紫外可见分光光度计在快速测定污水氨氮质量浓度中的应用

张梦伟，王琳

（河南能源化工集团鹤壁煤化工有限公司，河南 鹤壁 458000）

煤化工产业是一些煤炭资源型城市工业经济或产业转型的重要支柱，在煤化工产业快速发展的同时，城市新水的使用量和工业废水的产生量都十分巨大，如果不对实际生产的废水进行处理，不仅仅会导致周边城市居民的生活用水质量下降，更会造成地下水资源的无端浪费和城市生态环境的严重破坏。因此，煤化工产业中应对工业污水进行定时定量的检测和处理，其中，污水水体的氨氮质量浓度是最为常规且必要的一项测定指标。

煤化工产业污水中的氨氮（NH3-N）一般是指以游离氨（NH3）或铵盐（NH4+）形式存在于水体中的氮，当其质量浓度超过一定标准值时，对自然生态环境及用水人群的健康均具有不同程度的危害影响[1-2]。根据《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）内容的规定，氨氮质量浓度是判断水体污染程度的重要指标，同时也是工业生产中常规的必测项目指标之一[3]。目前，对于水体中氨氮质量浓度的最常用测定方法是国标法，即纳氏试剂分光光度法（HJ 535—2009），但其测定结果受试验器皿及其他外界干扰因素较多，测定结果的稳定性较差[4-5]，另外，也有使用COD 快速测定仪对水样的氨氮质量浓度进行检测，其测定结果的精确度符合要求，但该设备仪器及配套试剂价格昂贵，致使单次测定及分析的成本较高[6]。综上所述，亟需一种方便快捷、经济有效、稳定性和准确性均满足测定要求的，适用于煤化工产业日常污水氨氮检测的方法。对此，本文选择紫外可见分光光度计用以测定水体中的氨氮质量浓度，设计对比试验对该种方法的测定结果进行了评估。

1 试验方案

1.1 试验原理

根据化学反应原理，煤化工产业的污水及循环水中以游离态氨或铵离子等形式存在的氨氮与纳氏试剂反应将生成淡红棕色的络合物，并且该络合物的吸光度与氨氮质量浓度成正比。因此，设计于波长420 nm 处使用Cary 60 紫外可见分光光度计对氨氮标准浓度溶液进行测定试验。

1.2 试验器具

1）紫外可见分光光度计。

2）氨氮标准浓度溶液：①氨氮标准贮备溶液（质量分数为0.1%）：称取3.8190g 氯化铵（NH4Cl，优级纯，100～105 ℃干燥2 h），溶于水后移入1 000 mL 容量瓶中，稀释至标线，可在2～5 ℃保存1 个月，此溶液每毫升含1.00 mg 氨氮；②氨氮标准工作溶液（质量分数0.001%）：吸取5.00 mL 氨氮标准贮备溶液于500 mL 容量瓶中，用水稀释至刻度，此溶液每毫升含0.010 mg 氨氮。临用前配制。

3）酒石酸钾钠溶液；称取50 g 酒石酸钾钠溶于100 mL 水中，加热煮沸以除去氨，充分冷却至室温，定容至100 mL。

4）纳氏试剂；称取16 g 氢氧化钠，溶于50 mL水中，充分冷却至室温。另称取7 g 碘化钾和10 g碘化汞（HgI2)溶于水，然后将此溶液在搅拌下徐徐注入氢氧化钠溶液中，用水稀释至100 mL，贮存在聚乙烯瓶中，密塞保存。

5）50 mL 具塞比色管。

6）刻度吸管1 mL 2 支，5 mL 1 支。

1.3 试验步骤

首先，利用预先配置的氨氮工作溶液使用紫外可见分光光度计对标准试样氨氮质量浓度进行测定。然后，根据测定结果绘制校准曲线，以查看波长420 nm 条件下溶液质量浓度与吸光度的关系是否满足检测要求，以此验证紫外可见分光光度计检测水体氨氮质量浓度的可行性。最后，采取3 种不同的测定方法（可见分光光度计、紫外可见分光光度计以及COD 快速测定仪）对同一来源的污水水样进行测定，对比分析测定结果，以此评估紫外可见分光光度计的实际测定效果。

2 绘制校准曲线

首先，在6 个50 mL 比色管中，分别加入0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mL 氨氮标准工作溶液，其所对应的氨氮分别为0.0、10.0、20.0、30.0、40.0和50.0 溶液浓度，加水至标线。然后，加入1.0 mL酒石酸钾钠溶液，在容器内摇匀后，加入纳氏试剂1.5 mL，再次摇匀。最后，在常温清洁区域放置10 min 后，用光程20 mm 比色皿，于波长420 nm 下测定试样溶液的吸光度，以水为参比。结果如表1 所示。

表1 标准浓度试样的吸光度测试结果

以空白校正后的吸光度为纵坐标，以其对应的氨氮质量浓度为横坐标，绘制校准曲线，如图1 所示，水中氨氮质量浓度与吸光度呈正相关线性关系，相关系数为0.999 6。

图1 校正曲线

3 污水样品测定

经校正曲线可以确认紫外可见分光光度计在测定氨氮质量浓度的可行性和有效性。在此基础上，配制两种污水试样（清洁水样和有悬浮物或色度干扰的水样），然后分别使用可见分光光度计、紫外可见分光光度计以及COD 快速测定仪三种方法，对以上两种试样测定氨氮浓度。结果如表2 所示。

根据表2 所示的测定结果可以看出，对于清洁水样，可见分光光度计及与紫外可见分光光度计的测定平均值相同，COD 快速测定仪的测定结果偏小，且紫外可见光光度计测定结果的方差最小。对于悬浮物或色度干扰的水样，测定结果的平均值从大至小依次为：可见分光光度计＞COD 快速测定仪＞紫外可见分光光度计，测定结果的方差从大至小依次为：可见分光光度计＞COD 快速测定仪＞紫外可见分光光度计。将两种水样的测定结果对比发现，对于不同清洁程度的水样，紫外可见分光光度计测定结果相差最小，为0.2，稳定性最好，同时，也表明普通可见分光光度计受水样清洁度或色度的影响较为显著。

表2 不同方法下不同污水样氨氮质量浓度测定结果

总之，在清洁水样情况下，紫外可见分光光度计的测定结果与其他两种方法相差不大，在悬浮物或色度干扰的水样情况下，该方法测定结果的稳定性更胜一筹，结合前述绘制校正曲线的结果，该方法测定污水氨氮质量浓度的有效性和准确性得到进一步证实。

4 结 论

本文改进采用紫外可见分光光度计来测定煤化工污水中的氨氮质量浓度，通过测定标准试样溶液绘制校准曲线，并配制两种不同清洁度的试样对比三种测定方法的试验结果，清洁水样条件下三者的测定结果基本一致，不同清洁程度水样条件下紫外可见分光光度计测定结果与清洁水样条件下的结果相差最小，结合校准曲线的线性相关系数为 0.999 6，紫外可见分光光度计测定结果的稳定性和准确性得以证明，以此解决了之前使用可见分光光度计测定氨氮质量浓度结果易受外界因素干扰的问题，大大提高了污水水样氨氮质量浓度的测定效率。