胡玲， 宋興偉， 李莉莉， 紀喬木

（1.江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心， 南京 210019； 2.淮安市華測檢測技術有限公司， 江蘇 淮安 223001）

水中的氨氮指以游離氨（NH3）和銨離子（NH4＋）形式存在的化合氮， 水溫和pH 值會影響其在水中的存在形式。 氨氮是水質監(jiān)測的重要指標， 目前，水中氨氮的檢測方法主要有納氏比色法、 苯酚-次氯酸鹽（或水楊酸-次氯酸鹽）比色法、 氣相分子吸收法、 離子色譜法等［1-8］。 在實際監(jiān)測工作中， 采用較多的是納氏比色法和水楊酸-次氯酸鹽比色法。納氏比色法檢測線性范圍窄、 樣品前處理繁瑣， 且使用有毒有害物質， 影響分析人員的身體健康； 水楊酸-次氯酸鹽比色法具有檢出限低、 靈敏度高等優(yōu)點， 但該法檢出上限不高、 線性范圍較窄。 本文采用離子色譜柱后衍生分光光度法測定水中的氨氮， 基于水楊酸分光光度法原理， 利用雙柱塞寶石桿色譜泵為動力， 儀器自動進樣、 自動添加試劑。樣品經過色譜柱分離后在線自動衍生（柱后顯色），檢測器讀數后一鍵生成報告。 本文研究了離子色譜柱后衍生分光光度法的精密度、 準確度、 檢出限及加標回收率等， 并與常用氨氮檢測方法進行了對比， 驗證了該方法的實用性。

1 試驗部分

1.1 方法原理

本研究基于HJ 666—2013《水質 氨氮的測定流動注射-水楊酸分光光度法》［9］， 即在堿性環(huán)境中， 水樣中的氨和銨離子與次氯酸離子反應生成氯胺。 在60 ℃和亞硝基鐵氰化鉀存在條件下， 氯胺與水楊酸鹽反應生成藍綠色化合物， 于660 nm 波長處進行吸光度的測定。 以時間作為橫坐標， 峰高作為縱坐標， 繪制標準曲線。 根據峰面積進行定量分析， 目標化合物的保留時間進行定性分析。

1.2 試驗儀器與試劑

電子天平： CP124S； 水浴恒溫振蕩器： THZQ； pH 計： WTW3210； 離子色譜儀： ELSPE-2 超痕量氨氮分析儀， 帶高精度全peek 雙柱塞桿離子色譜泵4 套， 帶氨氮快速分析柱及自動進樣系統(tǒng)，帶可調節(jié)恒溫加熱系統(tǒng)。

水楊酸鈉溶液： 稱取6.4 g 氫氧化鈉， 緩慢倒入盛有300 mL 純水的燒杯中并不斷攪拌， 待溶液冷卻至室溫后加入25 g 水楊酸鈉， 攪拌溶解， 用純水定容至500 mL， 使用前超聲脫氣10 min。 亞硝基鐵氰化鈉溶液： 稱取1 g 亞硝基鐵氰化鈉， 用純水定容至500 mL， 使用前超聲脫氣10 min。 次氯酸鈉溶液： 量取70 mL 次氯酸鈉， 用純水定容至500 mL， 使用前超聲脫氣10 min。 氨氮標準儲備液： 壇墨質檢， B1903126。 氨氮標準工作液： 將氨氮標準儲備液用純水稀釋成50 mg／L 溶液， 臨用前現配。 試驗用水： 純水。

1.3 色譜條件

色 譜 柱： 快 速 分 析 柱4.1 mm × 50.0 mm， 5 μm， 或相當的陽離子交換柱； 流動相： 氯化鈉和鹽酸混合液（50 mmol／L 氯化鈉＋10 mmol／L 鹽酸），流 速： 1 mL／min； 柱 溫： 60 ℃； 進 樣 體 積： 20 μL； 水楊酸泵流速： 0.6 mL／min； 亞硝基鐵氰化鈉泵流速： 0.2 mL／min； 次氯酸鈉泵流速： 0.4 mL／min； 檢測波長： 660 nm。

1.4 樣品的采集和處理

本試驗采集了無錫市某污水處理公司的生活污水、 揚州市某石化公司附近地表水、 泰州市某化工公司的工業(yè)廢水、 如皋市近岸海域海水。 根據水樣類型采取適當的保存和預處理步驟， 將保存好的水樣轉移至實驗室進行分析。 樣品上機測定前經過0.45 μm 過濾器過濾， 去除沉淀和雜質。

1.5 空白試驗

以無氨水代替水樣， 按照與試樣測定相同的儀器分析條件進行空白試樣的測定。

2 結果與討論

2.1 標準曲線的繪制

配置質量濃度為0.0、 0.2、 0.5、 1.0、 5.0、 10.0、20.0、 50.0 mg／L 的標準溶液， 進樣分析后測定不同濃度氨氮標準溶液的峰面積。 通過工作站軟件，以標準溶液濃度對其峰面積進行曲線擬合， 得到回歸方程y ＝10.709 x， 相關系數r ＝0.999 9， 如圖1所示。 結果表明， 氨氮溶液濃度與峰面積線性關系良好， 變量間的線性相關程度高。

圖1 氨氮濃度標準曲線Fig. 1 Standard curve of ammonia nitrogen

2.2 精密度測定

分別對質量濃度為0.100 0、 1.000 0、 10.000 0 mg／L 的氨氮標準溶液平行測定6 次， 測定結果見表1， 并計算每次測定的標準偏差（SD）和相對標準偏差 （RSD）。 由表1 可知， 3 種濃度氨氮標準溶液測定結果的RSD 均小于2%， 說明該方法精密度較好， 達到試驗要求。

表1 精密度試驗結果Tab. 1 Results of precision test

2.3 準確度測定

選用國家有證標準質控樣品， 分別進行2 次加標， 每次加標平行測定6 次， 計算相對誤差和回收率， 結果見表2。 其測定結果均在標準值要求范圍內， 表明離子色譜柱后衍生分光光度法測定水中氨氮的準確度良好。

表2 標準樣品加標回收試驗結果Tab. 2 Results of standard addition recovery rate of standard samples

2.4 實際樣品加標回收試驗

取地表水、 生活污水、 工業(yè)廢水、 海水4 種不同濃度的樣品進行試驗， 每種樣品加標后平行測定6 次， 測定結果見表3。 平均回收率在84.41% ～96.93% 之間， 試驗過程可控， 該檢測方法能夠滿足環(huán)保監(jiān)測的工作要求。

表3 實際水樣加標回收試驗結果Tab. 3 Results of standard addition recovery rate of actual water samples

2.5 檢出限的測定

采用質量濃度為0.1 mg／L 和0.2 mg／L 的標準樣品， 分別進行7 次平行測定， 根據測定結果計算其SD， 采用99% 置信度， 此時檢出限MDL ＝SD ×3.143。 按照HJ 168—2020《環(huán)境監(jiān)測分析方法標準制訂技術導則》中的計算方法的檢出限［10］， 以4 倍方法檢測限確定為本法的測定下限， 如表4 所示。

表4 檢出限測試數據Tab. 4 Data of detection limit tests

2.6 樣品pH 值條件試驗

根據水質采樣技術要求， 水樣采集后需要pH ＜2.0 的保存條件， 而不同的標準方法要求樣品調節(jié)至中性才能上機檢測。 本方法通過將實測濃度和標準方法測試結果進行比對， 最終決定是否需要調節(jié)pH 值， 如果實際樣品無值則采用樣品處理前加標1.0 mg／L 氨氮標準溶液進行測試， 對多個測試結果進行統(tǒng)計。

在調節(jié)pH 值測試的試驗中發(fā)現， pH ＜2.0 時回收率能達到107%， 符合方法要求。 當pH 值調節(jié)至中性， 回收率能達到96%。 當pH 值調至堿性時回收率會驟降。 氨氮在水中以氨分子和銨離子2 種形式存在， 且保持著電離平衡NH3＋H2O ?NH4＋＋OH-， 隨著水溶液的pH 值降低， 水中的氨會不斷電離為銨離子， 直至達到電離平衡。 氨水的解離常數Kb＝1.75×10-5， 在pH ＝7.0 時， 可計算出銨離子濃度是氨分子的175 倍， 所以溶液中的氨氮主要存在形式是銨離子， 而隨著溶液pH 值越來越小，這個比例會越來越大， 只要確保樣品是中性或者酸性， 即可直接檢測出溶液中氨氮的含量， 一般樣品采集完保持pH ＜2.0， 故本方法可不進行預調節(jié)pH 值， 直接測試。 具體結果如表5 所示。

表5 pH 值條件測試結果Tab. 5 Test results of pH value conditions

3 結論

離子色譜柱后衍生分光光度法的檢測限低于現行的國標中對氨氮的限值， 標準曲線的線性關系良好， 準確度和精密度高， 樣品上機之前也無需調節(jié)pH 值， 完全滿足監(jiān)測工作的需要。 與傳統(tǒng)的測定方法相比， 本法具有如下優(yōu)點： 取樣量少， 樣品前處理簡單， 自動化程度高， 操作更方便、 快捷， 減少人力物力的投入； 靈敏度高， 能反映水中氨氮的真實含量， 測量范圍較寬， 適用于多種水質的檢測； 檢測過程中避免使用毒性較大的試劑， 在保護檢測人員健康安全的同時， 又能減少給環(huán)境帶來的污染。