周敬峰　龐碧劍　楊爽　陳燕　藍(lán)文陸

摘要：針對(duì)部分商品化納氏試劑在分析低濃度氨氮時(shí)靈敏度低的問題，通過研究三種商品化納氏試劑在不同的投加量、顯色時(shí)間和顯色溫度下，標(biāo)準(zhǔn)曲線的質(zhì)量控制情況，查明關(guān)鍵的影響因素并確定最佳的顯色條件。實(shí)驗(yàn)表明，氨氮標(biāo)準(zhǔn)曲線低濃度曲線點(diǎn)顯色不充分是質(zhì)量控制不達(dá)標(biāo)的主要原因，而pH是主要的影響因素。通過調(diào)整納氏試劑投加量或調(diào)節(jié)pH的方式，可顯著提高低濃度曲線點(diǎn)吸光度，使標(biāo)準(zhǔn)曲線滿足質(zhì)控要求。

關(guān)鍵詞：氨氮；商品化；納氏試劑；分光光度法；質(zhì)量控制

中圖分類號(hào)：X830.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

納氏試劑分光光度法具有操作簡便、反應(yīng)靈敏、快速高效等特點(diǎn)，被各級(jí)環(huán)境監(jiān)測部門廣泛應(yīng)用于地表水氨氮的分析工作。

目前，國內(nèi)對(duì)納氏試劑法測定低濃度氨氮的影響因素研究主要集中在顯色溫度和時(shí)間，如竇艷艷和李嬌采用增加顯色時(shí)間的方式，使低濃度點(diǎn)靈敏度得到提高；李鳳彩采用增加顯色時(shí)間和溫度的方式來解決低濃度點(diǎn)顯色問題。此外，不同的納氏試劑種類、投加量和酸堿條件也影響氨氮測定，王煒比對(duì)國產(chǎn)和進(jìn)口納氏試劑，通過改變顯色時(shí)間和納氏試劑投入量使低濃度點(diǎn)靈敏度得到改善；田松通過外加堿液調(diào)節(jié)pH的方式加快低濃度氨氮的顯色反應(yīng)速率。由此可見，影響納氏試劑顯色的因素眾多。

研究考察不同商品化納氏試劑在不同顯色時(shí)間、溫度、加入量和額外調(diào)節(jié)pH情況下的使用效果，確定其在氨氮檢測中的適用性，提高氨氮分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，為地表水環(huán)境監(jiān)測和實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制保證提供一種簡便可靠的方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

研究在驗(yàn)證前，對(duì)部分監(jiān)測機(jī)構(gòu)正在使用中的商品化納氏試劑進(jìn)行調(diào)研，選取國內(nèi)外常用的三種納氏試劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比對(duì)，分別編號(hào)為：N1（國產(chǎn)）、N2（國產(chǎn)）、N3（進(jìn)口）。酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、硫酸鋅等均為國產(chǎn)分析純藥劑。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 實(shí)驗(yàn)方法

參考《水質(zhì)氨氮的測定納氏試劑分光光度法（HJ 535 - 2009）》，以納氏試劑種類（NI、N2、N3），納氏試劑加入量（1.0 mL、1.5 mL、2.0 mL），顯色溫度（25℃、35℃、45℃）和顯色時(shí)間（10 min、30 min和60 min）共4個(gè)變量做正交實(shí)驗(yàn)。以氨氮質(zhì)量為橫坐標(biāo)、吸光度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，同步分析有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。通過查看正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析納氏試劑種類，加入量，顯色時(shí)間和顯色溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線質(zhì)量控制的影響。

由于納氏試劑為強(qiáng)堿性溶液，為進(jìn)一步弄清影響納氏試劑顯色的原因，在確定關(guān)鍵影響因素后，通過額外投加NaOH溶液（8 mol/L）的方式，以補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)的方式研究pH對(duì)低濃度曲線點(diǎn)在標(biāo)準(zhǔn)方法下顯色的情況。

1.2.2 最佳顯色條件的選擇方式

在提高實(shí)驗(yàn)分析效率的同時(shí)，從減少使用有毒有害試劑的角度出發(fā)，以顯色時(shí)間短，顯色溫度容易把控，納氏試劑用量少為標(biāo)準(zhǔn)，確定三種納氏試劑的最佳顯色條件。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)

根據(jù)《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》以及《國家地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測任務(wù)作業(yè)指導(dǎo)書（試行）》中的質(zhì)量控制要求，實(shí)驗(yàn)室空白吸光度≤0. 060，斜率0.006 0-0.007 8，截距≤±0.005，氨氮標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)≥0. 999；樣品含量≤1.0 mg/L時(shí)，加標(biāo)回收率70. 0% - 130%。

采用Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以“質(zhì)控線”形式在圖中表示測定結(jié)果的質(zhì)量控制情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 三種納氏試劑在各反應(yīng)條件下的測試結(jié)果

2.1.1 分析空白和低濃度曲線點(diǎn)（5.0 μg）的顯色情況

如圖1所示，當(dāng)納氏試劑投加入量提高時(shí)，空白吸光度均呈上升趨勢，其中N1試劑在投加量增至1.5 mL以上時(shí)，空白吸光度超出質(zhì)控范圍；當(dāng)顯色溫度升高，三種試劑空白吸光度均小幅上升，N1和N2試劑在高投加量時(shí)增幅明顯；隨著顯色時(shí)間的加長，三種試劑空白吸光度無明顯變化。如圖2所示，低濃度曲線點(diǎn)扣除空白吸光度后示意圖，N1試劑低濃度曲線點(diǎn)吸光度隨投加量增加有小幅升高，基本維持在0. 030 -0.050之間；N2試劑低濃度曲線點(diǎn)在高投加量的條件下顯色更加穩(wěn)定，維持在0. 030-0.040之間；N3試劑低濃度曲線點(diǎn)顯色不穩(wěn)定，需顯色時(shí)間與投加量的共同作用才能提升。

2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線截距

如圖3所示，隨納氏試劑投加量的增加，N1試劑的截距穩(wěn)定處于質(zhì)控線內(nèi)，N2試劑的截距均向質(zhì)控線內(nèi)靠攏，N3試劑的截距明顯好轉(zhuǎn)；隨顯色溫度上升，三種試劑的截距無一致的規(guī)律變化；隨顯色時(shí)間加長，N3試劑的截距有改善趨勢并向質(zhì)控線內(nèi)靠攏，而N1和N2試劑的截距無規(guī)律變化。

2.1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率

如圖4所示，三種試劑的斜率隨納氏試劑量的增加有小幅上升；N2和N3試劑在顯色溫度上升時(shí)斜率變化幅度較小，N1試劑在顯色溫度為45℃，試劑投加量為2 mL時(shí)超出質(zhì)控線；隨顯色時(shí)間加長，N1試劑斜率有上升趨勢，N3試劑斜率有下降趨勢。

2.1.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)

如圖5所示，隨納氏試劑投加量增加，N1和N2試劑線性良好滿足質(zhì)控要求，N3試劑線性也逐步好轉(zhuǎn)；隨顯色溫度升高，三種試劑無規(guī)律變化；隨顯色時(shí)間加長，N3試劑的線性達(dá)標(biāo)情況明顯好轉(zhuǎn)，N1和N2試劑無明顯變化。

2.2 NaOH對(duì)商品納氏試劑測試結(jié)果影響

如表1所示，當(dāng)額外加入NaOH溶液時(shí)，N3納氏試劑標(biāo)準(zhǔn)曲線有所改善，當(dāng)加入量為0.5 mL時(shí)，N3納氏試劑標(biāo)準(zhǔn)曲線均能滿足質(zhì)控要求。

2.3 最佳顯色條件及討論

綜上所述，時(shí)間和溫度能影響納氏試劑的顯色，但納氏試劑投加量才是影響顯色的關(guān)鍵因素。研究表明，納氏試劑的投加量與配制試劑有關(guān)，配制所用試劑的質(zhì)量和純度對(duì)低濃度曲線點(diǎn)顯色存在影響，所以部分納氏試劑按標(biāo)準(zhǔn)方法要求的加入量分析時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)曲線未能滿足質(zhì)量控制要求。

綜合三種納氏試劑在各反應(yīng)條件下的圖表數(shù)據(jù)，總結(jié)出滿足1.2.2數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)要求的顯色條件。N1試劑：1.0 mL納氏試劑加入量，常溫（25℃），顯色10 min；N2和N3試劑：1.0 mL納氏試劑加入量，常溫（25℃），顯色10 min，0.5 mLNaOH溶液。三種試劑的最佳顯色溫度、時(shí)間和納氏試劑加入量均是一致的，唯一不同在于N2和N3試劑需多加氫氧化鈉。

通過2.2的補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，弄清了投加量影響顯色的原因，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也與前人研究相符。我們知道反應(yīng)溶液的pH在納氏試劑多個(gè)絡(luò)合反應(yīng)中也有關(guān)鍵性影響，納氏試劑為強(qiáng)堿性溶液，增大投加量可同時(shí)提高顯色基團(tuán)（HgI2-4）的濃度和增加溶液堿度（OH -），堿性增強(qiáng)反應(yīng)往正方向進(jìn)行并促進(jìn)顯色物質(zhì)的生成。查閱相關(guān)文獻(xiàn)[9 -10]時(shí)也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)pH為13時(shí)顯色較完全且不產(chǎn)生渾濁，通過外加堿液的方式，N2和N3試劑的標(biāo)準(zhǔn)曲線質(zhì)量控制均能滿足質(zhì)控要求，而此時(shí)N1試劑顯色溶液pH為13. 00，N2試劑為13. 15，N3試劑為13. 20，也說明不同的商品化納氏試劑顯色溶液pH也存在一定差異。

4 結(jié)論

由于不同商品化納氏試劑顯色條件不同，使用前需做好驗(yàn)證工作，確定投加量顯色時(shí)間及顯色溫度，隨意改變條件存在空白吸光度和截距不符合要求的風(fēng)險(xiǎn)。其中，低濃度曲線點(diǎn)的不完全反應(yīng)是商品化納氏試劑標(biāo)準(zhǔn)曲線不達(dá)標(biāo)的主要原因，研究批次的納氏試劑，其主要影響因素為pH，通過調(diào)整納氏試劑投入量或投加強(qiáng)堿（NaOH）調(diào)節(jié)pH的方式，可顯著提高低濃度曲線點(diǎn)吸光度，使商品納氏試劑標(biāo)準(zhǔn)曲線滿足質(zhì)控要求。

基金項(xiàng)目：廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2023GXNSFBA026253）