基于納氏試劑比色法的印染行業污水氨氮測定與優化

楊 鳴

（山西省運城生態環境監測中心，山西 運城 044000）

0 引言

氨氮化合物是印染行業污水中的主要污染物之一，其含量過高則將對周邊環境產生較為嚴重的污染。為有效抑制印染行業污水中氨氮化合物的污染，其首要工作則是準確測定污水中的氨氮[1]。當前在這項測試工作中，因納氏試劑比色法具有分析速度快、靈敏度高和操作簡單等優點，為檢測機構廣泛采用[2-3]。但這種方法在實際應用過程中，也難免受到各種主客觀因素的影響而帶來一定的誤差[4]。對此，即需要對這種測定方法作進一步的研究與優化。

1 實驗材料與儀器

主要針對某印染廠的廢水進行研究，在研究過程中，所需的實驗試劑包括氯化銨、濃硫酸、氫氧化鉀、氫氧化鈉、酒石酸鉀、氯化汞、硫酸鋅和碘化鉀。以上實驗藥品純度均為分析純，且均采購自北京化工廠。

在以上藥品準備就緒后，進行納氏試劑的配制，配制方法如下：

1）在燒杯中稱取一定量的去離子水，并加入少量氯化汞，不斷進行加熱攪拌，以配置氯化汞的飽和溶液；

2）另取一個反應容器，在其中加入適量的碘化鉀和氫氧化鉀，并加水溶解；

3）將已配制完成的氯化汞飽和溶液緩慢添加至碘化鉀-氫氧化鉀混合溶液中，并攪拌均勻，此時容器內將發生化學反應形成紅色的碘化汞鉀；

4）在反應完成后的混合物中加入氫氧化鉀溶液，以100 mL 為標準進行稀釋，達到標準溶液后混勻，將其保存于聚乙烯材質的試劑瓶中儲存備用。

本次實驗所使用的儀器如表1 所示。

2 主要實驗流程

2.1 標準溶液配制

在標準溶液配制環節中，首先使用分析天平稱取一定量的氯化銨，將其放置于燒杯中，加入適量的除氨水（由蒸餾水與硫酸按照一定比例配制而成）后充分混勻，定容至100 mL，得到銨根離子質量濃度為10 mg/L 的標準溶液。在此基礎上，分別取5.00、2.50、1.00、0.50、0.25 mL 的標準溶液，并引入蒸餾水作為空白對照組，將上述溶液分別放入6 個規格均為25 mL的比色管中，并向比色管內分別加入一定量的納氏試劑和無氨水，再加入適量氫氧化鈉溶液將比色管內溶液的pH 值調節至10，使用去離子水定容，由此得到6 個不同質量濃度梯度的標準液，分別為0.00、0.10、0.20、0.40、1.00、2.00 μg/L。

在得到以上6 種不同濃度梯度的標準液后，應用紫外可見風光光度計在波長420 nm 的位置，以蒸餾水為參比，對吸光度進行檢測，得到標準曲線如圖1所示。

圖1 標準曲線圖

根據此標準曲線計算得知，該標準曲線的方程為y=2.302 8x-0.001 0，相關系數R2達到了0.999 9，據此可知，該標準曲線具有相對較優的線性相關系數，能夠確保本次實驗的精準度。

2.2 實驗方法

在確定本次建立的實驗方法準確性符合要求后，取適量的待測水樣放于器皿中，向其中添加適量的硫酸鋅溶液和氫氧化鈉溶液，待混合液的pH 值達到10后充分混勻，待混合液反應完成后，使用無氨水潤濕綠濾紙，再使用濾紙對反應完成后的混合液進行過濾。而后取適量濾液，依次加入少量酒石酸鉀和納氏試劑混勻，定容至25 mL 后，應用紫外可見風光光度計在波長420 nm 的位置，以蒸餾水為參比，對吸光度進行檢測，以得到校正的吸光度。最后根據公式（1），從校準曲線上直接獲得氨氮的質量，并計算氨氮質量濃度：

式中：M 為氨氮質量，μg；V 為水樣體積，mL；在該計算式中，乘以1000 的主要作用則是將單位轉換為μg/L。根據該計算式代入已知數據即可求得最終的氨氮濃度，單位為μg/L。

3 實驗結果與討論

在實驗測試中，針對某水樣的測定，引入第三方專業機構的測定結果1.00 μg/mL 作為參照，而后從以下幾個方面著手，探究不同因素對實驗結果的影響。

3.1 pH 對氨氮質量濃度測定的影響

對水樣進行五等分，并加入適量的硫酸溶液和氫氧化鈉溶液對pH 值進行調整，分別控制pH 值為7、8、9、10、11，對氨氮質量濃度進行測定，得到測定結果如圖2 所示。

圖2 不同pH 值下的氨氮質量濃度測定結果

據此可知，隨著pH 的增大，氨氮質量濃度先升后降，其主要原因是pH 較低時銨根水解受到抑制，而pH 較高時銨根又容易與氫氧根反應而溢出。相對而言，當pH 為10 時，測定結果與標準數據最為接近，因此pH=10 為最為合理的pH 值。

3.2 試劑顯色時間對氨氮質量濃度測定的影響

分別設置試劑顯色時間為5、10、20、30、40 min，對氨氮質量濃度進行測定，得到測定結果如圖3 所示。

圖3 不同顯色時間下的氨氮質量濃度測定結果

據此可知，當顯色時間為10 min 時，水樣的氨氮質量濃度與測定的標準值最為接近，因此最為合理的顯色時間為10 min。

3.3 分析納氏試劑用量對氨氮質量濃度測定的影響

本環節分別設置納氏試劑的用量為0.25、0.50、1.00、1.50、2.00 mg/L，對氨氮質量濃度進行測定，測定結果如圖4 所示。

圖4 不同納氏試劑用量下的氨氮質量濃度測定結果

據此可知，當納氏試劑用量為1.00 mL 時，氨氮含量的測定值與標準數據最為接近，因此確定納氏試劑的最優用量為1.0 mL。

基于以上實驗結果，確定本次氨氮質量濃度的測定實驗中，反應體系的pH 為10，顯色時間為10 min，且納氏試劑的用量為1.0 mL，以此為最優參數組合，對其應用效果做進一步測試，得到測試結果如表2所示。

表2 實際測試結果

根據表2 中的數據可知，本次實驗方法在實際的印染污水氨氮質量濃度檢測中，其各項指標均較為優異，表明其具有較高的精密度。特別是在相對標準偏差這項關鍵指標上，其均在4.40%以下，與傳統化學法的普遍9%左右相比具有一定優勢，表明該方法在測定精度方面有所改善[5]。

4 結語

整體來看，在本次研究中，選取pH、試劑顯色時間、納氏試劑用量3 個因素作為研究對象，設計條件實驗，根據實驗結果確定其最佳取值范圍。實驗結果顯示，pH、試劑顯色時間、納氏試劑用量的最佳取值分別為10、10 min、1.0 mL。將該組參數作為標準溶液配制依據，與傳統標準溶液測定方法相比，本文實驗方法較為可靠，氨氮測定結果精密度更高。預計該方法在今后的實驗工作中也將具有一定的應用價值。