納氏試劑比色法是測(cè)定水中氨氮的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法,文獻(xiàn)[2]介紹了納氏試劑比色法的等效方法。標(biāo)準(zhǔn)方法和等效方法對(duì)氨氮測(cè)定的介紹較為詳細(xì),但實(shí)際工作中情況復(fù)雜,很多問題需要分別深入探討并加以解決。不少專家學(xué)者和專業(yè)技術(shù)人員對(duì)納氏試劑比色法測(cè)定氨氮作了研究,我們根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn),對(duì)納氏試劑比色法測(cè)定水體中氨氮常見問題進(jìn)行了總結(jié),以期更好的指導(dǎo)實(shí)際工作。

1　實(shí)驗(yàn)原理

1.1　納氏試劑配制原理納氏試劑的正確配制,影響方法的靈敏度。了解納氏反應(yīng)機(jī)理,是正確配制納氏試劑的關(guān)鍵。納氏試劑由Ｎｅｓｓｌｅｒ于1856年發(fā)明,有2種配制方法,常用ＨｇＣｌ2與ＫＩ反應(yīng)的方法配制,其反應(yīng)過程如下:

　　顯色基團(tuán)為[ＨｇＩ4]2-,它的生成與Ｉ-濃度密切相關(guān)。開始時(shí),Ｈｇ2+與Ｉ-按反應(yīng)(1)式生成紅色沉淀ＨｇＩ2,迅速與過量Ｉ-按反應(yīng)(2)式生成[ＨｇＩ4]2-淡黃色顯色基團(tuán);當(dāng)紅色沉淀不再溶解時(shí),表明Ｉ-不再過量,應(yīng)立即停止加入ＨｇＣｌ2,此時(shí)可獲得量的顯色基團(tuán)。若繼續(xù)加入Ｈｇ Ｃｌ2,反應(yīng)(3)式和(4)式就會(huì)顯著進(jìn)行,促使顯色基團(tuán)不斷分解,同時(shí)產(chǎn)生大量ＨｇＩ2紅色沉淀,從而引起納氏試劑靈敏度的降低。
1 2　氨氮反應(yīng)原理

了解氨氮反應(yīng)原理對(duì)我們理解反應(yīng)過程,控制反應(yīng)條件有重要意義。納氏試劑與氨氮反應(yīng)的情況較為復(fù)雜,隨反應(yīng)物質(zhì)含量不同而分別按方程式(5)～(9)進(jìn)行。

　　一般情況,納氏試劑主要用于微量氨氮測(cè)定,其反應(yīng)式為(5)式和(8)式。(9)式表明ＮＨ3與ＮＨ4+在水溶液中可相互轉(zhuǎn)化,主要受溶液ｐＨ的影響。
1.3　酒石酸鉀鈉掩蔽原理
水體中常見金屬離子有Ｃａ2+、Ｍｇ2+、Ｆｅ2+、Ｍｎ2+等,若含量較高,易與納氏試劑中ＯＨ-或Ｉ-反應(yīng)生成沉淀或渾濁,影響比色。因而在加入納氏試劑前,需先加入酒石酸鉀鈉,以掩蔽這些金屬離子,其掩蔽原理如下:

2　氨氮實(shí)驗(yàn)的影響因子及解決方法

2.1　商品試劑純度

納氏試劑比色法實(shí)驗(yàn)所用試劑主要有ＫＮａＣ4Ｈ6Ｏ6·4Ｈ2Ｏ、ＫＩ、ＨｇＣｌ2、ＫＯＨ。某些市售分析純?cè)噭┏＿_(dá)不到要求,從而給實(shí)驗(yàn)造成較大影響,據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn),影響實(shí)驗(yàn)的試劑主要是ＫＮａＣ4Ｈ6Ｏ6·4Ｈ2Ｏ和ＨｇＣｌ2。
不合格酒石酸鉀鈉會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)空白值高和引起實(shí)際水樣渾濁,影響測(cè)定。不純?cè)噭耐庥^上難以鑒別,只有通過預(yù)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)才能判定是否符合要求。
ＨｇＣｌ2為無色結(jié)晶體或白色顆粒粉末,變質(zhì)的ＨｇＣｌ2試劑常見紅色粉末夾雜其中。據(jù)經(jīng)驗(yàn),試劑中含有少量紅色粉末的試劑還可使用,但仍要避免稱取紅色粉末配制反應(yīng)試劑。
2.2　反應(yīng)試劑配制

納氏試劑有2種配制方法[2],種方法利用ＫＩ、ＨｇＣｌ2和ＫＯＨ配制,第二種方法利用ＫＩ、ＨｇＩ2和ＫＯＨ配制。2種方法均可產(chǎn)生顯色基團(tuán)[ＨｇＩ4]2-,一般常用種方法配制。該方法關(guān)鍵在于把握ＨｇＣｌ2的加入量,這決定著獲得顯色基團(tuán)含量的多少,進(jìn)而影響方法的靈敏度。但方法未給出ＨｇＣｌ2的確切用量,需要根據(jù)試劑配制過程中的現(xiàn)象加以判斷,經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng),因而較難把握。有人據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出ＨｇＣｌ2與ＫＩ的用量比為0.44∶1時(shí)(即8.8ｇＨｇＣｌ2溶于20ｇＫＩ溶液),效果很好。我們依據(jù)上述納氏試劑配制反應(yīng)原理,根據(jù)反應(yīng)方程(5)式和(6)式得出ＨｇＣｌ2與ＫＩ的用量比為0.41∶1(即8 2ｇＨｇＣｌ2溶于20ｇＫＩ溶液),以此比例配制的納氏試劑經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn),靈敏度均能達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。配制過程中,ＨｇＣｌ2一般溶解較慢,為加快反應(yīng)速度,節(jié)省反應(yīng)時(shí)間,有人提出可在低溫加熱中進(jìn)行配制,還可防止ＨｇＩ2紅色沉淀提前出現(xiàn)。
酒石酸鉀鈉配制方法較為簡(jiǎn)單,但對(duì)于不合格試劑,由于銨鹽含量較大,只靠加熱煮沸并不能除去,可采取以下2種方法:(1)向定容后的酒石酸鉀鈉溶液中加入5ｍｌ納氏試劑,沉淀后取上層清液使用。(2)向酒石酸鉀鈉溶液中加少量堿,煮沸蒸發(fā)至50ｍｌ左右后,冷卻并定容至100ｍｌ。我們認(rèn)為,第二種方法優(yōu)于種方法,即使銨鹽含量很高的酒石酸鉀鈉,經(jīng)處理后空白值也能滿足實(shí)驗(yàn)要求。
2.3　高空白實(shí)驗(yàn)值
空白實(shí)驗(yàn)值可反映實(shí)驗(yàn)過程中各種因素對(duì)物質(zhì)分析的綜合影響,空白值高會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的精密度和準(zhǔn)確度,因而每個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)空白值均有一定要求。氨氮實(shí)驗(yàn)空白值一般要求吸光度Ａ≤0.030。但有時(shí)空白值遠(yuǎn)高于此,影響因素主要有試劑空白高、實(shí)驗(yàn)用水氨含量高以及濾紙含有一定銨鹽。
2.3.1　試劑對(duì)
實(shí)驗(yàn)空白值的影響實(shí)驗(yàn)表明,用2.2中第二種方法配制的納氏試劑的空白實(shí)驗(yàn),吸光度一般比按種方法配制的納氏試劑的空白實(shí)驗(yàn)值高近一倍多,且大于0 030[5]。雖然用種方法配制納氏試劑較為麻煩,但因?qū)嶒?yàn)空白值較低,所以成為的方法。
市售分析純酒石酸鉀鈉,有時(shí)銨鹽含量較高,直接加熱煮沸配制,往往造成空白實(shí)驗(yàn)值高。所以要降低空白值,可按2 2中方法配制酒石酸鉀鈉溶液,效果很好。
2.3.2　實(shí)驗(yàn)用水對(duì)空白值的影響

氨氮實(shí)驗(yàn)用水要求為無氨水,若空氣中氨溶于水或有銨鹽通過其它途徑進(jìn)入實(shí)驗(yàn)用水中,含量達(dá)到方法檢測(cè)限,則可導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)空白值高,所以無氨水每次用后應(yīng)注意密閉保存。
有實(shí)驗(yàn)研究用新鮮蒸餾水代替無氨水測(cè)氨氮,實(shí)驗(yàn)空白值和標(biāo)準(zhǔn)曲線與用無氨水的方法無顯著差異,并具有較高的精密度和準(zhǔn)確度?？梢娭灰獙?shí)驗(yàn)用水不含氨或極低含量氨,不論蒸餾水是否重蒸,均可使用。
2.3.3　濾紙對(duì)空白值的影響

氨氮實(shí)驗(yàn)需將水樣過濾后測(cè)定,所以實(shí)驗(yàn)還需做過濾空白對(duì)照實(shí)驗(yàn),以扣除濾紙影響。由于濾紙一般都含有銨鹽,因而可引起過濾空白值升高。有實(shí)驗(yàn)表明,不同濾紙或同種濾紙但不同張之間銨鹽含量差別很大,有些含量較高的濾紙雖多次用水洗滌,但仍達(dá)不到實(shí)驗(yàn)要求。因此使用前需對(duì)每一批次濾紙進(jìn)行抽檢,淋洗時(shí)要少量多次。
我們選用經(jīng)?。龋茫旖莶⑾磧舻?/SPAN>0.45μｍ醋酸乙酯纖維濾膜過濾水樣,解決了用濾紙過濾產(chǎn)生的高空白問題。不僅過濾空白值低,而且重復(fù)性好,所以推薦使用濾膜過濾。
2.4　反應(yīng)條件控制

2.4.1　反應(yīng)溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響

溫度影響納氏試劑與氨氮反應(yīng)的速度,并顯著影響溶液顏色。實(shí)驗(yàn)表明,反應(yīng)溫度為25℃時(shí),顯色最;5～15℃吸光度無顯著改變,但其顯色不;當(dāng)溫度達(dá)30℃時(shí),溶液褪色,吸光度出現(xiàn)明顯偏低現(xiàn)象[4]。因而實(shí)驗(yàn)顯色溫度應(yīng)控制在20～25℃,以保證分析結(jié)果的可靠性。
2.4.2　反應(yīng)時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響

實(shí)驗(yàn)表明,反應(yīng)時(shí)間在10ｍｉｎ之前,溶液顯色不;10～30ｍｉｎ顏色較穩(wěn)定;30～45ｍｉｎ顏色有加深趨勢(shì);45～90ｍｉｎ顏色逐漸減褪。因而,用納氏試劑光度法測(cè)定水中氨氮時(shí),顯色時(shí)間應(yīng)控制在10～30ｍｉｎ,以盡快的速度進(jìn)行比色,達(dá)到分析的精密度和準(zhǔn)確度。
2.4.3　反應(yīng)體系ｐＨ對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響

由氨氮反應(yīng)原理可知,ＯＨ-濃度影響反應(yīng)平衡。實(shí)驗(yàn)表明,水樣ｐＨ的變化對(duì)顏色的強(qiáng)度有明顯影響,水樣呈中性或堿性,得出的測(cè)定結(jié)果相對(duì)偏差符合分析要求,呈酸性的水樣無可比性,所以對(duì)于廢水樣應(yīng)特別注意調(diào)節(jié)體系的ｐＨ值,將溶液顯色ｐＨ控制在11 8～12.4,以保證結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度。還有研究表明,ｐＨ太低時(shí),顯色不,過高時(shí)溶液會(huì)出現(xiàn)渾濁,當(dāng)ｐＨ為13時(shí)顯色較,且不產(chǎn)生渾濁,因此溶液ｐＨ值宜選為13。
2 5　水體中物質(zhì)干擾
實(shí)際水樣中除含待測(cè)組分外,還含有其它成分,特別對(duì)于廢水樣,所含物質(zhì)更為復(fù)雜,因而水樣中都不同程度的存在干擾物質(zhì),影響氨氮比色測(cè)定。
　　對(duì)于一般地表水,干擾物質(zhì)主要為Ｃａ2+、Ｍｇ2+等金屬離子,一般通過過濾加掩蔽劑酒石酸鉀鈉即可消除。但我們?cè)l(fā)現(xiàn),向過濾后的實(shí)際水樣中加入酒石酸鉀鈉出現(xiàn)渾濁,但標(biāo)準(zhǔn)曲線組卻未出現(xiàn)渾濁的現(xiàn)象,從而使水樣無法比色測(cè)定。這與酒石酸鉀鈉試劑不合格有關(guān),非水樣干擾問題。當(dāng)酒石酸鉀鈉試劑中含有較多Ｃａ2+、Ｍｇ2+雜質(zhì)時(shí),與實(shí)際水樣中Ｃａ2+、Ｍｇ2+共同反應(yīng),生成較多量的酒石酸鈣或酒石酸鎂,從而析出使過濾水樣變渾濁;由于蒸餾水中Ｃａ2+、Ｍｇ2+痕量,因此未出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象。此時(shí)應(yīng)更換酒石酸鉀鈉試劑,重新測(cè)定。
2.6　樣品稀釋
納氏試劑光度法測(cè)定氨氮,當(dāng)水樣氨氮濃度大于2.0ｍｇ/Ｌ時(shí),則需將水樣稀釋后測(cè)定,稱為“事前稀釋"。這種稀釋方法相對(duì)準(zhǔn)確,但測(cè)定前不好預(yù)料,不利于大批量樣品的及時(shí)分析。另一種稀釋方法是直接將顯色后的樣品進(jìn)行稀釋比色,稱為“事后稀釋"。有研究表明,對(duì)于難以預(yù)料的超出濃度測(cè)定線性范圍含量的含氨氮廢水樣品,用2種稀釋方法得到的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果,相對(duì)誤差滿足環(huán)境監(jiān)測(cè)分析要求。對(duì)比結(jié)果還表明,若用無氨水作稀釋溶劑,事后稀釋以負(fù)誤差居多,但配制一定量的空白溶液作稀釋溶劑可抵消一部分負(fù)誤差。
　

3　小結(jié)

由實(shí)驗(yàn)和討論可知,納氏試劑光度法測(cè)定氨氮應(yīng)注意和解決6種常見問題:(1)應(yīng)注意主要試劑性狀,選購(gòu)合格試劑。(2)試劑的正確配制決定著方法靈敏度,特別要注意理解納氏試劑配制原理,正確掌握納氏試劑配制要領(lǐng)。(3)降低空白實(shí)驗(yàn)值可提高實(shí)驗(yàn)精密度,對(duì)實(shí)驗(yàn)用水、試劑空白和過濾濾紙要注意檢查。(4)反應(yīng)條件,如溫度、時(shí)間、體系ｐＨ決定反應(yīng)速度、反應(yīng)平衡和反應(yīng)生成物的穩(wěn)定性,應(yīng)控制反應(yīng)在條件下進(jìn)行。(5)水體中溶解態(tài)無機(jī)或有機(jī)物以及不溶態(tài)懸浮物對(duì)納氏試劑光度法測(cè)定氨氮均有干擾,應(yīng)根據(jù)不同情形選擇不同方法加以消除,特別應(yīng)注意酒石酸鉀鈉掩蔽失效現(xiàn)象。(6)對(duì)于超過檢測(cè)上限含量水樣的稀釋測(cè)定問題,因事前、事后稀釋2種方法相對(duì)誤差均滿足分析要求,對(duì)于大批量測(cè)定情況,可采取事后稀釋測(cè)定。