氨氮(NH3-N)以游离氨(NH3)或铵盐(NH4-)形式存在于水中,两者的组成比取决于水的pH值和水温。当pH值偏高时,游离氨的比例较高。反之,则铵盐的比例高,水温则相反。
水中氨氮的来源主要为生活污水中含氮有机物受微生物作用的分解产物,某些工业废水,如焦化废水和合成氨化肥厂废水等,以及农田排水。此外,在无氧环境中,水中存在的亚硝酸盐亦可受微生物作用,还原为氨。在有氧环境中,水中氨亦可转变为亚硝酸盐,甚至继续转变为硝酸盐。
测定水中各种形态的氮化合物,有助评价水体被污染和“自净”状况。鱼类对水中氨氮比较敏感,当氨氮含量高时会导致鱼类死亡。
一、方法选择
氨氮的测定方法,通常有纳氏比色法、气相分子吸收法、苯酚-次氯酸盐(或水杨酸次氯酸盐)比色法和电极法等。纳氏试剂比色法具有操作简便、灵敏等特点,水中钙、镁和铁等金属离子、硫化物、醛和酮类、颜色,以及混浊等均干扰测定,需作相应的预处理。苯酚-次氯酸盐比色法具有灵敏、稳定等优点,干扰情况和消除方法同纳氏试剂比色法。电极法具有通常不需要对水样进行预处理和测量范围宽等优点,但电极的寿命和再现性尚存在一些问题。气相分子吸收法比较简单,使用专用仪器或原子吸收仪都可达到良好的效果。氨氮含量较高时,可采用蒸馏-酸滴定法。
二、水样保存
水样采集在聚乙烯瓶或玻璃瓶内,并应尽快分析,必要时可硫酸将水样酸化至pH<2,于2～5 ℃下存放。酸化样品应注意防止吸收空气中的氨而沾污。
三、水样的预处理
水样带色或浑浊以及含其他一些干扰物质,会影响氨氮的测定。为此,在分析时需作适当的预处理。对较清洁的水,可采用絮凝沉淀法;对污染严重的水或工业废水,则用蒸馏法消除干扰。
1.絮凝沉淀法
加适量的硫酸锌于水样中,并加氢氧化钠使其呈碱性,生成氢氧化锌沉淀,再经过滤除去颜色和浑浊等。
(1)仪器
100 ml具塞量筒或比色管。
(2)试剂
①10%硫酸锌溶液:称取10 g硫酸锌溶于水,稀释至100 ml。
②25%氢氧化钠溶液:称取25 g氢氧化钠溶于水,稀释至100 ml,贮于聚乙烯瓶中。
③硫酸,p=1.84。
(3)步骤
取100ml水样于具塞量筒或比色管中,加入1 ml 10%硫酸锌溶液和0.1～0.2 ml 25%氧化钠溶液,调节pH至10.5左右,混匀。放置使沉淀,用经无氨水充分洗涤过的中速滤纸过滤,弃去初滤液20 ml。
2.蒸馏法
调节水样的pH使在6.0～7.4的范围,加入适量氧化镁使呈微碱性,蒸馏释放出的氨被吸收于硫酸或硼酸溶液中。采用纳氏比色法或酸滴定法时,以硼酸溶液为吸收液;采用水杨酸-次氯酸盐比色法时,则以硫酸溶液作吸收液。
(1)仪器
带氮球的定氮蒸馆装置:500 ml凯氏烧瓶、氮球、直形冷凝管和导管。
(2)试剂
水样稀释及试剂配制均用无氨水。
①无氨水制备。(ii)蒸馏法:每升蒸馏水中加0.1 ml硫酸,在全玻璃蒸馏器中重蒸馏,弃去50 ml初馏液,接取其余馏出液于具塞磨口的玻璃瓶中,密塞保存。(ii)离子交换法:使蒸馏水通过强酸性阳离子交换树脂柱。
②1 mol/L盐酸溶液。
③1 mol/L氢氧化钠溶液。
④轻质氧化镁(MgO):将氧化镁在500 ℃下加热,以除去碳酸盐。
⑤0.05%溴百里酚蓝指示液(pH6.0~7.6)。
⑥防沫剂,如石腊碎片。
⑦吸收液。硼酸溶液:称取20 g硼酸溶于水,稀释至1 L。硫酸(H2SO4)溶液:0.01 mol/L。
(3)步骤
①蒸馏装置的预处理:加250 ml水样于凯氏烧瓶中,加0.25 g轻质氧化镁和数粒玻璃味,加热蒸馏至馏出液不含氨为止,弃去瓶内残液。
②分取250 ml水样(如氨氮含量软高,可分取适量加水至250 ml,使氨氮含量不超过2.5 mg),移入凯氏烧瓶中,加数滴溴百里酚蓝指示液,用氢氧化钠溶液或盐酸溶液调节至pH为7左右。加入0.25 g轻质氧化镁和数粒玻璃珠,立即连接氮球和冷凝管,导管下端插入吸收液液面下。加热蒸馏,至馏出液达200 ml时,停止蒸馏,定容至250 ml。亦可以加入pH9.5的Na2B4O7-NaOH缓冲溶液使呈弱碱性进行蒸馏;pH过高能促使有机氮的水解,导致结果偏高。
③采用酸滴定法或纳氏比色法时,以50 ml硼酸溶液为吸收液;采用水杨酸次氯酸盐比色法时,改用50 ml 0.01 mol/L硫酸溶液为吸收液。
(4)注意事项
①蒸馏时应避免发生暴沸,否则可造成馏出液温度升高,氨吸收不完全。
②防止在蒸馏时产生泡沫,必要时可加少许石腊碎片于凯氏烧瓶中。
③水样如含余氯,则应加入适量0.35% 硫代硫酸钠溶液,每0.5 ml可除去0.25 mg余氯。
四、纳氏试剂光度法
1.方法原理
碘化汞和碘化钾的碱性溶液与氨反应生成淡红棕色胶态化合物,此颜色在较宽的波长内具有强烈吸收,通常测量用波长在410～425 nm范围。
2.干扰及消除
脂肪胺、芳香胺、醛类、丙酮、醇类和有机氯胺类等有机化合物,以及铁、锰、镁和硫等无机离子,因产生异色或浑浊而引起干扰,水中颜色和浑浊亦影响比色。为此,须经絮凝沉淀过滤或蒸馏预处理,易挥发的还原性干扰物质还可在酸性条件下加热以除去。对金属离子的干扰,可加入适量的掩蔽剂加以消除。
3.方法的适用范围
本法最低检出浓度为0.025 mg/L(光度法),测定上限为2 mg/L。采用目视比色法,最低检出浓度为0.02 mg/L。水样作适当的预处理后本法可适用于地表水、地下水、工业水和生活污水中氨氮的测定。
4.仪器
①分光光度计;②pH计。
5.试剂
配制试剂用水应为无氨水。
①纳氏试剂:可选择下列一种方法制备。
(i)称取20 g碘化钾溶于约100 ml水中,边搅拌边分次少量加入二氯化汞(HgCl2)结晶粉末约10 g,至出现朱红色沉淀不易溶解时,改为滴加饱和二氯化汞溶液,并充分搅拌,当出现微量朱红色沉淀不易溶解时,停止滴加氯化汞溶液。另称取60 g氢氧化钾溶于水,并稀释至250 ml,充分冷却至室温后,将上述溶液在搅拌下,徐徐注入氢氧化钾溶液中,用水稀释至400 ml,混匀。静置过夜。将上液移入聚乙烯瓶中,密塞保存。
(ii)称取16 g氢氧化钠,溶于50 ml水中,充分冷却至室温。另称取7 g碘化钾和10 g碘化汞(Hgl2)溶于水,然后将此溶液在搅拌下徐徐注入氢氧化钠溶液中,用水稀释至100 ml,贮了聚乙烯瓶中,密塞保存。
②酒石酸钾钠溶液:称取50 g酒石酸钾钠溶于100 ml水中,加热煮沸以除氨,放冷,定至100 ml。
③铵标准贮备溶液:称取3.819 g经100 ℃干燥过的优级纯氯化铵(NH4Cl)溶于水中,移入1000 ml容量瓶中,稀释至标线。此溶液每毫升含1.00 mg氨氮。
④铵标准使用溶液:移取5.00 ml铵标准备液于500 ml容量瓶中,用水稀释至标线。此溶液每毫升含0.010 mg氨氮。
6.步骤
(1)校准曲线的绘制
①吸取0、0.50、1.00、3.00、5.00、7.00和10.0 ml铵标准使用液于50 ml比色管中,加水至标线,加1.0 ml酒石酸钾钠溶液,混匀,加1.5 ml纳氏试剂,混匀。放置10 min后,在波长420 nm处,用光程20 mm比色皿,以水为参比,测量吸光度。
②由测得的吸光度,减去零浓度空白的吸光度后,得到校正吸光度,绘制以氨氮含量(mg)对校正吸光度的校准曲线。
(2)水样的测定
①分取适量经絮凝沉淀预处理后的水样(使氨氮含量不超过0.1 mg),加入50 ml比色管中,稀释至标线,加1.0 ml酒石酸钾钠溶液,以下同校准曲线的绘制。
②分取适量经蒸馏预处理后的馏出液,加入50 ml比色管中,加一定量1 mol/L氢氧化钠溶液以中和硼酸,稀释至标线。加1.5 ml纳氏试剂,混匀。放置10 min后,同校准曲线步骤测量吸光度。
(3)空白试验
以无氨水代替水样,做全程序空白测定。
7.计算
由水样测得的吸光度减去空白试验的吸光度后,从校准曲线上查得氨氮含量(mg)。
式中:m——由校准曲线查得的氨氮量(mg);V——水样体积(ml)。
8.精密度和准确度
一个实验室分析含1.14～1.16 mg/L氨氮的加标水样,单个实验室的相对标准偏不超过9.5%;加标回收率范围为95%～104%。
四个实验室分析含1.81～3.06 mg/L氨氮的加标水样,单个实验室的相对标准偏差不超过4.4%;加标回收率范围为94%～96%。
9.注意事项
①纳氏试剂中碘化汞与碘化钾的比例,对显色反应的灵敏度有较大影响。静置后生成的沉淀应除去。
②滤纸中常含痕量铵盐,使用时注意用无氨水洗涤。所用玻璃器皿应避免实验室空气中氨的沾污。
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