納氏試劑比色法是測定水中氨氮的國家標準方法,文獻[2]介紹了納氏試劑比色法的等效方法。標準方法和等效方法對氨氮測定的介紹較為詳細,但實際工作中情況復雜,很多問題需要分別深入探討并加以解決。不少專家學者和專業技術人員對納氏試劑比色法測定氨氮作了研究,我們根據工作經驗,對納氏試劑比色法測定水體中氨氮常見問題進行了總結,以期更好的指導實際工作。

1　實驗原理

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。了解納氏反應機理,是正確配制納氏試劑的關鍵。納氏試劑由Ｎｅｓｓｌｅｒ于1856年發明,有2種配制方法,常用ＨｇＣｌ2與ＫＩ反應的方法配制,其反應過程如下:

　　顯色基團為[ＨｇＩ4]2-,它的生成與Ｉ-濃度密切相關。開始時,Ｈｇ2+與Ｉ-按反應(1)式生成紅色沉淀ＨｇＩ2,迅速與過量Ｉ-按反應(2)式生成[ＨｇＩ4]2-淡黃色顯色基團;當紅色沉淀不再溶解時,表明Ｉ-不再過量,應立即停止加入ＨｇＣｌ2,此時可獲得量的顯色基團。若繼續加入Ｈｇ Ｃｌ2,反應(3)式和(4)式就會顯著進行,促使顯色基團不斷分解,同時產生大量ＨｇＩ2紅色沉淀,從而引起納氏試劑靈敏度的降低。
1 2　氨氮反應原理

了解氨氮反應原理對我們理解反應過程,控制反應條件有重要意義。納氏試劑與氨氮反應的情況較為復雜,隨反應物質含量不同而分別按方程式(5)～(9)進行。

　　一般情況,納氏試劑主要用于微量氨氮測定,其反應式為(5)式和(8)式。(9)式表明ＮＨ3與ＮＨ4+在水溶液中可相互轉化,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　氨氮實驗的影響因子及解決方法

2.1　商品試劑純度

納氏試劑比色法實驗所用試劑主要有ＫＮａＣ4Ｈ6Ｏ6·4Ｈ2Ｏ、ＫＩ、ＨｇＣｌ2、ＫＯＨ。某些市售分析純試劑常達不到要求,從而給實驗造成較大影響,據我們的經驗,影響實驗的試劑主要是ＫＮａＣ4Ｈ6Ｏ6·4Ｈ2Ｏ和ＨｇＣｌ2。
不合格酒石酸鉀鈉會導致實驗空白值高和引起實際水樣渾濁,影響測定。不純試劑從外觀上難以鑒別,只有通過預實驗檢驗才能判定是否符合要求。
ＨｇＣｌ2為無色結晶體或白色顆粒粉末,變質的ＨｇＣｌ2試劑常見紅色粉末夾雜其中。據經驗,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試劑。
2.2　反應試劑配制

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種方法均可產生顯色基團[ＨｇＩ4]2-,一般常用種方法配制。該方法關鍵在于把握ＨｇＣｌ2的加入量,這決定著獲得顯色基團含量的多少,進而影響方法的靈敏度。但方法未給出ＨｇＣｌ2的確切用量,需要根據試劑配制過程中的現象加以判斷,經驗性強,因而較難把握。有人據經驗總結出ＨｇＣｌ2與ＫＩ的用量比為0.44∶1時(即8.8ｇＨｇＣｌ2溶于20ｇＫＩ溶液),效果很好。我們依據上述納氏試劑配制反應原理,根據反應方程(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多次實驗檢驗,靈敏度均能達到實驗要求。配制過程中,ＨｇＣｌ2一般溶解較慢,為加快反應速度,節省反應時間,有人提出可在低溫加熱中進行配制,還可防止ＨｇＩ2紅色沉淀提前出現。
酒石酸鉀鈉配制方法較為簡單,但對于不合格試劑,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,煮沸蒸發至50ｍｌ左右后,冷卻并定容至100ｍｌ。我們認為,第二種方法優于種方法,即使銨鹽含量很高的酒石酸鉀鈉,經處理后空白值也能滿足實驗要求。
2.3　高空白實驗值
空白實驗值可反映實驗過程中各種因素對物質分析的綜合影響,空白值高會影響實驗的精密度和準確度,因而每個實驗對空白值均有一定要求。氨氮實驗空白值一般要求吸光度Ａ≤0.030。但有時空白值遠高于此,影響因素主要有試劑空白高、實驗用水氨含量高以及濾紙含有一定銨鹽。
2.3.1　試劑對
實驗空白值的影響實驗表明,用2.2中第二種方法配制的納氏試劑的空白實驗,吸光度一般比按種方法配制的納氏試劑的空白實驗值高近一倍多,且大于0 030[5]。雖然用種方法配制納氏試劑較為麻煩,但因實驗空白值較低,所以成為的方法。
市售分析純酒石酸鉀鈉,有時銨鹽含量較高,直接加熱煮沸配制,往往造成空白實驗值高。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　實驗用水對空白值的影響

氨氮實驗用水要求為無氨水,若空氣中氨溶于水或有銨鹽通過其它途徑進入實驗用水中,含量達到方法檢測限,則可導致實驗空白值高,所以無氨水每次用后應注意密閉保存。
有實驗研究用新鮮蒸餾水代替無氨水測氨氮,實驗空白值和標準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確度。可見只要實驗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　濾紙對空白值的影響

氨氮實驗需將水樣過濾后測定,所以實驗還需做過濾空白對照實驗,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。有實驗表明,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,但仍達不到實驗要求。因此使用前需對每一批次濾紙進行抽檢,淋洗時要少量多次。
我們選用經稀ＨＣｌ浸泡并洗凈的0.45μｍ醋酸乙酯纖維濾膜過濾水樣,解決了用濾紙過濾產生的高空白問題。不僅過濾空白值低,而且重復性好,所以推薦使用濾膜過濾。
2.4　反應條件控制

2.4.1　反應溫度對實驗的影響

溫度影響納氏試劑與氨氮反應的速度,并顯著影響溶液顏色。實驗表明,反應溫度為25℃時,顯色最;5～15℃吸光度無顯著改變,但其顯色不;當溫度達30℃時,溶液褪色,吸光度出現明顯偏低現象[4]。因而實驗顯色溫度應控制在20～25℃,以保證分析結果的可靠性。
2.4.2　反應時間對實驗的影響

實驗表明,反應時間在10ｍｉｎ之前,溶液顯色不;10～30ｍｉｎ顏色較穩定;30～45ｍｉｎ顏色有加深趨勢;45～90ｍｉｎ顏色逐漸減褪。因而,用納氏試劑光度法測定水中氨氮時,顯色時間應控制在10～30ｍｉｎ,以盡快的速度進行比色,達到分析的精密度和準確度。
2.4.3　反應體系ｐＨ對實驗的影響

由氨氮反應原理可知,ＯＨ-濃度影響反應平衡。實驗表明,水樣ｐＨ的變化對顏色的強度有明顯影響,水樣呈中性或堿性,得出的測定結果相對偏差符合分析要求,呈酸性的水樣無可比性,所以對于廢水樣應特別注意調節體系的ｐＨ值,將溶液顯色ｐＨ控制在11 8～12.4,以保證結果的精密度和準確度。還有研究表明,ｐＨ太低時,顯色不,過高時溶液會出現渾濁,當ｐＨ為13時顯色較,且不產生渾濁,因此溶液ｐＨ值宜選為13。
2 5　水體中物質干擾
實際水樣中除含待測組分外,還含有其它成分,特別對于廢水樣,所含物質更為復雜,因而水樣中都不同程度的存在干擾物質,影響氨氮比色測定。
　　對于一般地表水,干擾物質主要為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。但我們曾發現,向過濾后的實際水樣中加入酒石酸鉀鈉出現渾濁,但標準曲線組卻未出現渾濁的現象,從而使水樣無法比色測定。這與酒石酸鉀鈉試劑不合格有關,非水樣干擾問題。當酒石酸鉀鈉試劑中含有較多Ｃａ2+、Ｍｇ2+雜質時,與實際水樣中Ｃａ2+、Ｍｇ2+共同反應,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,因此未出現渾濁現象。此時應更換酒石酸鉀鈉試劑,重新測定。
2.6　樣品稀釋
納氏試劑光度法測定氨氮,當水樣氨氮濃度大于2.0ｍｇ/Ｌ時,則需將水樣稀釋后測定,稱為“事前稀釋”。這種稀釋方法相對準確,但測定前不好預料,不利于大批量樣品的及時分析。另一種稀釋方法是直接將顯色后的樣品進行稀釋比色,稱為“事后稀釋”。有研究表明,對于難以預料的超出濃度測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比實驗結果,相對誤差滿足環境監測分析要求。對比結果還表明,若用無氨水作稀釋溶劑,事后稀釋以負誤差居多,但配制一定量的空白溶液作稀釋溶劑可抵消一部分負誤差。
　

3　小結

由實驗和討論可知,納氏試劑光度法測定氨氮應注意和解決6種常見問題:(1)應注意主要試劑性狀,選購合格試劑。(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。(3)降低空白實驗值可提高實驗精密度,對實驗用水、試劑空白和過濾濾紙要注意檢查。(4)反應條件,如溫度、時間、體系ｐＨ決定反應速度、反應平衡和反應生成物的穩定性,應控制反應在條件下進行。(5)水體中溶解態無機或有機物以及不溶態懸浮物對納氏試劑光度法測定氨氮均有干擾,應根據不同情形選擇不同方法加以消除,特別應注意酒石酸鉀鈉掩蔽失效現象。(6)對于超過檢測上限含量水樣的稀釋測定問題,因事前、事后稀釋2種方法相對誤差均滿足分析要求,對于大批量測定情況,可采取事后稀釋測定。