AQ2+間斷化學(xué)分析儀測定水體中氨氮的方法

■ 文/邢 琪

1 選題背景

氨氮以游離氨（NH3）或者銨鹽（NH4+）的形式存在于水中，兩者的組成比由水的pH 值這項(xiàng)指標(biāo)來決定。當(dāng)pH 值偏高時(shí)，游離氨占的比例較高。當(dāng)PH 值偏低時(shí)，那么銨鹽的比例就比較高。氨氮在水污染治理中是一個(gè)較為嚴(yán)重的問題，測定水中的氨氮，有助于評價(jià)水體被污染和“自凈”狀況，因此氨氮的測定在水質(zhì)監(jiān)測中得到了重視。氨氮的測定方法主要有納氏試劑比色法、水楊酸分光光度法、蒸餾滴定法、氨氣敏電極法、酶法等，以上方法都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，了解及分析這些方法的優(yōu)勢和劣勢，能夠全面了解氨氮在環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，進(jìn)而更加便捷并且有效、精準(zhǔn)地完成水質(zhì)監(jiān)測任務(wù)，保證城市低碳環(huán)保，控制污染并擴(kuò)大環(huán)境規(guī)劃的可實(shí)施性，以解決最終的環(huán)境問題。

2 水體中氨氮測定方法

2.1 納氏分光光度法

納氏分光光度法的最低檢出濃度為0.025mol/L，納氏分光光度法的測定上限為2mg/L。采用目視比色法，納氏分光光度法最低檢出濃度為0.02mg/L。水樣在經(jīng)過預(yù)處理后，此方法適用于地表水、地下水、工業(yè)廢水和生活污水。

2.2 水楊酸鹽分光光度法

水楊酸鹽分光光度法的最低檢出濃度為0.01mg/L，測定上限為1mg/L。并且該方法可以適用于飲用水、生活污水和大部分工業(yè)廢水中氨氮的測定。

3 氨氮的標(biāo)準(zhǔn)曲線

3.1 AQ2 ＋納氏法標(biāo)準(zhǔn)曲線

按照試驗(yàn)方法AQ2+自動配制了濃度為0、0.25、0.5、1、2、3、4、5mg/L 的氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別測定不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)氨氮溶液的吸光度值，氨氮濃度范圍為0.01～5mg/L 范圍內(nèi)與吸光度呈現(xiàn)良好線性關(guān)系。

AQ2+納氏法標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性回歸方程為：

y = 0.083x + 0.016；R2= 0.999

氨標(biāo)準(zhǔn)曲線的濃度范圍為0～5mg/L。得出AQ2+水楊酸鈉法標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性回歸方程為y=0.224x + 0.024；R2= 0.999。

4 B/C 對氨氮測定結(jié)果的影響

已知15 個(gè)水樣的BOD 與COD，BOD 范圍3.4～8.8mg/L，COD 較為平穩(wěn)。由BOD 和COD 得出B/C，范圍為0.18～0.36。由于考慮到BOD 對氨氮的影響，15 個(gè)水樣由BOD 值從小到大排列，用AQ2+納氏法測定氨氮。結(jié)果如圖1所示。又以B/C 為橫坐標(biāo)，氨氮值為縱坐標(biāo)繪制B/C 與氨氮關(guān)系曲線，結(jié)果如圖2所示。

圖1 BOD與氨氮關(guān)系曲線

圖2 B/C與氨氮關(guān)系曲線

BOD 和COD 與氨氮都是水質(zhì)檢測中重要的指標(biāo)，并沒有直接關(guān)系，從圖1可見，BOD 與氨氮關(guān)系較為雜亂，沒有線性關(guān)系，但氨氮值大致上由BOD 增大而增大。而同樣從圖2看見，氨氮隨B/C 增加而增加。BOD 越大的水樣中可降解有機(jī)物增加，使得含氮有機(jī)物轉(zhuǎn)化為氨氮，而使氨氮值增加。從而在COD 值較為恒定時(shí)，氨氮值隨B/C 增大而增大。

5 pH 對氨氮測定結(jié)果的影響

選取14 個(gè)相同水樣。水樣pH 為7，氨氮濃度為2.90mg/L。在預(yù)處理后，用磷酸溶液及氫氧化鈉溶液以pH 試紙把水樣pH 分別調(diào)成1～14，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果顯示pH 與氨氮呈線性關(guān)系，R2=0.956，如圖3所示。

圖3 pH與氨氮的關(guān)系

加入納氏試劑與酒石酸鉀鈉后，溶液pH 值還會有變化。一般加入納氏試劑后，最后溶液顯色的pH 值適宜范圍通常是11.8～12.4，pH 值低于11.8 時(shí)，不產(chǎn)生顯色反應(yīng)；pH 值高于12.4 時(shí)，溶液變渾，而無法測量吸光度。由圖3可見，水樣pH在7～8之間與原本濃度較為相近，所以在水樣顯色之前，應(yīng)把pH 調(diào)至中性。

6 季節(jié)對氨氮測定結(jié)果的影響

選取30 個(gè)水樣，號碼相同的水樣采集點(diǎn)相同。在夏季及冬季用AQ2+納氏法進(jìn)行氨氮測定。

由圖4可見，水體中夏季氨氮含量明顯低于冬季。夏季由于溫度變高，河水中微生物大量繁殖，且新陳代謝速度較快，水體中氨氮分解速度加快，也會導(dǎo)致夏季水體中氨氮值減小。而冬季，水體中微生物新陳代謝較慢，水體中氨氮分解速度也較慢，導(dǎo)致氨氮含量偏高。

圖4 夏季與冬季的氨氮結(jié)果對比

7 AQ2+納氏法與手工納氏法的可比性

分別取10 個(gè)水樣，滴加硫酸鋅溶液及氫氧化鈉溶液，再用離心分離機(jī)分離沉淀進(jìn)行絮凝預(yù)處理，分別用手工的經(jīng)典納氏比色法和AQ2+儀器法測定樣品中的氨氮，結(jié)果如表1。經(jīng)典納氏法為橫坐標(biāo)，AQ2+納氏法為縱坐標(biāo)繪制兩種方法的關(guān)系曲線，如圖5所示。

圖5 AQ2＋納氏法與手工法關(guān)系曲線

查t 分布單側(cè)分位數(shù)表，得t0.005（10） ＝3.169，t ＝2.29＜3.169，兩種方法無顯著性差異。

AQ2+納氏法測量結(jié)果均略低于經(jīng)典納氏法，并且相對誤差范圍0～6.14%。AQ2+納氏法與手工法關(guān)系曲線呈良好線性關(guān)系，R2＝0.999。以上證明AQ2+納氏法與傳統(tǒng)納氏法并沒有顯著性差異并且偏差小，并且AQ2+納氏法每測一個(gè)水樣氨氮濃度，只需水樣280μL，水量200μL，完全彌補(bǔ)了傳統(tǒng)納氏試劑法試樣取量大的缺點(diǎn)，并且廢液排放量也大大的減少，將對環(huán)境產(chǎn)生的危害大幅度降低，是一種可靠、便捷的氨氮測定方法。

8 AQ2+納氏法與水楊酸鈉法的可比性

取20 個(gè)水樣，用AQ2+的納氏法和水樣酸鈉法分別測定氨氮。得出結(jié)果并以經(jīng)典納氏法為橫坐標(biāo)，AQ2+納氏法為縱坐標(biāo)繪制兩種方法的關(guān)系曲線，如圖6所示。

圖6 AQ2＋納氏試劑法與水楊酸鈉法測定結(jié)果關(guān)系曲線

結(jié)果所示，除去6、12、13、20 號樣品水樣酸鈉法測定值比納氏法測定值稍高，其余所有樣品水楊酸鈉法測定結(jié)果均稍低于納氏法測定結(jié)果，且相對誤差小于6.76%，最佳可達(dá)0.51%。AQ2+納氏試劑法與水楊酸鈉法呈良好的線性相關(guān)關(guān)系，R2=0.996，平均相對誤差為2.14%，可以滿足監(jiān)測要求。

9 結(jié)語

AQ2+間斷化學(xué)分析儀靈活性強(qiáng)，操作簡單，并且測定所需樣品量少，納氏試劑法取樣量僅僅280μL，水楊酸鈉法取樣量150μL，是一臺經(jīng)濟(jì)環(huán)?？煽康幕瘜W(xué)分析儀。

AQ2+納氏法與AQ2+水楊酸鈉法法可比性良好。水楊酸鈉法測定結(jié)果均稍低于納氏法測定結(jié)果，且相對偏差范圍0.51%～6.76%。兩種方法呈良好的線性相關(guān)關(guān)系，R2=0.996。

可生化性對于氨氮結(jié)果有影響。由于BOD 越大的水樣中可降解有機(jī)物增加，使得含氮有機(jī)物轉(zhuǎn)化為氨氮，而使氨氮值增加，從而導(dǎo)致氨氮隨B/C 增加而增加。

pH 對測量結(jié)果有明顯影響，pH 與氨氮呈線性關(guān)系，R2=0.956。pH 值過低時(shí)，不產(chǎn)生顯色反應(yīng)；pH 值過高時(shí)，溶液變渾無法測量吸光度。測量前水樣pH7～8 最為合適。在季節(jié)性差異上，由于溫度變高，河水中微生物大量繁殖，且新陳代謝速度較快，冬季河水體中氨氮含量明顯高于夏季。