试析水环境检测中总氮和氨氮关系

张卓 惠克

摘 要：本文通过实验探究方法，选择张家港市生活污水和地表水的总氮与氨氮进行检测分析，通过数据归纳统计整理的方式，得到不同水样总氮和氨氮、不同浓度范围下总氮和氨氮关系结果。

关键词：水环境;总氮;氨氮;地表水

中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）10-0036-02

0引言

总氮（TN）是水体中各种含氮化合物的总量，包括有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮四种物质。氨氮指的是在水体中以游离氨（NH3）和铵盐（NH4+）形式存在的氮成分。二者均对水质有重要影响，是水环境检测中的重要参考指标。探究总氮和氨氮的关系，对于判断水环境检测结果是否合理有较大的帮助。

1材料与方法

1.1材料

在张家港市市区不同污水管网进行取样，并对市内多条河流进行采样，得到生活污水水样共60个，地表水水样60个，取样时间为2012年至2017年，方法为以取样器采集水下约0.5m处水样[1]。

研究使用到的主要仪器设备包括：T6新悦可见分光光度计设备;TU-1901双光束紫外可见分光光度计设备;LDZX-30KBS立式压力蒸汽灭菌器。

使用到的主要试剂包括氨氮和总氮标准溶液、碱性过硫酸钾、纳氏试剂、盐酸和酒石酸钾钠溶液。

1.2方法

在检验中可以使用碱性过硫酸钾联合紫外分光光度方法进行检验。这一方法的操作原理为：将过硫酸钾加入到温度为60℃以上的水溶液中，分解为原子形态的氧和硫酸氢钾，将水溶液的温度加热到120℃，原子形态的氧可以氧化水中的氨氮、亚硝酸盐氮以及大部分有机氮化合物。之后，分别使用波长为220nm和275nm的紫外分光光度计，测定溶液吸光度，根据A=A220-2A275的公式（其中A表示吸光度）校正吸光度。根据校正得到的吸光度与浓度绘制出校准曲线，以此计算出水样中总氮的含量。

测定氨氮时，常用的是纳氏试剂分光光度法。纳氏试剂与铵离子、游离氨等发生反应，产生淡红棕色络合物，该物质在波长420nm处有强烈吸收，其吸光度与氨氮含量成正比，先配制氨标准溶液，测定吸光度，绘制校准曲线，再根据水样的吸光度计算出水样中氨氮的含量。

除此之外，还可以使用流动注射分析方法。测总氮时先使用紫外光照射并加热水样，使其温度提升到100℃之后，水样中的含氮化合物会直接被过硫酸盐氧化成氮氧离子，而且水样的pH值会因为过硫酸盐分解作用而下降。在消解完成之后，水样被注入到FIA分析箱中，接触镀铜镉柱之后会发生还原反应。在酸性条件下，与磺胺发生重氮化反应，得到重氮离子。随后，重氮离子与萘乙二胺盐酸盐产生偶联作用，会生成粉红色物质，在波长540nm处产生最大吸收峰。先从低到高测量标准溶液浓度，根据仪器信号绘制标准曲线，再测定样品，根据曲线计算出总氮值。

本文研究中使用的方法如下：

（1）氨氮测定方法：采用国家标准分析方法，使用纳氏试剂比色法。这种方法的最低检测浓度为0.025mg/L，测定上限为2mg/L。使用可见光分光度计进行检测。

（2）總氮测定方法：采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法。这种检测方法的检出限为0.05mg/L，测定上限为4mg/L。检验过程中使用到的设备为紫外可见分光光度计和立式压力蒸汽灭菌器。

（3）数学分析：使用相关性检验方法，对氨氮和总氮的关系进行检验。

2结果与分析

为比较氨氮和总氮在不同水体中的差异，选择了张家港市生活污水、地表水中的氨氮与总氮含量数据，各监测点的年度平均数据如表1所示，同时，根据表格中大数据绘制如图1和图2。

图1表示的是地表水中氨氮和总氮的相关关系，相关系数为0.399，二者基本相关。图2表示的是生活污水中氨氮和总氮之间的相关关系，计算得出相关系数为0.871，二者显著相关。说明在张家港市，生活污水中氨氮和总氮相关关系较为明显。

生活污水和地表水中，总氮差异为t=3.542，t0.05=1.812，t>t0.05，差异较为显著。氨氮的差异为t=3.632，t>t0.05，差异较为显著。并且在生活污水中，氨氮与总氮之间的量均高于在地表水中的量。当总氮浓度低于2mg/L时，氨氮在总氮中所占比例不到30%;当总氮浓度超过2mg/L时，氨氮在总氮中所占比例较高，超过50%，且此时地表水与生活污水氨氮与总氮间的关系有着同样的特性。

3结论与注意事项

3.1结论

3.1.1污水中氨氮与总氮关系

通过本次研究结果来看，在污水中总氮的含量要明显高于氨氮的含量，其包含各种形式无机氮与有机氮。例如，氧化氮离子、二氧化氮离子、氢氮离子、氨基酸和蛋白质等都是其重要表现形式。有机氮主要以游离氨与铵离子为主要表现形式，同时，在植物性有机物中，氮元素的含量明显低于动物性有机物中的含量[2]。

值得注意的是，在生活污水中，含氮有机物初始污染源是造成水体中氨氮含量提升的主要因素。在微生物作用下，污水中氨氮会进一步分解形成硝酸盐氮，在这一过程中，如果反应不充分，就会产生大量亚硝酸盐氮，它可与蛋白质相结合，形成有致癌作用的亚硝胺，严重威胁到人们的身体健康与生命安全。

3.1.2地表水中氨氮与总氮的关系

在地表水体中的总氮和氨氮含量关系的检测中，可以看出同一时期、同一水体中总氮含量相对较稳定，总氮含量大于氨氮含量。受到环境大气中的化石燃料燃烧、汽车尾气的影响，地表水中的氮氧化物也有上升趋势，但生活污水中的铵盐、硝酸盐等成分的含量上升，增加了水体中的氨氮和总氮含量。

3.2注意事项

3.2.1实验环境污染问题

如果实验室的环境受到污染，则通过检验得到的各类数据信息检查均会受到影响。实验室环境受到影响，主要是因为室内挥发性气体和沉降粒子在空气中发散引起室内实验环境污染。此外，在实验过程中，实验用水要使用无氨水，无氨水采用新制备的去离子水或者加入浓硫酸蒸馏，收集中间馏出液。无氨水在长期存放的过程中，会因为溶解而产生氮杂质，导致实验得出的空白值过高，所以在使用无氨水时，要现用现制备，避免使用长期存放的无氨水，以免对实验结果的精准度造成影响[3]。

3.2.2取样与稀释方法问题

部分实验中使用到的碱性过硫酸钾消解紫外线分光光度方法，需要对一些高浓度的水样进行稀释。如果水样存在浑浊的情况，则要在取样时，先进行样品充分混合均匀，将有机氮和无机氮均匀取到容器当中，之后才能确保分析结果更有代表性[4]。一般来说，取样的体积不能低于10ml，对于浑浊度较高的水样，可以适当减少取样量，并按照稀释倍数进行稀释，最终确定定容体积。

3.2.3试剂纯度问题

实验中使用的试剂纯度会对结果测定产生影响，且受到实验空白吸光值影响较为显著。过硫酸钾、氢氧化钾含氮量均需低至0.003‰以下，确保空白实验条件下A220-2A275不超过0.03。如果超过了这一数值，则在实验中使用到的水样不受到污染情况下，考虑氢氧化钠、过硫酸钾试剂溶液的纯度是否存在偏差。为降低实验空白值，还可以对实验所用到的器皿、高压蒸汽灭菌等污染情况进行检验。为了降低实验空白值，使用试剂规格要需选择优级纯度，如果氢氧化钠或者过硫酸钾试剂溶液均因为长期存放而产生杂质，则要考虑先提纯再进行后续实验操作。提纯的方法为：在50℃以下对试剂进行加热溶解，使用经预热的过滤网进行过滤，之后将过滤液冷却到4℃之后重新结晶，舍弃掉溶液部分。反复多次重复上述操作进行提纯，确保过硫酸钾和氢氧化钠溶液符合要求，并对过硫酸钾结晶体以50℃烘干机设备进行烘干装瓶备用。

3.2.4碱性过硫酸钾溶液问题

根据国际标准方法要求，碱性过硫酸钾溶液应当放置到聚乙烯瓶内存儲，以确保在1周之内其化学性质稳定。但是，实验证明，碱性过硫酸钾溶液在存放4℃环境中，会较快结晶，在3周之后，经过50℃隔水水浴并充分搅拌才能溶解，此时可以保证实验空白值与标准曲线符合研究要求。所以，在存放碱性过硫酸钾溶液时，可以将其放置到温度为4℃的恒温环境中冷藏，以最大限度地保证其化学性质稳定，防止氧化性被破坏。

3.2.5消解不完全

如果消解时间不足，则会影响到检验结果。通常情况下，有机物和硝酸盐氮在波长为220nm的位置处可以被吸收，如果当波长调整为275nm时，则只有有机物能被吸收。利用等效系数差减法，可以消除有机物的干扰。随着过硫酸钾在消解的过程中出现持续性分解情况，物质本身的吸光值会降低。研究证明，当温度在122℃条件下，持续加热30min，无法将碱性过硫酸钾完全分解，所以，可以将温度调整到124℃，并将时间延长至45min～60min。

参考文献

[1] 吴月英，徐贵泉，陈明.上海市入海河流总氮与氨氮相关关系探究[J].四川环境，2020，39（1）：68-73.

[2] 谭尧.水环境检测中总氮和氨氮关系探究[J].清洗世界，2019，35（4）：29-30.

[3] 孔令伟.污水中氨氮含量高于总氮含量的原因分析及排查[J].化工设计通讯，2019，45（3）：214-215.

[4] 党凤花，何耀武.巢湖水中氨氮与总氮关系的研究[J].当代化工研究，2018（6）：91-92.