氨氮值水杨酸流动注射仪器法与纳氏试剂比色法对比实验研究

叶育万，陈 明，杨立君，梁 鸿

（1.深圳大学化学与化工学院，广东 深圳 518061；2.深圳市环境监测中心站，广东 深圳 518049）

实验室与分析

氨氮值水杨酸流动注射仪器法与纳氏试剂比色法对比实验研究

叶育万1,2，陈 明2，杨立君2，梁 鸿2

（1.深圳大学化学与化工学院，广东 深圳 518061；2.深圳市环境监测中心站，广东 深圳 518049）

介绍了用水杨酸流动注射仪器法、纳氏试剂手工比色法测定不同工业废水、河流和水库样品的氨氮值。通过进行对比重复试验研究得出，水杨酸流动注射仪器法检测氨氮可以代替纳氏试剂手工比色法，以更快的速度、更少的二次污染来测定水质的氨氮值。

氨氮值；水杨酸流动注射仪法；纳氏试剂比色法

氨氮是我国环境水质监测中的一个重要指标，是判断水体污染程度的重要标志之一。研究表明，水中非离子氨的浓度应低于0.02mg·L-1，人体内如果吸入浓度为0.1mg·L-1的氨气气体时就会有刺激感，而吸入浓度高于1.75mg·L-1的氨气时，就会造成急性死亡。国内测定氨氮的主要方法有水杨酸-次氯酸盐分光光度法、纳氏试剂比色法、凯氏定氮法、吹脱-电导法等[1-10]。国外检测水体中氨氮的方法主要有纳氏试剂法、气相分子吸收法、电极法、荧光法、苯酚-次氯酸盐比色法等[11-12]。纳氏试剂比色法因其具有操作简单、灵敏度高等特点，是我国环境检测中普遍使用的方法也是国家标准方法，但实际样品分析中往往情况比较复杂，纳氏试剂毒性大，对实验员和对环境污染都比较大，废水中镁、钙等金属离子、醛和酮类、硫化物、浊度及颜色等均会干扰测定，需要做相关前处理，操作繁琐复杂[13-15]。随着环境监测样品数量越来越多，纳氏试剂法的测样速度已经越来越不能满足大批量水样的测定要求。研究灵敏度高、环境友好、选择性好的测定方法是环境分析检测研究者的重要研究方向。水杨酸-次氯酸盐分光光度-流动注射仪器法则可以避开以上缺点，且分析简便、快速、准确，精密度、准确度等均符合质量控制（GB/Z 22553-2010）要求。故本文对此试验方法研究具有一定实际意义。

流动注射分析法是1975年以来发展起来的溶液自动分析和处理技术，具有设备操作简单、快速、试剂耗量少和适应性广等优点[16-19]。通过实验证明采用QuickChem FIA+8000流动注射分析仪测定氨氮，检出限为0.005mg·L-1，检出限低于国家标准。此系统极大地满足了大量环境样品的分析要求。

1 实验部分

1.1 纳氏试剂手工比色法

1.1.1 实验仪器及试剂

UV-8000紫外可见光分光光度计。

无氨水：在无氨环境中蒸馏水通过强酸性阳离子交换树脂（氢型）柱（18.2 MΩ·cm），将流出液收集在带有磨口玻璃塞的玻璃瓶内，即制即用。

盐酸：ρ(HCl)=1.18 g·mL-1。

碘化汞-碘化钾-氢氧化钠（HgI2-KI-NaOH）溶液：（1）称取16.0g分析纯氢氧化钠（NaOH），溶于50 mL水中，冷却至室温。（2）称取7.0 g碘化钾（KI）和10.0 g碘化汞（HgI2），溶于水中。然后将此溶液在搅拌下，缓慢加入到上述50 mL氢氧化钠溶液中，用水稀释至100 mL。贮于聚乙烯瓶内，用橡皮塞或聚乙烯盖子盖紧，于暗处存放，有效期3个月。

酒石酸钾钠溶液（ρ=500 g·L-1）：称取3.5 g硫代硫酸钠（Na2S2O3）溶于水中，稀释至1000mL。

1.1.2 试验方法

绘制标准曲线：在8个50 mL比色管中，分别加入0.00 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、4.00mL、6.00 mL、8.00 mL 和 10.00 mL 氨氮标准溶液，加纯水至标线刻度，加入1.00mL纳氏试剂，混匀，再加入1.00mL纳氏试剂，混匀。放置10 min后在420nm处，用光程10nm的石英比色皿，以水为参比，测定吸光度。再由测得的吸光度减去零浓度空白管的吸光度后得到校正吸光度（此步骤现在可由仪器自动完成）。

实际试验测定方法参照此步骤，遇到复杂样品，如浑浊，有颜色等则水样要经过0.45μm滤膜抽滤后测定。如水样呈中性，且基体简单，则不需预处理。

1.1.3 方法原理

以游离态的氨或铵离子等形式存在的氨氮与纳氏试剂反应生成淡红棕色络合物，该络合物的吸光度与氨氮成正比，符合朗伯-比尔定律，于波长420nm处测量吸光度。当水样体积为50 mL，使用20 mm比色皿时，本方法的检出限为0.025 mg·L-1，测定下限为0.10 mg·L-1，测定上限为2.0 mg·mL-1（以N计），使用10mm比色皿时，最低检出浓度为0.05mg·L-1。

1.2 水杨酸流动注射仪器法

1.2.1 实验仪器及试剂

QuickChem FIA+8000流动注射分析仪。

无氨水：同上纳氏试剂法制备。显色剂、次氯酸钠溶液、亚硝基铁氰化钠溶液等试剂均为分析纯，配置用水均为无氨水，配制方法见文献[1]。

1.2.2 试验方法

所有样品采集后立即加入硫酸酸化至pH＜2，冷藏密封保存，并且要争取在24h内测定。做样时如发现样品浑浊或者有悬浮物，应取上层清液或用0.45μm滤膜针筒抽滤后测定。然后，启动流动注射模块及电脑程序后，将进样管、进试剂管卡压在流动泵，将所有管路入口浸入无氨水液面下。观察进液是否正常，如不正常则需重新安装好。大约清洗15min后，将管路放入预先配置好的试剂，将要测的水样放进自动取样器。启动分析软件。仪器首先泵入无氨水，待走稳基线后，开始进标准溶液进行工作曲线绘制及空白、水样的测定。仪器测定结束后，用无氨水清洗所有试剂管路15min，然后再泵入空气至管路中的液体完全被泵出，然后关软件，打印报告，关机。

1.2.3 方法原理

水杨酸流动注射仪器法是流动注射分光光度法的联用技术，其利用聚四氟乙烯管代替烧杯和容量瓶，用恒定流速的流量泵使被检测试剂流过内径为0.5～1mm的聚四氟乙烯管，在中途有注入部件（旋转阀）注入微升量试剂，使其在混合圈中反应，最后进入比色管进行比色。在亚硝基铁氰化钠存在下，铵与水杨酸和次氯酸盐反应生成蓝色化合物，最后，在650nm波长下进行比色测定氨氮值。

1.2.4 流动注射仪器工作流程图及仪器工作参数

流动注射仪器工作流程图见图1。

图1 流动注射仪氨氮分析仪单元流程图Fig.1 Flow injection for ammonia nitrogen analysis flow chart

本实验的相关仪器参数如表1所示。

表1 仪器工作参数Table1 The operation parameters for continuous flow analysis

2 实验结果与讨论

2.1 纳氏试剂分光光度法与水杨酸流动注射仪器法测定氨氮的校准曲线对比

2.1.1 分光光度法的工作曲线

分别取0.00、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00 mg·L-1的标准系列浓度，用UV8000型分光光度计在420nm波长下测定吸光度（比色皿厚度为10mm）。以氨氮浓度值为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制工作曲线。采用线性拟合法（GB/T 22554-2010），得线性回归方程：C=-3.0293×10-2+5.2448×A，R2=0.99961。

图2 纳氏试剂分光光度法的的校准曲线Fig.2 The Nessler’s Reagen Colorimetry method work curve

2.1.2 水杨酸流动注射仪器法的工作曲线

在最佳实验条件下，取标准浓度分别为0.00、0.10、0.20、0.50、1.00、3.00、5.00、8.00 mg·L-1的标准系列浓度，用水杨酸-次氯酸钠流动注射仪器法在650nm处，得到不同浓度的氨氮信号值（峰面积），以氨氮浓度值为横坐标，对应的信号值（峰面积）为纵坐标，绘制工作曲线。采用线性拟合法（GB/T 22554 -2010），得一元回归线性方程：C=-3.0211×10-3+4.8306×A，R2=0.9983。

图3 流动注射法的工作曲线Fig.3 The flow injection work curve

2.2 检出限

为测定水杨酸流动注射仪器法的检出限，取零浓度水样（空白）进行20次平行测试，测试结果见表2。

表2 检出限测试结果Tab.2 The result of Detection Limit /mg·L-1

方法检出限计算公式：L=3Sb/k，其中，Sb为标准偏差，k为校准曲线的斜率[2]。经计算得L=0.005mg·L-1，与纳氏试剂手工法检出限L=0.02对比有显著优势。

实验中，在配置纳氏试剂时，要将碱液（NaOH）充分冷却后再将汞盐缓缓加入，否则易出现沉淀和浑浊，从而导致空白值偏高。通过重复多次实验得知，影响纳氏试剂空白值的主要原因是酒石酸钾钠和碘化汞。市售酒石酸钾钠配置的溶液一般要经过加热煮沸处理后，空白值才能满足国标要求。

2.3 精密度

分别配置浓度为0.50、1.00、3.00、5.00、8.00、10.00 mg·L-1的样品对2种方法进行精密度试验，试验结果见表3。测得结果与配置值相对偏差在可接受范围，精密度满足质量控制要求。

表3 精密度结果Tab.3 The result of Precision

2.4 准确度

2.4.1 标准样品

采用国家环境保护部标准样品研究所的标准样品1.50 mg·L-1（允许值为±0.10 mg·L-1）和5.00 mg·L-1（允许值为±0.30 mg·L-1）对2种方法进行准确度测试，测试结果见表4。测试结果在测试允许值范围，符合要求。标准样品测试结果表明该实验方法准确度亦符合要求。

表4 标准样品结果Tab.4 The result of standard sample

2.4.2 回收率

对2个不同浓度范围的实际样品进行加标回收率实验，结果见表5。由表5可知，加标回收率满足质控要求。2种方法结果均能符合要求。

表5 样品加标回收率结果Tab.5 The Recovery result

2.4.3 实际水样测试结果对比

用本方法和纳氏试剂手工法对不同类型（废水、饮用水、河流水等）的样品进行全程对比试验，结果见表6。从结果数据分析，2种方法测得的结果无明显差异。

表6 水样测试结果对比Tab.6 The comparison of sample test

3 结论

采用水杨酸流动注射仪器法测定水中氨氮值，

所有技术指标均能达到或者优于传统纳氏试剂手工法，检出限显著低于纳氏试剂法，精密度、准确度、加标回收率等符合要求，且纳氏试剂手工法所使用的纳氏试剂会对环境造成二次污染，在测试样品较多的情况下，在较短时间内很难完成大批量样品检测。

流动注射仪器价格在20万元左右，其检测方法也符合相关国家标准规定。因此，水杨酸-次氯酸盐分光光度-流动注射仪器法测定水质中氨氮值得推广应用于环保水质检测行业。

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Comparation of Salicylic Acid Flow Injection Method and Nessler’s Reagent Colorimetry Method to Determine Ammonia Nitrogen in Water

YE Yu-wan1,2, CHEN Ming2, YANG Li-jun2, LIANG Hong2
（1. College of Chemistry and Chemical Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518061, China;2.Shenzhen Environmental Monitoring Center Station, Shenzhen 518049,China）

Ammonia nitrogen(NH3-N) of wastewater, river and reservoir was determined by salicylic acid-sodium hypochlorite flow injection instrument method and Nessler’s reagent colorimetry method. Through the contrast of the two methods, it was found that the salicylic acid-sodium hypochlorite flow injection instrument method could substitute Nessler’s reagent colorimetry method and with better speed and less pollution to determine NH3-N in water.

ammonia nitrogen(NH3-N); salicylic acid flow injection; Nessler’s reagent colorimetry

O 657.3

A

1671-9905(2014)01-0038-04

2013-11-12