氨氮(NH3-N)以游離氨(NH3)或銨鹽(NH4-)形式存在于水中,兩者的組成比取決于水的pH值和水溫。當pH值偏高時,游離氨的比例較高。反之,則銨鹽的比例高,水溫則相反。
水中氨氮的來源主要為生活污水中含氮有機物受微生物作用的分解產物,某些工業廢水,如焦化廢水和合成氨化肥廠廢水等,以及農田排水。此外,在無氧環境中,水中存在的亞硝酸鹽亦可受微生物作用,還原為氨。在有氧環境中,水中氨亦可轉變為亞硝酸鹽,甚至繼續轉變為硝酸鹽。
測定水中各種形態的氮化合物,有助評價水體被污染和“自凈”狀況。魚類對水中氨氮比較敏感,當氨氮含量高時會導致魚類死亡。
一、方法選擇
氨氮的測定方法,通常有納氏比色法、氣相分子吸收法、苯酚-次氯酸鹽(或水楊酸次氯酸鹽)比色法和電極法等。納氏試劑比色法具有操作簡便、靈敏等特點,水中鈣、鎂和鐵等金屬離子、硫化物、醛和酮類、顏色,以及混濁等均干擾測定,需作相應的預處理。苯酚-次氯酸鹽比色法具有靈敏、穩定等優點,干擾情況和消除方法同納氏試劑比色法。電極法具有通常不需要對水樣進行預處理和測量范圍寬等優點,但電極的壽命和再現性尚存在一些問題。氣相分子吸收法比較簡單,使用專用儀器或原子吸收儀都可達到良好的效果。氨氮含量較高時,可采用蒸餾-酸滴定法。
二、水樣保存
水樣采集在聚乙烯瓶或玻璃瓶內,并應盡快分析,必要時可硫酸將水樣酸化至pH<2,于2～5 ℃下存放。酸化樣品應注意防止吸收空氣中的氨而沾污。
三、水樣的預處理
水樣帶色或渾濁以及含其他一些干擾物質,會影響氨氮的測定。為此,在分析時需作適當的預處理。對較清潔的水,可采用絮凝沉淀法;對污染嚴重的水或工業廢水,則用蒸餾法消除干擾。
1.絮凝沉淀法
加適量的硫酸鋅于水樣中,并加氫氧化鈉使其呈堿性,生成氫氧化鋅沉淀,再經過濾除去顏色和渾濁等。
(1)儀器
100 ml具塞量筒或比色管。
(2)試劑
①10%硫酸鋅溶液:稱取10 g硫酸鋅溶于水,稀釋至100 ml。
②25%氫氧化鈉溶液:稱取25 g氫氧化鈉溶于水,稀釋至100 ml,貯于聚乙烯瓶中。
③硫酸,p=1.84。
(3)步驟
取100ml水樣于具塞量筒或比色管中,加入1 ml 10%硫酸鋅溶液和0.1～0.2 ml 25%氧化鈉溶液,調節pH至10.5左右,混勻。放置使沉淀,用經無氨水充分洗滌過的中速濾紙過濾,棄去初濾液20 ml。
2.蒸餾法
調節水樣的pH使在6.0～7.4的范圍,加入適量氧化鎂使呈微堿性,蒸餾釋放出的氨被吸收于硫酸或硼酸溶液中。采用納氏比色法或酸滴定法時,以硼酸溶液為吸收液;采用水楊酸-次氯酸鹽比色法時,則以硫酸溶液作吸收液。
(1)儀器
帶氮球的定氮蒸館裝置:500 ml凱氏燒瓶、氮球、直形冷凝管和導管。
(2)試劑
水樣稀釋及試劑配制均用無氨水。
①無氨水制備。(ii)蒸餾法:每升蒸餾水中加0.1 ml硫酸,在全玻璃蒸餾器中重蒸餾,棄去50 ml初餾液,接取其余餾出液于具塞磨口的玻璃瓶中,密塞保存。(ii)離子交換法:使蒸餾水通過強酸性陽離子交換樹脂柱。
②1 mol/L鹽酸溶液。
③1 mol/L氫氧化鈉溶液。
④輕質氧化鎂(MgO):將氧化鎂在500 ℃下加熱,以除去碳酸鹽。
⑤0.05%溴百里酚藍指示液(pH6.0~7.6)。
⑥防沫劑,如石臘碎片。
⑦吸收液。硼酸溶液:稱取20 g硼酸溶于水,稀釋至1 L。硫酸(H2SO4)溶液:0.01 mol/L。
(3)步驟
①蒸餾裝置的預處理:加250 ml水樣于凱氏燒瓶中,加0.25 g輕質氧化鎂和數粒玻璃味,加熱蒸餾至餾出液不含氨為止,棄去瓶內殘液。
②分取250 ml水樣(如氨氮含量軟高,可分取適量加水至250 ml,使氨氮含量不超過2.5 mg),移入凱氏燒瓶中,加數滴溴百里酚藍指示液,用氫氧化鈉溶液或鹽酸溶液調節至pH為7左右。加入0.25 g輕質氧化鎂和數粒玻璃珠,立即連接氮球和冷凝管,導管下端插入吸收液液面下。加熱蒸餾,至餾出液達200 ml時,停止蒸餾,定容至250 ml。亦可以加入pH9.5的Na2B4O7-NaOH緩沖溶液使呈弱堿性進行蒸餾;pH過高能促使有機氮的水解,導致結果偏高。
③采用酸滴定法或納氏比色法時,以50 ml硼酸溶液為吸收液;采用水楊酸次氯酸鹽比色法時,改用50 ml 0.01 mol/L硫酸溶液為吸收液。
(4)注意事項
①蒸餾時應避免發生暴沸,否則可造成餾出液溫度升高,氨吸收不完全。
②防止在蒸餾時產生泡沫,必要時可加少許石臘碎片于凱氏燒瓶中。
③水樣如含余氯,則應加入適量0.35% 硫代硫酸鈉溶液,每0.5 ml可除去0.25 mg余氯。
四、納氏試劑光度法
1.方法原理
碘化汞和碘化鉀的堿性溶液與氨反應生成淡紅棕色膠態化合物,此顏色在較寬的波長內具有強烈吸收,通常測量用波長在410～425 nm范圍。
2.干擾及消除
脂肪胺、芳香胺、醛類、丙酮、醇類和有機氯胺類等有機化合物,以及鐵、錳、鎂和硫等無機離子,因產生異色或渾濁而引起干擾,水中顏色和渾濁亦影響比色。為此,須經絮凝沉淀過濾或蒸餾預處理,易揮發的還原性干擾物質還可在酸性條件下加熱以除去。對金屬離子的干擾,可加入適量的掩蔽劑加以消除。
3.方法的適用范圍
本法最低檢出濃度為0.025 mg/L(光度法),測定上限為2 mg/L。采用目視比色法,最低檢出濃度為0.02 mg/L。水樣作適當的預處理后本法可適用于地表水、地下水、工業水和生活污水中氨氮的測定。
4.儀器
①分光光度計;②pH計。
5.試劑
配制試劑用水應為無氨水。
①納氏試劑:可選擇下列一種方法制備。
(i)稱取20 g碘化鉀溶于約100 ml水中,邊攪拌邊分次少量加入二氯化汞(HgCl2)結晶粉末約10 g,至出現朱紅色沉淀不易溶解時,改為滴加飽和二氯化汞溶液,并充分攪拌,當出現微量朱紅色沉淀不易溶解時,停止滴加氯化汞溶液。另稱取60 g氫氧化鉀溶于水,并稀釋至250 ml,充分冷卻至室溫后,將上述溶液在攪拌下,徐徐注入氫氧化鉀溶液中,用水稀釋至400 ml,混勻。靜置過夜。將上液移入聚乙烯瓶中,密塞保存。
(ii)稱取16 g氫氧化鈉,溶于50 ml水中,充分冷卻至室溫。另稱取7 g碘化鉀和10 g碘化汞(Hgl2)溶于水,然后將此溶液在攪拌下徐徐注入氫氧化鈉溶液中,用水稀釋至100 ml,貯了聚乙烯瓶中,密塞保存。
②酒石酸鉀鈉溶液:稱取50 g酒石酸鉀鈉溶于100 ml水中,加熱煮沸以除氨,放冷,定至100 ml。
③銨標準貯備溶液:稱取3.819 g經100 ℃干燥過的優級純氯化銨(NH4Cl)溶于水中,移入1000 ml容量瓶中,稀釋至標線。此溶液每毫升含1.00 mg氨氮。
④銨標準使用溶液:移取5.00 ml銨標準備液于500 ml容量瓶中,用水稀釋至標線。此溶液每毫升含0.010 mg氨氮。
6.步驟
(1)校準曲線的繪制
①吸取0、0.50、1.00、3.00、5.00、7.00和10.0 ml銨標準使用液于50 ml比色管中,加水至標線,加1.0 ml酒石酸鉀鈉溶液,混勻,加1.5 ml納氏試劑,混勻。放置10 min后,在波長420 nm處,用光程20 mm比色皿,以水為參比,測量吸光度。
②由測得的吸光度,減去零濃度空白的吸光度后,得到校正吸光度,繪制以氨氮含量(mg)對校正吸光度的校準曲線。
(2)水樣的測定
①分取適量經絮凝沉淀預處理后的水樣(使氨氮含量不超過0.1 mg),加入50 ml比色管中,稀釋至標線,加1.0 ml酒石酸鉀鈉溶液,以下同校準曲線的繪制。
②分取適量經蒸餾預處理后的餾出液,加入50 ml比色管中,加一定量1 mol/L氫氧化鈉溶液以中和硼酸,稀釋至標線。加1.5 ml納氏試劑,混勻。放置10 min后,同校準曲線步驟測量吸光度。
(3)空白試驗
以無氨水代替水樣,做全程序空白測定。
7.計算
由水樣測得的吸光度減去空白試驗的吸光度后,從校準曲線上查得氨氮含量(mg)。
式中:m——由校準曲線查得的氨氮量(mg);V——水樣體積(ml)。
8.精密度和準確度
一個實驗室分析含1.14～1.16 mg/L氨氮的加標水樣,單個實驗室的相對標準偏不超過9.5%;加標回收率范圍為95%～104%。
四個實驗室分析含1.81～3.06 mg/L氨氮的加標水樣,單個實驗室的相對標準偏差不超過4.4%;加標回收率范圍為94%～96%。
9.注意事項
①納氏試劑中碘化汞與碘化鉀的比例,對顯色反應的靈敏度有較大影響。靜置后生成的沉淀應除去。
②濾紙中常含痕量銨鹽,使用時注意用無氨水洗滌。所用玻璃器皿應避免實驗室空氣中氨的沾污。