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(wèn)題，通過(guò)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(guò)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(jiǎn)便、反應(yīng)靈敏、快速高效等特點(diǎn)，被各級(jí)環(huán)境監(jiān)測(cè)部門廣泛應(yīng)用于地表水氨氮的分析工作。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)納氏試劑法測(cè)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(lái)解決低濃度點(diǎn)顯色問(wèn)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(cè)定，王煒比對(duì)國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口納氏試劑，通過(guò)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(guò)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(jiàn)，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(cè)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(cè)和實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制保證提供一種簡(jiǎn)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(cè)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(guó)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(guó)產(chǎn)）、N2（國(guó)產(chǎn)）、N3（進(jìn)口）。酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、硫酸鋅等均為國(guó)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(cè)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(guò)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(guò)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(cè)技術(shù)規(guī)范》以及《國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)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(shì)，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(zhǎng)，三種試劑空白吸光度無(wú)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(wú)一致的規(guī)律變化；隨顯色時(shí)間加長(zhǎng)，N3試劑的截距有改善趨勢(shì)并向質(zhì)控線內(nèi)靠攏，而N1和N2試劑的截距無(wú)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(zhǎng)，N1試劑斜率有上升趨勢(shì)，N3試劑斜率有下降趨勢(shì)。

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(wú)規(guī)律變化；隨顯色時(shí)間加長(zhǎng)，N3試劑的線性達(dá)標(biāo)情況明顯好轉(zhuǎn)，N1和N2試劑無(wú)明顯變化。

2.2 NaOH對(duì)商品納氏試劑測(cè)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(guò)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(guò)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(shuō)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(guò)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）