基于气相分子吸收光谱法的水中氨氮测定干扰因素分析

叶春丽

（安徽省芜湖生态环境监测中心，安徽 芜湖 241000）

水体中氨氮的含量是评价水质和环境健康的重要指标之一，氨氮作为一种常见的污染物，主要来源于农业活动、工业排放、生活污水等。其过量存在不仅会对水生生物造成毒性影响，还可能导致水体富营养化，进而影响整个水生态系统的平衡。因此，准确测定水中氨氮的含量对于环境监测和污染控制具有重要意义。气相分子吸收光谱法是一种基于分子吸收特定波长光能的分析技术，在环境监测领域得到了广泛应用。该方法具有灵敏度高、选择性好、操作简便等优点，适用于对微量氨氮的测定。然而，在实际应用过程中，多种因素可能会对测定结果产生干扰，影响其准确性。干扰因素包括样品的预处理方法、仪器的校准状态、环境条件的变化，以及样品中存在的其他化学物质等。文章旨在分析基于气相分子吸收光谱法测定水中氨氮时可能遇到的干扰因素，并探讨相应的解决策略。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

使用AJ-3700 型气相分子吸收光谱仪、TU-1901 紫外-可见分光光度计、ST106-3RW 自动蒸馏装置。

实验用水为市场采购的蒸馏水，所需试剂包括溴酸钾、无水乙醇、氯化铵、硼酸、氧化镁、盐酸、重铬酸钾、溴化钾、氢氧化钠、溴百里酚蓝、硫酸等，试剂均符合国家规定的分析纯度标准。

1.2 实验设计

通过实验评估不同干扰物对2.0 mg/L 氨氮标准溶液测量结果的影响。在引入干扰物后，若测量结果偏离1.9～2.1 mg/L 的范围或相对误差超过±5%，则判定存在干扰。若测量值仍在该范围内且加标回收率符合HJ/T195-2005 标准，则干扰已被有效消除。

为提高水中氨氮含量测定的精准度，降低其受到的干扰物质影响，可通过以下方法进行研究。

①降低高氨氮水样的浓度，以降低测量误差率。②在稀释过程中加入一定量的盐酸和乙醇作为负载液，并进行加热处理，以去除有机和无机还原性物质的干扰。③采用预蒸馏方法消除有机胺的干扰，并使用常见的有机胺进行实验。④在酸性条件下加热煮沸以消除挥发性有机物的干扰效果。

1.3 实验步骤

氨氮含量的分析是通过气相分子吸收光谱法进行实验，构建氨氮标准物质的校准曲线，其浓度范围为：0.00 mg/L、0.10 mg/L、0.20 mg/L、0.80 mg/L、1.60 mg/L、2.00 mg/L，以保证测量结果的准确性。根据仪器说明书，精确配制氧化剂和载流液，并对仪器设置进行优化，包括温度、压力和流量等参数，以保证实验条件的稳定性和重复性。

在检验过程中，采取质控措施，包括设定空白对比实验组、开展平行样本试验、测定标准浓度回收率，并对校准曲线上的一个关键点进行核实，以确认实验结果的准确性和真实性。实验室空白测试用于排除实验过程中的潜在污染，平行样测试用于验证结果的一致性，加标回收率测试用于评估方法的准确性，校准曲线中间点校核用于保证曲线的准确性。此外，实时监测实验变异性，及时调整实验条件，确保结果的稳定性。

2 结果分析

2.1 气相分子吸收光谱仪测定氨氮

气相分子吸收光谱仪在氨氮的测定中采用两阶段法，第一阶段将水样中的亚硝酸盐转化为二氧化氮，转化过程中产生的信号利用仪器捕捉。第二阶段将水样中的氨和铵盐通过氧化过程转化为亚硝酸盐，此时仪器记录为经过氧化后的总信号。该方法允许仪器区分并测量水样中不同形态的氮含量，从而提供更全面的分析结果。

在理想的无干扰条件下，2.0 mg/L 氨氮标准溶液的吸光度应在0.23～0.26 的范围内。该范围的确定基于对标准溶液的多次测量，以确保实验数据的准确性和重复性。吸光度的测量通过比较样品与已知浓度标准溶液的光吸收差异，从而推算出样品中氨氮的实际浓度。

2.2 亚硝酸盐在氨氮检测中的影响

采用气相分子吸收光谱法在氨氮和氨盐的分析过程中，亚硝酸盐的存在会对其结果产生正效应。当亚硝酸盐的含量低于20 mg/L 时，在2.0 mg/L 的氨氮标准溶液中应用氨氮去除亚硝酸的功能可以有效消除其干扰，保证结果的准确性。当达到20 mg/L 的浓度时，会显著提高测量吸光度，加标回收率超过标准，误差达到8%，表明该方法的消除干扰功能失效。使用酸性重铬酸钾溶液消除干扰并未成功，而采用在酸性条件下加入无水乙醇并加热至80 ℃以上3～5 min的方法则有效，能使测定吸光度恢复至正常水平，加标回收率为105%，相对误差为4%，表明干扰得到有效消除，如图1 所示。

图1 亚硝酸盐对氨氮测定影响

2.3 挥发性有机物对氨氮测定的影响研究

在氨氮测定过程中，挥发性有机物的存在可能对结果产生显著影响。轻质石油烃和低分子量挥发性有机胺，如三甲胺和三乙胺，因其在特定波长的吸收特性，导致来自石化和制药等行业的样品吸光度异常升高。该干扰会影响氨氮的准确测定，从而影响水质分析的准确性。

为研究挥发性有机物对氨氮测定的影响，实验中对含有这些物质的水样进行了分析。结果表明，预蒸馏方法在处理高浓度挥发性物质的水样，如石化废水时，效果有限，难以有效分离干扰物。但是，通过在酸性条件下（pH ≤2）加热煮沸5～10 min 的方法，可以消除石油烃和三乙胺的干扰。该方法通过高温和酸性环境破坏挥发性有机物的结构，从而减少其对氨氮测定的干扰，如表1 所示。

表1 挥发性有机物和有机胺干扰消除实验结果

采取上述措施后，标准浓度加标回收率达到了101%与100%，且误差均维持在5%以下。表明在酸性条件下加热煮沸是一种有效的干扰消除方法，能够显著提高氨氮测定的准确性。此外，该方法的实施简单，易于在实验室环境中操作，对于处理含有挥发性有机物的水样具有实际应用价值。

2.4 有机胺对氨氮测定的影响研究

在氨氮测定的研究中，有机胺如N，N-二甲基甲酰胺（DMF）和聚丙烯酰胺等化合物，在次溴酸盐的氧化作用下能够生成亚硝酸盐，导致样品吸光度异常增加，从而影响氨氮测定的准确性。

预蒸馏处理对于不易挥发的有机胺如DMF 和聚丙烯酰胺具有显著的干扰消除效果。通过预蒸馏，可以分离出有机胺，从而减少其对氨氮测定的干扰。通过表1 的实验数据可知，在经过预蒸馏处理后，DMF 和聚丙烯酰胺的测定标准样加标回收率分别接近102%与101%，误差在5%以下。

2.5 氨氮在不同干扰物质下的测定数据

在氨氮测定的研究中，干扰物质的存在对测定结果的影响为重要考虑因素。实验中，亚硫酸盐作为干扰物质，其浓度变化对氨氮测定的影响较大，如表2所示。

表2 亚硫酸盐测定结果

以亚硫酸盐存在的条件为例，当氨氮浓度设定为0.10 mg/L 时，实验中使用了450 mg/L 的Na2SO3进行显色反应。在这种情况下，加标回收率仅为80%，该数据远低于理想状态，表明亚硫酸钠在显色反应中消耗了氧化剂，从而降低了氧化氨氮的能力。由于氧化剂的消耗，氨氮的测定读数可能会升高，可能导致对水样中氨氮实际浓度出现评估误差。在实际的水样分析中，存在亚硫酸盐等还原性物质的情况下，需要调整氧化剂的添加量，以确保氨氮的准确测定。

亚硫酸盐等还原性物质的存在对氨氮测定结果具有显著影响。为了获得准确的氨氮浓度数据，必须对干扰物质的影响进行评估，并采取适当的措施来消除或减少干扰。

3 讨论

在水质监测领域，氨氮含量的准确测定对评估水体环境质量和制定相应的污染治理策略具有至关重要的作用。实验测定过程中存在多种因素可能对氨氮的测定产生干扰，如亚硝酸盐、还原性物质、挥发性有机物、有机胺等。这些干扰因素通过不同的化学反应路径影响气相分子吸收光谱法的测定结果。例如，亚硝酸盐可能与分析过程中的氧化剂发生反应，导致误判；还原性物质会消耗氧化剂，影响氨氮的转化效率；而挥发性有机物和有机胺可能因自身的吸收特性或与氧化剂的反应而产生干扰。

为保证实验结果和准确性，通过样品稀释，可以降低干扰物的浓度。物理方法，如预蒸馏和加热煮沸，能够去除有机干扰物。此外，化学方法如添加适量氧化剂或酸性重铬酸钾溶液也表现良好的消除干扰潜力。这些方法的应用不仅提升了氨氮测定的准确性，而且为环境监测提供了更加可靠的数据支持。通过精确调整气相分子吸收光谱仪的相关参数，例如温度、压力和流量等，保证实验条件的稳定性和可重复性。

通过实验室空白试验、平行样测试、加标回收率测试，以及校准曲线中间点的校核等质量控制措施，加强了数据可靠性。严谨的实验设计和质量控制流程为氨氮的准确测定提供了坚实的质量保障，降低了实验误差，增强测定结果的可信度。

然而，尽管本研究在实验室条件下取得了显著成果，实际水环境监测中可能面临更为复杂的情况。因此，将研究中的干扰控制策略应用于真实水样分析时，可能需要进一步地验证和调整。特别是在处理不同来源和类型的水样时，应注意干扰物的种类和浓度的差异性，并根据具体情况进行灵活选择和调整干扰控制方法。同时，考虑到成本效益和操作便利性，以确保该策略能够在环境监测领域得到广泛应用和推广。未来的研究应当致力于探索更加经济、快速且高效的干扰控制技术，以满足不断增长的环境监测需求。

4 结束语

在气相分子吸收光谱法测定水中氨氮时，亚硝酸盐、挥发性有机物、有机胺和亚硫酸盐等均为潜在干扰因素。当亚硝酸盐浓度低于20 mg/L 时，实验干扰因素影响较小，实验结果相对误差在±5%以内。亚硝酸盐浓度超过20 mg/L 时，需采用无水乙醇加热至80 ℃以上处理，以恢复正常吸光度，提高加标回收率至105%，误差降至4%。通过预蒸馏处理，在酸性环境下加热，可以排除挥发性有机胺对测定结果的干扰，进而确保加标回收率的统一性和误差的可控性。亚硫酸盐的干扰可通过调整氧化剂添加量消除，提高氨氮测定准确性。