氨氮检测试纸的研制

李红岩，安莎莎，李亚宁，陈淼，李鑫冉，袁俊生

（1.河北工业大学海洋科学与工程学院，天津300130；2.海水资源高效利用化工技术教育部工程研究中心，天津300130）

氨氮检测试纸的研制

李红岩1,2，安莎莎1，李亚宁1，陈淼1，李鑫冉1，袁俊生1,2

（1.河北工业大学海洋科学与工程学院，天津300130；2.海水资源高效利用化工技术教育部工程研究中心，天津300130）

根据水杨酸分光光度法的原理研制了氨氮检测试纸，对试纸的制备条件及显色条件进行了研究，并通过与国标法测试结果比较对试纸进行了评价．实验结果表明：试纸浸渍液中水杨酸钠和亚硝基铁氰化钠的最佳浓度分别为269 g/L和0.40 g/L，测定氨氮时加入激活剂的量以4滴为宜．显色深浅与氨氮浓度成正比，溶液颜色从无色——黄色——黄绿——蓝色变化，色阶明显．试纸的检测结果与国标法检测结果相吻合，数据的重现性较好．

氨氮；水杨酸分光光度法；试纸；检测；激活剂

水中的氨氮指水体中以游离氨和铵离子形式存在的氮，普遍存在于地表水、地下水和各种废水中，其含量是评价水体质量的重要指标之一．水体中氨氮含量过高，可导致水体富营养化，对鱼类及某些水生生物有毒害作用．水中氨氮可以在一定条件下转化成亚硝酸盐，这种强致癌物质对人体健康极为不利．“十二五”期间，氨氮被列为水体污染物总量控制的指标之一，国务院最新颁布的“水十条”亦把氨氮治理列为重点工作[1-2]．

国内外已经研究开发了多种氨氮分析技术，目前测定氨氮浓度的方法主要有分光光度法、电化学分析方法、流动注射法、仪器分析法及其他分析方法[3-4]．其中分光光度法是氨氮分析的经典方法．常用的分光光度法有纳氏方法、靛酚蓝法和水杨酸法．纳氏试剂中汞盐有毒，而且受水中钙、镁、铁等金属离子以及硫化物、醛等干扰[5]；靛酚蓝法难以避免苯酚对实验室的污染；水杨酸与苯酚结构类似，苯环上羧基的引入增加了蓝色生成物在水中的溶解度，可使测定的灵敏度提高，并避免了苯酚对实验室的污染[6]．因此水杨酸分光光度法具有准确无污染等优点，成为水体中氨氮检测的标准方法之一．

然而水杨酸分光光度法传统测量步骤比较繁琐，显色时间长，需要1 h左右，不能满足现场水质简便、快速测定的要求．目前氨氮检测试纸、试剂盒已有相关报道及产品问世[7-8]，但基于水杨酸分光光度法的试纸报道较少，因此本文通过实验研制了基于水杨酸分光光度法的试纸，以快速检测水体中的氨氮含量．

1 实验原理

水杨酸分光光度法测定氨氮的反应原理为：在亚硝基铁氰化钠存在下，铵与水杨酸和次氯酸反应生成蓝色的吲哚类物质，该物质在697nm具有最大吸收，其吸收强度与氨氮浓度成正比，符合朗伯比尔定律[1]．反应方程式如图1所示．

图1 水杨酸分光光度法化学反应方程式Fig.1 Chem icalequationsof spectrophotometricmethod w ith salicylic acid

2 实验部分

2.1 材料与试剂

次氯酸钠、水杨酸钠、氢氧化钠，天津市风船化学试剂科技有限公司；亚硝基铁氰化钠，天津市光复精细化工研究所；酒石酸钾钠，天津市赢达稀贵化学试剂厂；氯化铵，天津市天大化工实验厂；定量中速滤纸，杭州特种纸业有限公司．所有试剂均为分析纯．

氨氮标准溶液[9]：称取3.8 g NH4Cl（110℃下烘干2 h）溶于无氨水中，定容在1 000m L容量瓶中，浓度为1 000mg/L．用时再逐级稀释成浓度为2、5、10、20、50mg/L的氨氮标准溶液．

显色剂溶液：分别称取140g水杨酸钠和50g酒石酸钾钠溶于无氨水中，定容在1000m L容量瓶中，得到水杨酸钠的浓度为140g/L、酒石酸钾钠的浓度为50 g/L的显色剂溶液I．用类似方法配制水杨酸钠浓度分别为210 g/L、280 g/L、350 g/L，酒石酸钾钠浓度保持为50 g/L的显色剂溶液II、III、IV[10]．

亚硝基铁氰化钠溶液：称取0.1g亚硝基铁氰化钠溶解，并转移至10m L容量瓶中，定容，浓度为10g/L．

试纸浸渍液：取显色剂溶液和亚硝基铁氰化钠溶液分别按36∶1、24∶1、12∶1、6∶1的体积比进行混合得到．

激活剂：取经标定的分析纯次氯酸钠溶液，用无氨水和氢氧化钠溶液（2 mol/L）稀释成含有效氯浓度3.5 g/L，游离碱浓度0.75mol/L（以NaOH计）的次氯酸钠使用液[9]．

2.2 实验方法

2.2.1 试纸制备

2.2.1.1 基本实验方法

将定量中速滤纸全部浸入试纸浸渍液中，恒温振荡90m in，取出滤纸，在室温下悬空晾干，然后裁剪成8mm×8mm规格的测试试纸，低温避光保存备用．

2.2.1.2 试纸制备及显色条件的选择

采用上述的基本实验方法，调节浸渍液中各试剂的浓度及激活剂的加入量，根据显色反应的速度、色阶变化等指标来确定最佳的试纸制备条件及显色条件．

2.2.2 标准比色卡的制备

取浓度为0、2、5、10、20、50mg/L的氨氮标准溶液各1m L分别置于5m L样品管中，然后各加入4滴激活剂，摇匀后加入一片检测试纸（8mm×8mm），室温反应5m in后用数码相机照相，根据色阶变化制成标准比色卡．

2.2.3 水样中氨氮的检测方法

取1m L待测水样于5m L样品管中，加入4滴激活剂，摇匀后加入一片检测试纸，室温反应5min后将溶液所显示的颜色与标准比色卡比较，即可判断出被测样品中氨氮的浓度．

2.2.4 试纸的评价

运用试纸法与国标法反复地检测同一样品对试纸进行评价．国标法测定样品方法参照HJ536-2009[9]．

3 结果与分析

3.1 试纸制备条件的选择

3.1.1 水杨酸钠浓度对显色的影响

分别取显色剂溶液I、II、III、IV和浓度为10 g/L的亚硝基铁氰化钠溶液按照体积比24∶1配制试纸浸渍液[10]，制备氨氮检测试纸．将试纸与不同浓度的氨氮标准溶液反应，通过观察显色效果来确定水杨酸钠的最佳浓度，结果如表1所示．

表1 水杨酸钠浓度对显色效果的影响Tab.1 The effectof the concentration of sodium salicylate on color rendering

由表1可以看出，显色剂中水杨酸钠浓度为280g/L时，显色5m in，溶液颜色从无色——黄色——黄绿——蓝色变化，色阶最好，可以明显区别出浓度为0、2、5、10、20、50mg/L的氨氮样品，检出限为2mg/L；显色剂中水杨酸钠浓度为140g/L或210g/L时，检出限为5mg/L，5mg/L以上颜色可区分；水杨酸钠浓度为350 g/L时，显色可区分，但为单一蓝色，区分效果与280 g/L相比较差．因此，显色剂溶液中水杨酸钠的适宜浓度为280 g/L．

3.1.2 亚硝基铁氰化钠的浓度对显色的影响

取水杨酸钠浓度为280 g/L、酒石酸钾钠浓度为50 g/L的显色剂溶液和浓度为10 g/L的亚硝基铁氰化钠溶液按体积比36∶1、24∶1、12∶1、6∶1分别混合配制试纸浸渍液，制备氨氮检测试纸，然后与不同浓度的氨氮标准溶液反应．通过观察显色效果来确定亚硝基铁氰化钠的最佳浓度，结果如表2所示．

表2 亚硝基铁氰化钠浓度对显色效果的影响Tab.2 The effectof concentration of sodium nitroprusside on color rendering

由表2可以看出，试纸浸渍液中亚硝基铁氰化钠的浓度对显色有影响．显色剂溶液和亚硝基铁氰化钠溶液的体积比为24∶1的浸渍液制备的试纸显色效果最佳，以配比为36∶1的浸渍液制备的试纸显色为单一黄色，而另外两组颜色区分不明显．所以显色剂和亚硝基铁氰化钠溶液的体积比以24∶1为宜，即试纸浸渍液中水杨酸钠和亚硝基铁氰化钠的最佳浓度分别为269 g/L和0.4 g/L．

3.2 试纸使用条件的选择

取1m L氨氮标准溶液，分别加入不同量的激活剂，摇匀后加入氨氮检测试纸，5m in后观察显色，结果如表3所示．

表3 次氯酸钠用量对显色效果的影响Tab.3 The effectof dosage of sodium hypochlorite on color rendering

由表3可知，激活剂用量对显色反应有一定影响．激活剂加入量为2滴时，2号与3号样品显色难区分；激活剂加入量为3滴或5滴时，检出限为2mg/L，但5号与6号样品显色难区分；当激活剂加入量为4滴时效果最佳，检出限为2mg/L，颜色易于区分．

3.3 标准比色卡的制备

将试纸分别与一系列浓度为0、2、5、10、20、50 mg/L的氨氮标准溶液反应，根据显色深浅、色阶变化制作标准比色卡．此比色卡标准刻度是根据国家标准中地表水环境质量标准[11]、城市污水再生利用——景观环境用水水质标准[12]、城市污水再生利用——城市杂用水水质标准[13]、污水综合排放标准[14]中对氨氮含量的限度值确定的．此标准比色卡的设计可以简便、快速的利用试纸检测出各种水体中氨氮指标是否超出国家标准规定的量值，增强氨氮检测试纸的实用性，扩大氨氮检测试纸的应用范围．

3.4 试纸效果评价

人工配制系列不同氨氮浓度的水样以及取天津北运河河水进行应用实验．参照标准比色卡，用所制备的氨氮试纸测定各样品中氨氮含量，并与国标法测定结果相比较，结果如表4所示．

表4 样品测定结果Tab.4 Determ inantion resultsof samples

从实验结果看出，试纸法所测定的样品氨氮浓度与国标法测得的真实浓度符合度较好．多次重复实验结果表明，数据的重现性较好．

4 结论

1）本研究基于水杨酸分光光度法成功研制了氨氮检测试纸．试纸浸渍液中水杨酸钠、酒石酸钾钠和亚硝基铁氰化钠的最佳浓度分别为：269g/L、48g/L和0.4g/L．测定水样时加入激活剂的量4滴为宜，显色时间为5 min．氨氮浓度与显色深浅成正比，溶液颜色从无色——黄色——黄绿——蓝色变化，通过对比标准比色卡，能准确读出氨氮的浓度范围，快速判断被测水样是否超过国家标准规定的限值．

2）该氨氮检测试纸的检出限为2 mg/L，可检测的最高氨氮浓度为50 mg/L．应用实验证明，试纸检测结果与国标法测定结果相吻合．

3）该氨氮试纸制作简便、显色时间短、可移动性强且环境友好．将显色剂、掩蔽剂和催化剂都负载于试纸上，与传统方法或其他测定形式相比，使用更便捷，不需要专门技术人员进行测定．

4）本产品的用途广泛，用户在各级环境监测部门、污水处理厂以及高等院校等，也可应用于突发性环境污染事件的污染物现场快速应急检测和日常生活用水的检测．鉴于目前水体氨氮快速检测的市场需求巨大，特别是随着“水十条”的实施，推广应用前景广阔．

[1]杨凯，李秀芳．水杨酸-次氯酸盐光度法测量氨氮时pH对氨氮在线监测仪测量结果的影响[J]．中国环境监测，2013，29（3）：123-127．

[2]魏海峰，刘长发，张俊新．靛酚蓝法测定水中氨氮方法的改进[J]．实验室研究与探索，2013，32（7）：17-19．

[3]俞凌云，赵欢欢，张新申．水样中氨氮测定方法研究[J]．2010，32（5）：27-33．

[4]顾金凤，凌芳，曹丽丽，等．水样中氨氮分析方法的研究[J]．化学试剂，2015，37（5）：420-424．

[5]黎永艳，陆日贵，陈清德，等．饮用水中氨氮的离子色谱和水杨酸分光光度测定法[J]．职业与健康，2012（28）：1344-1347．

[6]卢玉棋．水杨酸盐-次氯酸盐分光光度法测定水中氨氮[J]．环境与健康杂志，1999（16）：296-299．

[7]张永顺，黄现统，徐海峰，等．一种快速测定水样中氨氮含量的试剂及方法[P]．ZL 201310551524.5，2013-11-08．

[8]王中贺，李佳伟，刘伶，等．新型环保水质氨氮快速检测试剂盒的研制与应用[J]．中国卫生检验杂志，2014，24（15）：2146-2148．

[9]HJ536-2009，水质氨氮的测定水杨酸分光光度法[S]．

[10]TomonoriT，Yoshino H，YoshinoriS，etal．Sensitivity improvementofammoniadeterm inationbased on flow-injection indophenolspectrophotometry w ithmanganese(II)ion asa catalystand analysisof exhaustgasof thermalpower plant[J]．Analyticalsciences，2002，18（10）：1141-1144．

[11]GB 3838-2002，地表水环境质量标准[S]．

[12]GB/T 18921-2002，城市污水再生利用-景观环境用水水质[S]．

[13]GB/T 18920-2002，城市污水再生利用-城市杂用水水质[S]．

[14]GB 8978-2006，污水综合排放标准[S]．

[责任编辑 田丰]

Preparation for the detected paperof ammonia nitrogen

LIHongyan1,2，AN Shasha1，LIYaning1，CHENM iao1，LIXinran1，YUAN Junsheng1,2

(1.School of Marine Science and Engineering,Hebei University of Technology,Tianjin 300130,China;2.Engineering Research Centerof Seawater Utilization Technology ofM inistry of Education,Tianjin 300130,China)

Based on the theory ofspectrophotometricmethodw ith salicylic acid,the detected paperofammonianitrogen was prepared to study the conditionsof preparation and coloration.The detected paperwasevaluated by comparing the resultsof nationalstandardmethod.The resultsof theexperimentshow that:the optimum concentration of sodium salicylate and sodium nitroprusside inmaceration solution was 269 g/L and 0.40 g/L,respectively.The activatorwas advisable to 4 dropsduring thedetermination.Colordepth of thesolutionwasproportional to the concentration ofammonia nitrogen,which changed from colourless-yellow-olivine-blue.Practicalexperimentindicate that the detected resultsof the testpaperwere in conform ity w ith thatofnationalstandardmethod,and re-emergence of the datawasbetter.

ammonia nitrogen;spectrophotometricmethod w ith salicylic acid;detected paper;detection;activator

O661

A

1007-2373(2016)03-0075-05

10.14081/j.cnki.hgdxb.2016.03.013

2015-10-22

国家自然科学基金（21501042）；河北省科技计划项目（14273105D）；河北省自然科学基金（B2013202236）

李红岩（1984-），女（汉族），讲师，博士，hyli@hebut.edu.cn．