劉 瑜

（延安水文水資源勘測(cè)局，陜西 延安 716000）

0 引言

氨氮雜質(zhì)是水體中常見(jiàn)的有機(jī)鹽污染物，微量的氨氮雜質(zhì)污染物就會(huì)對(duì)水體帶來(lái)顯著的破壞作用，對(duì)氨氮雜質(zhì)的檢測(cè)工作，一直是環(huán)境工程中的重要課題。納氏試劑比色法是當(dāng)前最常用的氨氮雜質(zhì)檢測(cè)方法，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，機(jī)器輔助判讀的納氏試劑比色法檢測(cè)設(shè)備已基本普及，當(dāng)前需要重點(diǎn)討論在水質(zhì)準(zhǔn)備和納氏試劑調(diào)制過(guò)程中的操作要素，以提升納氏試劑比色法的測(cè)量精度[1]。

成立于1975 年的陜西省水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，目前下設(shè)延安、寶雞、漢中、安康、商洛五個(gè)分中心，可執(zhí)行原子熒光光度法、離子色譜法、分光光度法及滴定法等檢測(cè)方法，本次分析研究延安分中心對(duì)延河水域的監(jiān)測(cè)。

借鑒相關(guān)報(bào)告文獻(xiàn)數(shù)據(jù)及方法，本文擬采用凝絮沉淀法對(duì)水樣進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)而進(jìn)行納氏試劑比色法進(jìn)行氨氮含量測(cè)定[2]。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 水樣來(lái)源及水樣采集

對(duì)延安市延河水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的水體進(jìn)行采樣，采集8 個(gè)斷面水樣。每個(gè)水樣采集50 mL。采樣過(guò)程中，使用五層細(xì)孔無(wú)紡布進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)過(guò)濾懸浮雜質(zhì)，孔徑為0.1 μm，過(guò)濾物包括浮游生物，不溶性大顆粒固形物等，水樣使用專(zhuān)用50 mL 采樣瓶進(jìn)行密封避光保存。水樣采集后8 h 內(nèi)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)試驗(yàn)。

1.2 水樣的靜置及保存方法

水樣采集后，置于50 mL 專(zhuān)用水樣瓶中避光保存，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，在4000 rpm 離心機(jī)中進(jìn)一步強(qiáng)制沉淀3 min，取上清液30 mL 置于錐形瓶中進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室室溫保持25℃，4 h 內(nèi)不能進(jìn)行試驗(yàn)的，置于0℃恒溫試驗(yàn)冰箱中進(jìn)行暫存[3]。

1.3 凝絮沉淀法的水樣預(yù)處理

30 mL 水樣加入0.3 mL10%硫酸鋅溶液及1～2 滴25%氫氧化鈉溶液，滴至水樣pH 值達(dá)到10～11 之間，靜置至凝絮物質(zhì)充分沉淀。取上清液15 mL 進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。此處并未使用濾紙法進(jìn)行過(guò)濾處理，其原因在結(jié)果討論中進(jìn)行具體討論。

1.4 干擾物去除

15 mL 水樣置于試管中，加入0.3 mL 酒石酸鉀鈉溶液，再加入0.3 mL15%氫氧化鉀溶液，此時(shí)使用納氏試劑比色卡或者比色儀測(cè)定溶液比色值，作為后續(xù)試驗(yàn)的比色值矯正值。當(dāng)比色值較高或發(fā)生渾濁時(shí)，認(rèn)為溶液中的金屬離子（汞離子、錳離子等）或非氨氮有機(jī)鹽較多，此時(shí)可將溶液煮沸3 min，靜置至室溫后，置于4000 rpm 離心機(jī)中強(qiáng)制沉淀3 min，取上清液10 mL 進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。如有試劑需要進(jìn)行干擾物去除的，則未經(jīng)過(guò)去除的水樣，也應(yīng)經(jīng)過(guò)該操作，以確保水樣來(lái)源的一致性[4]。

1.5 納氏劑納氏試劑的制備

納氏試劑的反應(yīng)原理方程式如下：

不管采用何種方式制備，其本質(zhì)是需要產(chǎn)生有機(jī)鹽官能團(tuán)，此官能團(tuán)可使氨氮離子發(fā)生顯色反應(yīng)。本文使用HgCl2與KI 的依據(jù)用量比0.44∶1 制備（即8.8 gHgCl2溶于20 gKI 溶液），選擇此制備模式的原因，會(huì)在結(jié)果討論中具體分析[5]。

1.6 顯色反應(yīng)的條件控制

實(shí)驗(yàn)室室溫控制在25℃恒溫，反應(yīng)在室溫下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間控制在10 min，反應(yīng)溶液pH 值滴定至中性，加入納氏試劑后體系pH 值在11.8～12.4 為宜。反應(yīng)緩沖劑采用氫氧化鉀-酒石酸溶液（濃度比為2.54∶1）。

1.7 實(shí)驗(yàn)組與參照組的設(shè)定

每組8 個(gè)水樣中，分別使用納氏試劑顯色法進(jìn)行氨氮含量測(cè)定，作為實(shí)驗(yàn)組，使用液相色譜儀測(cè)定，作為參照組。參照組作為參照標(biāo)準(zhǔn)使用[6]。

1.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用SPSS24.0 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行信度分析，當(dāng)P＜0.05 時(shí)，認(rèn)為存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，當(dāng)P＜0.01 時(shí)，認(rèn)為存在顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。使用T 校驗(yàn)法進(jìn)行數(shù)據(jù)比較分析，當(dāng)T＜10.000 時(shí)，認(rèn)為存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 直接結(jié)果

2019 年11 月10 日，陜西省水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心依據(jù)HJ 535-2009 標(biāo)準(zhǔn)，使用V-5600 分光光度計(jì)的氨氮標(biāo)線(xiàn)法測(cè)定了延河水樣的氨氮含量，試驗(yàn)用波長(zhǎng)420 nm，參比溶液為蒸餾水，比色時(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度17.0℃，室內(nèi)相對(duì)濕度50.0%。測(cè)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 某次氨氮納氏試劑比色法的檢測(cè)結(jié)果單摘要

2.2 納氏試劑比色法的優(yōu)勢(shì)分析

對(duì)延河采集的8 組水樣，按照上述實(shí)驗(yàn)組與參照組進(jìn)行對(duì)比分析，可以得到表2。

表2 水樣測(cè)定結(jié)果對(duì)比表

表2 中，參照組的測(cè)定值區(qū)間顯著小于實(shí)驗(yàn)組，但二者最終測(cè)定的水體氨氮污染物結(jié)果相差均在±0.001 mg/L 以?xún)?nèi)，且所有數(shù)據(jù)中，T＞10.000，P＜0.01，數(shù)據(jù)間有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義且無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。證實(shí)在同一水體采樣數(shù)量超過(guò)8 個(gè)水樣的前提下，使用納氏試劑顯色法進(jìn)行氨氮污染物測(cè)定，其測(cè)定精度和測(cè)定結(jié)果與使用液相色譜法測(cè)定結(jié)果相當(dāng)。

值得指出的是，所有水體的測(cè)定結(jié)果中，實(shí)驗(yàn)組使用納氏試劑比色法測(cè)定的氨氮污染物含量均略高于參照組使用液相色譜法測(cè)定的結(jié)果，其差值小于0.05 mg/L。該結(jié)果的原因及對(duì)策將在結(jié)果討論中進(jìn)行討論分析[7]。

3 結(jié)果討論

3.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中避免使用試紙的實(shí)驗(yàn)方法革新

因?yàn)椴煌瑥S家不同批次的濾紙制作過(guò)程中，均會(huì)使用部分添加劑，添加劑中往往含有一定的鈉離子、鉀離子、銨離子、含氮離子等，相關(guān)文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在采樣量小于50 mL 時(shí)，試紙對(duì)輕度氨氮污染水體水樣的實(shí)驗(yàn)室污染，可能造成水樣中的含氨氮量發(fā)生20%左右的升高[8]。該操作本身將可能干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使測(cè)量結(jié)果失真。即如果在水樣采集、凝絮物沉淀、干擾排出等操作過(guò)程中使用濾紙進(jìn)行水樣處理，而不是采用離心機(jī)上清液法或靜置沉淀上清液法，因?yàn)闉V紙產(chǎn)生的氨氮污染物可能對(duì)水樣的氨氮污染物測(cè)量結(jié)果帶來(lái)顯著影響。故本文革新方法在所有沉淀物、懸浮物的去除過(guò)程中，均未使用濾紙。革新方法可能會(huì)嚴(yán)重?fù)p失水樣資源，在本文實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，50 mL 的原始水樣最終進(jìn)入比色實(shí)驗(yàn)的僅余10 mL～15 mL，但此過(guò)程可以提升對(duì)氨氮污染物的測(cè)量精度。

3.2 納氏試劑制備方法的選擇依據(jù)

3.3 實(shí)驗(yàn)誤差的來(lái)源分析

一方面，使用納氏試劑對(duì)氨氮有機(jī)鹽粒子的反應(yīng)，屬于有機(jī)反應(yīng)，其反應(yīng)周期較長(zhǎng)，在催化不徹底或反應(yīng)環(huán)境不穩(wěn)定的情況下，容易造成反應(yīng)不徹底，或在反應(yīng)過(guò)程中受到其他金屬離子的干擾導(dǎo)致反應(yīng)結(jié)果偏高。另一方面，使用液相色譜儀法，其測(cè)量本質(zhì)是測(cè)定溶液中的N 元素和H 元素含量，最終推算溶液中的氨氮污染物含量，此時(shí)可能混入部分其他的N-H 化合物或其他N 化合物和H 化合物，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生干擾[10]。且本文使用的比色法為納氏試劑電子比色儀，比色儀中執(zhí)行的糾錯(cuò)算法為內(nèi)置封裝算法，并不受到本文實(shí)驗(yàn)的控制，所以，在實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中，也可能因?yàn)楸壬珒x糾錯(cuò)算法帶來(lái)一定的測(cè)量誤差。即上述誤差均為兩種測(cè)量方法的系統(tǒng)誤差，因?yàn)橄到y(tǒng)誤差產(chǎn)生小于±0.05 mg/L 的測(cè)量誤差，并不影響最終的污染級(jí)別判讀。

4 結(jié)論

在進(jìn)行納氏試劑比色法實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，通過(guò)避免使用濾紙等可能產(chǎn)生污染的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，同時(shí)優(yōu)選了納氏試劑制備方案，最終對(duì)水樣進(jìn)行了精度較高的氨氮污染物測(cè)定。通過(guò)與液相色譜儀測(cè)定結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)使用成本低廉的納氏試劑比色法進(jìn)行氨氮污染物測(cè)定，較成本較高的液相色譜儀法進(jìn)行氨氮污染物測(cè)定，T＞10.000，P＜0.01，測(cè)定結(jié)果顯著且無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。即可認(rèn)為使用納氏試劑比色法進(jìn)行氨氮污染物測(cè)定的方案，在嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程的前提下，可以得到與液相色譜儀測(cè)定結(jié)果無(wú)異的結(jié)果。

推算溶液中的氨氮污染物含量，此時(shí)可能混入部分其他的N-H 化合物或其他N 化合物和H 化合物，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生干擾。且本文使用的比色法為納氏劑納氏試劑電子比色儀，比色儀中執(zhí)行的糾錯(cuò)算法為內(nèi)置封裝算法，并不受到本文實(shí)驗(yàn)的控制，所以，在實(shí)際執(zhí)行過(guò)程，也可能因?yàn)楸壬珒x糾錯(cuò)算法帶來(lái)一定的測(cè)量誤差。即上述誤差均為兩種測(cè)量方法的系統(tǒng)誤差，因?yàn)橄到y(tǒng)誤差產(chǎn)生小于±0.05 mg/L 的測(cè)量誤差，并不影響最終的污染級(jí)別判讀。