情況，掌握水體環境質量，提高水質監測的精準性[4]，為今后采取更有效的措施預防和控制水體污染創造良好的條件。

目前，水中氨氮的主要檢測方法有納氏試劑比色法、水楊酸分光光度法、蒸餾-中和滴定法、靛酚藍分光光度法、納氏試劑分光光度法、電化學分析方法和儀器分析方法[5]。其中，納氏試劑分光光度法具有更為方便、簡潔、效率高、經濟節能的特點。因此，本實驗采用納氏試劑分光光度法測定氨氮的濃度，并探討了掩蔽計、Fe2+的濃度和pH 對其檢測濃度的影響。

1 納氏試劑分光光度法檢測水中氨氮的濃度

1.1 檢測原理

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[6]，反應方程式為NH3+2(HGI2·2KI)+3NaOH=NH2·HgI·HgO+4KI+3NaOH+2H2O。

納氏試劑分光光度法對環境的適應性較強，適用于大多數水體的檢測，是較為合適和理想的分析方法。但從納氏試劑分光光度法檢測水中氨氮的方法可以看出，對氨氮檢測結果的干擾因素依然有很多，如顯色時間、試劑儲存時間、溫度、水的酸堿度、金屬離子、色度以及濁度等，在前處理和檢測過程中要盡量消除這些干擾[7]，以免影響檢測的準確性。

1.2 檢測影響因素

1.2.1 顯色時間的影響

由于氨氮檢測采用的是比色方法，因此顯色時間對氨氮的檢測濃度影響較大，檢測過程中應該選擇合適的顯色時間。通過資料調研發現，顯色2min 之內吸光度呈現上升趨勢，4～10min 之間吸光度基本趨于穩定，超過10min 后，吸光度不再變化。因此，在檢測過程中要盡量控制顯色時間在10min 以上[8]。

1.2.2 試劑存儲時間的影響

納氏試劑分光光度法檢測氨氮的方法中，顯色劑的穩定性直接影響氨氮檢測結果的準確性，因此試劑的存儲條件尤其重要。根據資料調研發現，試劑最佳的存儲條件為20～30℃，最佳的儲存天數是 12d。當超過12d后，顯色劑的穩定性變差，顯色不穩定，導致檢測的穩定性下降。納氏試劑分光光度法檢測氨氮的顯色劑為溴百里酚藍，因此在進行氨氮的實驗室檢測時，將試劑的儲存天數控制在12d以下，并儲存在通風良好、避光的條件下，將存儲條件對氨氮檢測濃度的影響降至最低[9]。

1.2.3 酸堿度的影響

根據納氏試劑分光光度法檢測氨氮的實驗原理可以看出，顯色反應的發生需要控制溶液中的酸堿度。當酸性過強或者堿性過強時，都會造成顯色反應無法正常進行，從而影響氨氮的檢測濃度[5]。

1.2.4 金屬離子的影響

除了上述討論的幾種影響因素外，金屬離子的濃度同樣對氨氮的檢測產生一定的影響。當水中Ca2+、Mg2+離子的濃度較高、水體的硬度較大時會導致人體器官功能障礙，使身體內部逐漸形成結石，危害人體健康[10]。當水溶液中Ca2+、Mg2+等金屬離子達到一定的限值時，與納氏試劑中的OH-發生反應，此時就會影響納氏試劑的顯色反應，使其顏色的變化與氨氮的含量不再呈現線性相關性，不符合朗博比爾定律，從而對吸光度產生一定的影響，以及影響氨氮的實際檢測濃度[11]。因此，為了避免水的硬度對氨氮的檢測產生影響，相關標準中規定加入一定量的酒石酸鉀鈉進行掩蔽，從而降低檢測誤差。

2 試驗材料與方法

2.1 主要儀器

舜宇恒平752 型紫外分光光度計、上海越平pH 酸度計。

2.2 主要試劑

碘化汞、碘化鉀、氫氧化鈉、酒石酸鉀鈉、硫代硫酸鈉、硫酸鋅、淀粉-碘化鉀試紙、氯化銨（優級純）、硫酸亞鐵、硫酸、無氨水等。

2.3 試驗方法

2.3.1 試劑的配置

氨氮檢測過程中對配置溶液的水質要求較高，如果使用蒸餾水則需要經過二次處理后方可進行試劑的配置。本實驗采用哇哈哈純凈水，對其進行二次蒸餾檢測空白吸光度達到實驗要求后開始配置試劑，即制備無氨水。

首先，取0.1909g 氯化銨（NH4Cl,優級純，在100～105℃干燥2h），溶于水中，移入1000mL容量瓶中，用無氨水稀釋至標線。此配置溶液的氨氮濃度為50mg/L（接近于現有污水樣品的氨氮濃度） ，用此配置的溶液代替污水。其次，將上述濃度的污水配置8～10L，然后均勻混合后用紫外分光光度計分別測量3次，取平均值。最后，將其余試劑，如氨氮的標準溶液（繪制標線用）、納氏試劑、酒石酸鉀鈉等，均按照標準中的規定進行配置。

2.3.2 Fe2+濃度對氨氮檢測濃度的影響[12]

向配置好的污水中分別加入0g、0.0248g、0.0496g、0.0621g、0.124g、0.1862g、0.2482g、0.3103g 硫酸亞鐵，用2.3.1 中配置的污水定容至500mL，使得到的污水溶液中Fe2+濃度分別為0mg/L 、10mg/L、20mg/L、25mg/L、50mg/L、75mg/L、100mg/L、125mg/L。利用紫外分光光度計檢測不同Fe2+濃度下氨氮的濃度。

2.3.2.1 不添加掩蔽計-酒石酸鉀鈉

取上述含有不同濃度Fe2+的污水溶液各50mL 于比色管中，分別加入納氏試劑1mL，搖勻，靜置10min 以上，在波長420nm 處，測量吸光度。

2.3.2.2 添加掩蔽計-酒石酸鉀鈉

取上述含有不同濃度Fe2+的污水溶液各50mL 于比色管中，分別加入酒石酸鉀鈉1mL，納氏試劑1mL，搖勻，靜置10min 以上，在波長420nm 處，測量吸光度。

2.3.3 pH 對氨氮檢測濃度的影響

檢測配置好污水的pH，然后利用硫酸溶液調節污水的pH，分別將污水的pH 調為1.95、2.86、3.82、4.92，再利用紫外分光光度計檢測不同pH下氨氮的濃度（添加掩蔽計-酒石酸鉀鈉）。

2.3.4 pH 和Fe2+濃度對氨氮檢測濃度的影響

取實驗2.3.2.2 中污水溶液中Fe2+濃度為20mg/L，125mg/L 的溶液，利用硫酸調節pH，分別將pH 調為1.95、2.86、3.82、4.92，再利用紫外分光光度計檢測不同狀況下氨氮的濃度（添加掩蔽計-酒石酸鉀鈉）。

3 試驗結果與分析

3.1 Fe2+濃度對氨氮檢測濃度的影響

從表1、表2 可以看出，配置的氨氮理論濃度為50mg/L 的污水，不添加掩蔽計的實際檢測濃度為62.24mg/L，添加掩蔽計的實際檢測濃度為58.12mg/L。不添加掩蔽計使得氨氮的檢測濃度高于添加掩蔽計時氨氮的檢測濃度。

表1 氨氮的檢測濃度（不添加掩蔽計-酒石酸鉀鈉）

表2 氨氮的檢測濃度（添加掩蔽計-酒石酸鉀鈉）

結合表1 和圖1 可以看出，不添加掩蔽計酒石酸鉀鈉時，沒有Fe2+的空白溶液，氨氮的檢測濃度和理論濃度50mg/L 相差較大；隨著污水中Fe2+的濃度升高，氨氮實際檢測濃度逐漸升高，掩蔽計酒石酸鉀鈉的添加與否對氨氮的檢測濃度影響較大，因此后續實驗過程中需要按照標準的要求選擇添加掩蔽計。

圖1 不同Fe2+的濃度對氨氮檢測濃度的影響

添加掩蔽計酒石酸鉀鈉后，當Fe2+的濃度低于20mg/L 時，其對氨氮的檢測濃度影響較小，且低于沒有Fe2+時檢測濃度的均值58.12mg/L；當Fe2+的濃度高于20mg/L 時，其對氨氮的檢測濃度影響較大，隨著Fe2+濃度的增加，氨氮的檢測濃度逐漸升高，當Fe2+濃度達到125mg/L 時，氨氮的檢測濃度高于沒有Fe2+離子時檢測濃度的均值34.08mg/L，遠超過氨氮的理論濃度和實際檢測濃度。由此可以看出，Fe2+的濃度對納氏試劑分光光度法測定氨氮的濃度影響較明顯。

3.2 pH 對氨氮檢測濃度的影響

從表3 可以看出，配置的理論氨氮濃度為50mg/L 污水的pH 為6.79，當降低污水的pH 時，隨著pH 的降低，氨氮的檢測濃度逐漸高于沒有調節pH 時氨氮的檢測濃度，當pH 降低至1.95 時，氨氮的檢測濃度為62.5mg/L，已經高于實際檢測濃度4.38mg/L。因此，可以推斷，當污水中pH較低時，也會影響氨氮的檢測濃度。

3.3 pH 和Fe2+濃度對氨氮檢測濃度的影響

結合表4、表5 可以看出，當Fe2+的理論濃度越高，pH 越低時，氨氮的檢測濃度越高，因此對來樣污水檢測時需要調節pH 至中性范圍，并且其中金屬離子的含量較少時，檢測的準確性最高。

表4 Fe2+的理論濃度為20mg/L 時不同pH 下氨氮的檢測濃度

表5 Fe2+的理論濃度為125mg/L 時不同pH 下氨氮的檢測濃度

結論

由于水中的金屬離子Ca2+、Mg2+濃度直接影響氨氮的檢測濃度，因此檢測氨氮的濃度需要加入掩蔽計來規避其對氨氮檢測濃度的影響。但當溶液中Fe2+離子濃度升高后，不管是否加入掩蔽計酒石酸鉀鈉，氨氮的檢測濃度都隨著Fe2+濃度的升高而增加；添加酒石酸鉀鈉后氨氮的實際檢測濃度低于未加入酒石酸鉀的檢測濃度。因此，掩蔽計的加入對氨氮的檢測濃度影響較大，在檢測過程中需要添加一定濃度的掩蔽計才可以規避金屬離子帶來的影響。

從實驗數據看出，添加掩蔽計后Fe2+和pH對納氏試劑分光光度法測定水中氨氮的濃度影響同樣較大。當Fe2+濃度高于20mg/L 時，氨氮的檢測濃度隨著Fe2+濃度的升高逐漸升高；當Fe2+的濃度低于20mg/L 時，其對氨氮的檢測濃度影響并不明顯；當降低pH（酸性）時，隨著pH 的逐漸降低，氨氮的檢測濃度逐漸升高。在低pH下（酸性），Fe2+的濃度過高時，氨氮的檢測濃度準確度降低。因此，當污水中的金屬離子濃度過高，尤其是Fe2+濃度過高或者pH 過低時，需要調節pH 至中性范圍內才可以繼續測試。當Fe2+的濃度過高時，添加掩蔽計已經無法保證檢測數據的準確性，需要更換氨氮的檢測方法或對污水采用絮凝等前處理，才能保證檢測的準確性。