关于环境监测中的氨氮分析

[ 作者简介 ]

张会亚，女，河南邓州人，邓州市环境监测站，助工，大专，研究方向：环境监测环境保护。

[ 摘要 ]

在环境监测中氨氮的分析方法有很多，但对比本地区的实际情况各有优缺点，地区监测站采取纳氏试剂比色法对氨氮进行分析，在多次分析操作的基础上，再结合分析环境监测过程中的各种影响以及操作过程的经验，不断提高氨氮监测分析的准确性。

[ 关键词 ]

环境监测;氨氮分析;影响因素;总结

中图分类号：X83 文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2022.10.057

氨氮是游离氨和离子铵形式的氮。这两种氮的组成比取决于水体的pH值。pH值越高，游离氨的百分比越高。水中氨氮主要来自工业和生活废水，地表水和地下水中含有一定量的氨氮，以游离氧和离子铵的形式增加。大气中的气态氨随着自然降水进入，在此过程中进入地表水和地下水增加了水中氨氮的含量。如果含量超过临界值，不仅会伤害动物，也会威胁人类健康和水。事实证明监测水中的氨氮水平非常重要，因此，氨氮监测是地区环境监测的常规项目。

1    环境监测氨氮分析方法

1.1  分析方法的种类

监测氨氮的分析方法很多，包括纳氏试剂比色法、酶法、水杨酸分光光度法、蒸馏-滴定法、氨气敏电极法等。自动监测高浓度污水氨氮时，蒸馏-滴定的原理是调节样品的pH值在6.0-7.4范圍内，加入氧化镁使其呈弱碱性，蒸馏释放氨它被接收瓶中的硼酸溶液吸收，馏出物中的氨用酸标准溶液滴定[1]。以10ml样品为测试范围可测氨氮含量可达10mg，对应的样品浓度可达1000mg/L，使用250mL 样品时实际最低可检测浓度为 0.2 mg/L。氨氮自动监测仪的检测过程为水样、预处理、蒸馏、冷凝吸收、滴定、终点检测、出水排放。该仪器的一项重要技术是简化标准方法的程序，调整样品和蒸馏系统的pH值，开发出能屏蔽样品中干扰物质的专用综合试剂。设备在排水口现场作业时，监测频率为每天4～24次，浓度范围为15～800mgfL，相对误差为5.7%，平均值为2.88%。水杨酸分光光度法的原理是在硝基铁氰化钠存在下，铵与水杨酸盐和次氯酸盐反应生成蓝色化合物，在697nm处比色分析测试范围为最大，样品体积为8mL时氨氮浓度可达1 mg/L，使用10mm比色皿时最低检测浓度可达0.01 mg/L。

1.2  纳氏试剂比色法的原理

纳氏试剂比色法通过将不同方法与水体特定条件进行比较，具有操作简便、灵敏度高、比色法相对完整等优点。测定水中铵的经典分析方法是国标法。对水样进行适当的预处理后，该方法可应用于地表水、地下水、工业废水和生活废水。使用纳氏试剂比色法对水样进行预处理和测量的程序如下所述[2]。通常可在410-425nm波长范围内测定其吸光度并计算其含量。 纳氏试剂比色法的检测范围是最大样品体积为50mL时氨氮浓度达到2 mg/L，使用10 mm比色杯时最小检测浓度达到0.05 mg/L。添加胶体保护剂聚乙烯醇以提高测量的灵敏度和准确性，进一步提高了胶体的稳定性和准确性，回收率在98.6%～103%之间。

1.3  水样预处理

水质因地区而异，水体中物质的种类和性质也不同，因此水体的预处理方法复杂多样。水样处理的形式也不同。例如，在检测水体中的无机元素时需要先将水体中的无机化合物提取出来，然后再去除水体中的有机物，使无机元素存在于纯净环境里，不能让它受其他物质的影响。更常见的去除方法包括硝酸去除和碱去除，在处理高度污染的水时很难提取特定的物质或元素。在这种情况下，首先将污水稀释，检测稀释水的氨氮含量，计算下水道原始值氨氮含量。对于氨氮浓度较高的水，先在水样中加入一定量的酒石酸钾钠，用纳氏试剂显色用不含氨的水稀释，以净化水中氨氮含量的测定。

1.4  水样的测定步骤

取适量经混凝沉降预处理的水样，加入50ml比色管中稀释至刻度，加入1.0ml酒石酸钾钠溶液。取适量预处理后的馏出液加入50ml比色管中，加入一定量的1mol/L氢氧化钠溶液中和硼酸稀释至刻度。均匀加入1.5 ml纳氏试剂混均后放置 10 分钟，使用与校准曲线相同的程序测量吸光度。使用20mm光路比色皿在420nm波长处测量对水的吸光度，并根据校准曲线计算氨氮含量测量水中的氨水，使用新鲜蒸馏水代替无氨水测量氨氮，分别使用新鲜蒸馏水和无氨水[3]。空白吸光度和校准曲线上没有显著差异。

1.5  离子选择性电极法

离子选择电极法的优点是限制较少，测量范围较宽。在开始测量之前不要对水体进行预处理，这样可以节省相应的时间和试剂。弱碱性环境下在废水中加入掩蔽剂的二钠盐，可以轻松去除许多干扰颗粒，这样便于后期检测符合绿色检测和环保的要求。该方法得到的数据准确度高，测试效果与分光光度法相同。采用离子选择电极法测定水中氨含量取得了满意的结果。

1.6  降低空白值

将滤纸浸泡在3%硼酸或5%硫酸中，反复洗涤至中性，然后过滤氨氮的含水聚集体。这样可以有效降低整个过程的空白值，提高方法的灵敏度。着色液中氯化汞含量越高空白值越高。因此，在保持反应浓度恒定的情况下，适当减少氯化汞的用量是降低空白值的有效方法[4]。配制好的无氨水使用前应存放一天，空白值会低于当天的值。研究表明，改进制备方法后的酒石酸钾钠溶液有助于降低试剂空白值。

1.7  仪器分析法运用分析

随着科学水平的不断提高，现在有越来越多的仪器能够分析氨氮含量。凯氏定氮仪是仪器分析的必备仪器。该装置在蛋白质领域充分利用了一定的氮含量，通过测量样品中的氮含量即可计算出蛋白质含量。该装置的工作原理无需消化水样，加入适量氢氧化钠调节水样的pH值中和水样中的铵盐，生成氢氧化物和铵盐。离子发生化学反应产生氨，氨通过蒸馏分离，用于吸收废气的试剂是硼酸溶液。由于溶液的pH值用电位滴定仪滴加硫酸溶液，氨被硼酸溶液完全吸收后上升，将硫酸溶液滴入溶液中可以改变pH值并达到初始水平。当接近终点时请注意将滴定速度减慢，接着结合硫酸的消耗量计算出水样中氨氮的含量。色谱法是另一种方法，该方法采用物理分离技术，效率高，与其他检测方法相结合形成[5]。色谱法适用于含有复杂成分的样品的分离和分析。使用色谱仪进行检测有很多优点，比如精度高、操作简单、使用方便、灵敏度高、达到环保要求。该判断方法符合绿色测试的要求，值得广泛使用和应用。

2    氨氮监测的影响因素分析

2.1  温度

大多数水样的检测受水样的温度、浊度、pH值和气泡的影响。特别是在检测过程中，如果在水体中检测到检测辅助物，检测结果会出现轻微误差。当原料发生化学反应时，会产生其他水污染物，导致检测结果出现较大误差。因此，测试所需的纳氏试剂应冷藏。实验研究表明，碘化钾溶液的温度略高，约40℃，检出限低，加入氯化汞制备纳氏试剂时反应灵敏。纳氏试剂应存放在适当位置，以防止低温变黑（通常存放在冰箱中）并确保从表面上看空白值的稳定性[6]。用氨气检测电极测量氨氮时，需要使标准溶液和水样的温度保持恒定，使电极的倾斜度和标准电位在测量过程中不发生变化。

2.2  PH值

当使用纳氏试剂检测水样中的氨氮含量時，测量值还取决于溶液中的氢氧化钠含量。如果水样呈酸性氨氮的实测值为0.236mg/L。为碱性测量值为1.035mg/L，对于中性测量值为 0.920 mg/L，PH值会影响氨的测量。用纳氏试剂测定氨氮时，在纳氏试剂反应中加入不同量的氢氧化钠溶液，对纳氏试剂反应有显著影响。向10mL硼酸中加入0.5mL氢氧化钠可提供中和的最佳PH值约12.49。如果溶液的PH值小于11时，则测量值会偏低。如果氢氧化钠的剂量不足检测所需的碱性环境较弱，溶液中存在的离子铵不能转化为氨气，最终测试结果会偏低，如果pH>11则PH值不影响电极电位的测量。

2.3  浊度

水样的浊度常影响纳氏试剂的比色结果，在50mL比色管中，一定量后可向水样中加入1.0mL酒石酸钾钠溶液混合。加入1.5mL的15%氢氧化钾溶液并测量吸光度，然后从用纳氏试剂比色分析测量的水样的吸光度中减去校正的吸光度。由于水样的浊度对纳氏试剂的检测结果也有一定的影响[7]，因此需要在检测操作前完成吸光度校准，以保证氨氮检测环境的可靠性。如果水样沉淀并变得透明则取出上清液进行测试。如果水样混浊应在测试前进行过滤，对于过滤后的水样，应弃去20mL的初级滤液，要不然测试结果会更高。

2.4  锰

饮用水中较高的锰浓度往往会导致较高的氨氮。虽然加入了掩蔽剂，但无法消除锰对氨氮检测的影响，消除了蒸馏水的影响。锰对氨氮的影响可以推断为直接影响锰的作用并提出了一种作用机制，为了隐藏锰，使用1.0mL50%酒石酸钾钠和1.0mL 0.2%乙二胺四乙酸二钠代替纯酒石酸钾钠干涉。

2.5  气泡

在测量含有活性酶的纸张、印染、工业废水时，往往会产生大量气泡，不能蒸馏或检测。通过添加消泡剂硅油可以有效抑制蒸馏过程中泡沫的产生，使蒸馏正常完成。硅油性能稳定，不让水蒸气溢出以及不干扰测量。取与空白相同的水样，用常规方法进行加或不加消泡剂的对比试验，测试结果没有明显差异[8]。

2.6  交叉污染

除了各种直接因素外，还有相互污染等间接因素影响氨氮的测定。防止室内环境中的玻璃器皿被氨污染，氨氮的检测需要注意相互污染的问题。例如，硝酸氮和氨氮不能同时在同一个空间内操作。这是因为前一种测试易挥发，需要使用吸收空气中氨的氨水，导致纳氏试剂的测试结果较高。由于滤纸含有铵盐，使用前请在无氨水中浸泡5分钟。使用的玻璃器皿应避免被实验室空气中的氨污染。测量饮用水或地表水时，由于氨氮浓度低不能使用滤纸进行过滤。否则，会得到一个很大的误差，理论上总氮高于氨氮，水样分析后应进行比较。

2.7  其他

滤纸含有可溶性氦氮，特别是定量滤纸。如果预处理需要固化沉淀，最好使用定性滤纸和含有难溶性氨氮的超细玻璃纤维过滤器使用100mL纯水。过滤前清洗去除可溶性氨氮，消除了滤材中可溶性氨的影响引起的测量误差，提高了方法的准确性和灵敏度。检测到的滤液或上清液的量必须准确，以便更合适、更快速地将吸光度控制在曲线范围内。纳氏试剂中碘化汞与碘化钾的比例对显色反应的灵敏度影响很大，静置后形成的沉淀物必须去除，影响分析和测量结果的因素很多。此外，在使用纳氏试剂对氨氮进行反复比色定量后，得到以下经验总结[9]。对于污染严重的水，蒸馏法测量值小于凝固沉降法测量值，蒸馏法去除水中的干扰离子测量结果低，精度和要求可以增加并能满足准确性。

3    环境监测氨氮分析结论

3.1  污水中总氮与氨氮的关系

地表污水和生活废水的总氮含量高于氨氮，总氮中含有多种形式的有机氮和无机氮的铵离子或游离氨。此外对植物有机质的研究表明，植物有机质的含氮量远低于动物有机质。含氮有机物是生活废水中氨氮含量升高的主要原因。借助生活废水中的各种微生物，氨氮被分解形成亚硝态氮。如果氨氮的分解反应不充分，家中就会产生亚硝酸盐氮污水。这种物质可以与污水中的蛋白质结合形成亚硝胺，具有高度致癌性并对人体健康构成威胁。

3.2  地表水中总氮与氨氮的关系

地表水样的检测发现，同一水样的总氮含量同时变化不大，地表水样品的总氮含量高于氨氮[10]。随着工业的快速发展，化石能源的使用逐渐增多，地表水中氮氧化物的含量加之汽车尾气的影响不断增加，形成了总氮和氨态，造成了地表水氮含量增加。

4    结束语

我们不仅监测氨氮，而且及时有效地监测地区的环境状况。目前，受诸多环境因素的影响，工业废水、生活废水等水体成分极为复杂，氨氮含量是水体污染的主要标准之一，有效监测水体中的氨氮非常重要。由于总氮与氨氮关系的研究为应对城市水污染提供了数据支持，因此对地表水和生活污水样本进行了检测，样本均含有总氮和氨的含量，地表水的氮含量高于氨氮。进一步研究为总氮和氨氮含量升高提供了具体原因，为水污染综合治理工作提供思路[11]。地区的环境监测需要氨氮，纳氏试剂比色法可用于水中氨氮的监测和分析，持续有效地总结分析能不断提高准确度。

参考文献

[1]杨兴胜.基于氨氮分析方法的环境监测探析[J].大科技，2017（24）：71-72.

[2]张志国.我区环境监测中的氨氮分析法[J].城市建设理论研究（电子版），2020（35）：202.

[3]许亚宁.我区环境监测中的氨氮分析方法[J].环球市场，2016（02）：214.

[4]何群华.水体中氨氮测定方法的研究进展[J].广东化工，2019（14）：107-108.

[5]姜辉.环境监测中的氨氮分析方法的应用分析[J].大科技，2018，（6）：335.

[6]沈路力. 关于氨氮监测分析方法探究[J].中国水运（下半月），2016，16（8）：165-166.

[7]陈志龙.探究环境监测中的氨氮分析方法[J].企业技术开发（下半月），2019（16）：173-174.

[8]高翔.环境监测方法探析[J].资源节约与环保，2020（4）：38-40.

[9]宋月英.论环境监测中氨氮分析方法[J].科技咨讯，2017（36）：113.

[10]吴学兵.关于环境影响评价中环境监测工作相关问题的探析[J].科技资讯，2018（1）：144.

[11]张艳华. 关于环境监测中的氨氮分析方法[J]. 大科技，2019（15）：277.