使用自动蒸馏仪前处理测定污水中的氨氮

王 燕，罗 钰，丁 青

(长沙市环境监测中心站，长沙 410001)

水中氨氮是指以游离氨 (或称非离子氨，NH3)和氨盐 (NH+4)形式存在的氮［1］。氨氮含量较高时，对鱼类呈现毒害作用，对人体也有不同程度的危害。水中氨氮的来源主要是生活污水中含氮有机物受微生物作用分解的产物、某些工业废水及农田排水等。此外，在无氧环境中，水体亚硝酸盐可受微生物作用还原为氨。在有氧环境中，水中氨亦可转变为亚硝酸盐，甚至继续转化为硝酸盐。因此，氨氮存在量对人类活动有着重要影响，了解水中各种形态的含氮化合物，有助于评价水体被污染程度和“自净”程度。由此可见，准确测定污水中氨氮对于掌握水体污染情况具有十分重要的意义。

氨氮测定方法有很多，环境监测部门常用纳氏试剂分光光度法进行检测。污水样品前处理有絮凝法和蒸馏法［2］。对于色度、浊度较高或是有水溶性杂质干扰时需要用蒸馏法完成前处理后方可测定［3］。实验室一般采用蒸馏瓶、冷凝管、电热炉结合的传统蒸馏装置完成预处理。该装置连接繁琐，易发生泄漏，进而影响检测准确度和实验室环境安全。本文利用瑞士Buchi K-355型自动蒸馏仪对氨氮污水样品进行预处理，比较两种方式预处理效果，证明瑞士Buchi K-355型自动蒸馏仪可替代传统蒸馏装置用于污水氨氮的检测。

1 实验部分

1.1 主要仪器设备与试剂

瑞士Buchi K-355型自动蒸馏仪。

250mL蒸馏瓶，蛇形冷凝管，电热炉。

标准样品:国家标物中心。其他试剂同HJ 535-2009 标准分析方法［4］。

1.2 瑞士Buchi自动蒸馏仪工作原理及实验方法

瑞士Buchi K-355型自动蒸馏仪工作原理是给样品通入高温蒸汽赶出挥发性目标化合物，选择合适的吸收液将目标物吸收待测，如简图1所示。操作步骤是开机预热5～10min，蒸馏反应器内不加样品空蒸一次，用以清洗系统，然后根据标准曲线线性范围取适量水样于蒸馏反应器皿，调节pH至6～7.4，设定蒸馏参数，按键运行蒸馏程序，程序完成取溜出液待测。

图1 瑞士Buchi K-355自动蒸馏仪简图Fig.1 Switzerland Buchi K-355 automatic distillation instrument

根据HJ 535-2009标准分析方法要求确定瑞士Buchi K-355型自动蒸馏仪蒸馏条件，比较该仪器与传统蒸馏装置处理氨氮样品后的测定准确度、精密度。预处理后均采用纳氏试剂分光光度法进行检测。

2 结果与讨论

2.1 瑞士Buchi K-355型自动蒸馏仪蒸馏条件的确定

瑞士Buchi K-355型自动蒸馏仪原理是给样品通入高温蒸汽赶出挥发性目标化合物，然后将其吸收待测。该仪器只需要设置两个参数，蒸汽度和蒸馏时间。蒸汽度高低调节实质就是对蒸馏温度的控制。蒸汽度越高，蒸馏时间越长，馏出液体积就越大。HJ 535-2009标准方法是将250mL氨氮样品蒸馏吸收至250mL后测定。为与标准方法相适应，在设置蒸馏仪参数时要考虑最终的馏出液体积不能超过250mL。基于此，本文选择了4个蒸馏条件，即蒸汽度60%蒸馏时间14min、蒸汽度70%蒸馏时间12min、蒸汽度80%蒸馏时间10∶30min、蒸汽度90%蒸馏时间8min，对250mL空白加标样品进行蒸馏预处理，回收率测定结果如图2所示。

图2 Buchi蒸馏仪条件参数与回收率关系Fig.2 Buchi distillation instrument condition parameters and recovery

由图2可见，蒸馏仪蒸汽度过高会使蒸馏速度过快，吸收速率无法与蒸馏速度相匹配，从而造成回收率结果不理想;蒸汽度过低，即蒸馏温度太低，蒸馏效率不够，回收也不完全。最终确定了蒸汽度70%，蒸馏时间10∶30min的蒸馏条件参数，该条件下的空白加标回收率在96%～105%，结果满意。以下对比试验均采用此预处理条件。

2.2 自动蒸馏仪与传统蒸馏装置预处理后测定结果比对

用瑞士Buchi K-355型自动蒸馏仪和实验室传统蒸馏装置分别对空白样品、实际样品1、实际样品2、标准样品以及实际样品1、2的加标样品进行蒸馏预处理后，经纳氏试剂分光光度法测定。结果如表1和表2所示。两种蒸馏方式下的测定结果进行F检验［5］，自由度均为5时，两组数据方差比F=2.28＜5.05(查表得到)，说明两组数据标准偏差没有显著性差异。再进行t检验［5］，置信度为90%，合并标准偏差为0.037，合并自由度为10，t0.10，10=0.09 ＜1.81(查表得到)。最终证明两种方法测定的氨氮结果不存在显著性差异，没有引起明显的系统误差。Buchi蒸馏仪预处理标准样品测定结果合格，实际样品测定相对标准偏差为0.7% ～1.8%，实际样品加标回收率在 96% ～105%，均满足环境监测水质氨氮监测分析技术要求。

表1 两种方式蒸馏结果比较Tab.1 The comparison results of two distillation methods

表2 两种方式蒸馏样品加标回收率比较Tab.2 Comparison between recoveries of two distillation methods

3 结论

通过上述比对实验发现，传统蒸馏装置一个样品需要处理120～150min，且装置连接繁琐易发生漏气现象，影响测定准确度，同时还污染实验室环境，对实验室人员健康有隐形的不可逆威胁。而利用瑞士Buchi K-355型自动蒸馏仪进行蒸馏预处理，每个样品预处理不到11min，无需担心样品泄漏造成的测定准确度、实验室环境安全等问题，其精密度和准确度均能满足环境监测部门分析技术要求，完全可替代传统的蒸馏装置完成污水中氨氮的测定。另外，Buchi蒸馏仪的冷凝水是实时控制，蒸馏时开启，不蒸馏时自动关闭，此处大大节约了自来水的使用量。这种省时省力又环保的预处理方式应该得到大力推广。

［1］ 汤爱华，魏淑伟.蒸馏法测定水中氨氮的问题探讨［J］.枣庄学院学报，2012，29(5):110-114.

［2］ 国家环境保护总局.水和废水监测分析方法［M］.北京:中国环境科学出版社，2002.277-279.

［3］ 沈燕飞，厉以强.氨氮测定过程中有关问题的探讨［J］.环保科技，2008，14(3):17-18.

［4］ HJ 535-2009，水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法［S］.

［5］ 武汉大学主编.分析化学［A］.北京:高等教育出版社，2000.250-256.