改进式水杨酸法的氨氮测试试纸浸渍研究

包新星 李浩东

（福州大学至诚学院 福建福州 350002）

氨氮普遍存在于各类地表水、地下水以及各种废水中，它是指水中以NH3和NH4+形式存在的氮，氨氮是水质监测的基本指标项目之一。氨氮的含量过高，会使水体产生富营养化，从而对水生生物的生命活动造成影响。更为严重的是，氨氮会在水质变化产生的生化过程中转化为亚硝酸盐，对人体健康产生危害。目前，国家标准规定的氨氮测定方法有分光光度法、流动注射法、电化学法、仪器法等［1］，其中分光光度法是监测站及各类实验室常用的经典分析方法。分光光度法根据其选用的显色剂等不同，又可分为水杨酸分光光度法、纳氏试剂分光光度法、靛酚蓝分光光度法和次溴酸盐法等［2-3］。纳氏试剂法测定上限高，时间短，显色稳定，是最常用的氨氮测定方法，然而纳氏试剂中含有高浓度的汞，对环境危害严重，对实验室造成污染［4］；而水杨酸分光光度法具有准确且无污染的特点，被越来越多地应用到氨氮检测中。因此，水杨酸分光光度法在快速检测产品研究的应用上得到了更多的关注［1］。

《水质 氨氮的测定 水杨酸分光光度法》（HJ 536—2009）中氨氮检测的缺点表现为试剂不稳定、显色时间长、测定上限低。在对行标方法改进过程中，邓金花等［5］用二氯异氰尿酸钠代替了不稳定的次氯酸钠，使有效储备时间延长，缓释时间久，性质更稳定；马芮等［6］使用水杨酸钠代替难溶解且放置易析出的水杨酸，并改变量程，提高了方法的测定上限；张卫等［7］在布朗卢比氨氮在线分析仪试剂配方基础上，优化实验条件，大大缩短显色时间。

鉴于实验室监测分析方法的繁琐性，不能满足现场快速简便测定的需求，特别是当突发事故和非固定排放等污染事故发生时，更需要快速的现场监测条件。因此，安全且准确度高的快速测试盒、监测试纸等，由于具备易于携带、分析时间短、无需专业人士操作等优点，受到市场欢迎。

市面上广泛使用的快速测定产品多建立在纳氏试剂分光光度法基础上［8］，使用剧毒物质碘化汞/氯化汞，容易对环境造成二次污染，对监测人员造成健康伤害。在水杨酸法应用到快速检测的研究过程中，吴丹等［9］用水杨酸、亚硝基铁氰化钠、二氯异氰尿酸钠、硼砂、碳酸钠等研发出固体粉末试剂包，使实验操作更加简便，药品有效期更长，同时缩短了显色反应的时间，大大提高了氨氮分析效率；李红岩等［10］基于基础的水杨酸法研制了氨氮检测试纸，将测定上限从1 mg/L 提高到2 mg/L，显色时间从1 h 缩短到5 min，可方便应用于各类应急快速检测和日常生活用水的检测中，前景较为广阔。目前基于改进的水杨酸法进行研制氨氮试纸的相关报道还较少。

本研究选用水杨酸钠配制显色剂，研究试剂优化配比，以达到延长保质期限，增加显色稳定性、缩短显色时间和提高测定上限的目的，并以此优化配比进行氨氮快速试纸的浸渍研究。研究内容包含2 个部分：①对行标实验方法进行试剂配比改进研究；②试纸浸渍液配比研究。

1 行标实验方法改进

1.1 氨氮校准曲线绘制

1.1.1 氨氮标准溶液配制

本实验按照以下方法配制氨氮标准溶液（实验所用试剂均为分析纯，试剂配制所用纯水均应为无氨水）：110 ℃下烘干NH4Cl 晶体2 h，冷却后称取3.8 g 并溶于无氨水中，定容至1 000 mL，该法配制的氨氮浓度为1 000 mg/L（贮备液），使用时将贮备液稀释为1 μg/mL（使用液）。

1.1.2 标准曲线的绘制

在10 mL 具塞比色管中，分别吸取0.00、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00 mL 使用液并加无氨水稀释至约8 mL。加入1.0 mL水杨酸显色液和0.20 mL 亚硝基铁氰化钠溶液，混匀。后移入0.10 mL 次氯酸钠溶液，稀释至10 mL 标线，充分摇匀并静置30 min，以无氨水为参比在波长为697 nm 处测定其吸光度。

1.2 水样测定

取经絮凝预处理的稀释水样（氨氮含量低于8 μg）于10 mL比色管中，调整水样pH 值为中性，加无氨水稀释至8 mL，与校准曲线相同操作，进行显色、静置和吸光度测量。

1.3 结果与讨论

1.3.1 亚硝基铁氰化钠溶液用量对显色的影响

根据标准方法，固定次氯酸钠含量为0.10 mL，将不同量的亚硝基铁氰化钠溶液加入至含4.00、8.00 μg 氨氮的使用液中，测定其吸光度，结果见图1。

图1 亚硝基铁氰化钠溶液用量对吸光度的影响

由图1 可看出，实验使用亚硝基铁氰化钠溶液的用量从0.10 mL 增加到0.30 mL，曲线中部的吸光度值有明显的增加。实验过程中，当亚硝基铁氰化钠溶液的用量低于0.15 mL 时，溶液显黄绿色；而当用量高于0.20 mL 时，溶液吸光度值无明显变化，溶液显色由蓝色变为绿色，与变色现象不符。按《水和废水监测分析方法》 中规定，亚硝基铁氰化钠溶液的用量在0.15～0.20 mL 符合要求，因此本实验选定0.20 mL 亚硝基铁氰化钠为其最佳用量。

1.3.2 次氯酸钠溶液用量对显色的影响

固定亚硝基铁氰化钠的含量（此时亚硝基铁氰化钠溶液量为0.20 mL），将不同量的次氯酸钠溶液加入含4.00、8.00 μg氨氮使用液中，测定其吸光度，结果见图2。

图2 次氯酸钠溶液用量对吸光度的影响

由图2 可看出，实验使用次氯酸钠溶液用量从0.05 mL 增加到0.20 mL，曲线中部吸光度值有明显增加。实验过程中，当次氯酸钠溶液用量高于0.10 mL 时，溶液吸光度值无明显变化，且溶液显色由蓝色变为绿色。按《水和废水监测分析方法》中规定，次氯酸钠溶液的加入量在0.05～0.10 mL 符合要求，故本实验选定0.10 mL 次氯酸钠为其最佳用量。

1.3.3 溶液pH 值对显色影响

以上述数据结果为基准，使用0.20 mL 亚硝基铁氰化钠溶液和0.10 mL 次氯酸钠溶液进行pH 筛选实验。实验结果表明，在加入上述试剂后，溶液的pH 值在11.45～11.70 之间，溶液显色为蓝色并且稳定。

综上所述，在使用改良式水杨酸—次氯酸盐分光光度法测定水中的氨氮含量时，①在溶液中加入0.20 mL 亚硝基铁氰化钠溶液和0.10 mL 次氯酸钠溶液可得到明显的显色效果，颜色根据氨氮浓度呈现分明的变化现象；②多次实验表明，显色时间30 min 即可稳定，比行标法1 h 缩短了30 min；③测定上限从1 mg/L 提升至2 mg/L，适用废水氨氮浓度范围更广。

2 试纸浸渍

2.1 试纸制备的材料与试剂

（1）试剂：次氯酸钠、水杨酸钠、氢氧化钠，亚硝基铁氰化钠、酒石酸钾钠、氯化铵。材料：定量中速滤纸。

（2）氨氮标准溶液：称取于110 ℃下烘干2 h 的NH4Cl 3.8 g，用无氨水溶解并定容至1 000 mL，此NH4Cl 溶液浓度为1 000 mg/L，将该NH4Cl 溶液分别稀释为浓度2、5、10、20、50 mg/L 的氨氮标准溶液［6］。

（3）显色剂溶液：称取50 g 酒石酸钾钠、140 g 水杨酸钠，用无氨水溶解并定容至1 000 mL，得到显色剂溶液Ⅰ［4］（水杨酸钠的浓度为140 g/L、酒石酸钾钠的浓度为50 g/L）。用相同方法配制一系列显色剂溶液，如表1 所示。

表1 显色剂溶液一览表 单位：g/L

（4）亚硝基铁氰化钠溶液：称取亚硝基铁氰化钠0.1 g，溶解并定容至10 mL，此亚硝基铁氰化钠溶液为10 g/L。

（5）试纸浸渍液：取试剂显色剂溶液和亚硝基铁氰化钠溶液按照不同比例配制浸渍液，分别按36∶1、24∶1、12∶1、6∶1 的体积比进行混合，实验结果如表2 所示。

表2 试纸浸渍液一览表

（6）激活剂：用无氨水和氢氧化钠溶液（2 mol/L）将次氯酸钠溶液稀释为含有效氯浓度为3.5 g/L，游离碱浓度为0.75 mol/L（以NaOH 计）的次氯酸钠使用液。

2.2 试纸浸渍方法

（1）将不同编号的浸渍液盛放于大烧杯中并置于恒温振荡器内，将适量定量中速滤纸全部没入浸渍液中，振荡90 min。

（2）振荡结束后，取出滤纸，于室温悬挂晾干。

（3）将晾干的试纸裁剪为10 mm×5 mm 规格的测试试纸，放于避光盒中，低温保存。

3 试纸比选实验

3.1 实验方法

配制一系列不同氨氮浓度的标准样品，取2 mL 样品于10 mL比色管中，加入激活剂并摇匀，放入1 片试纸，待显色5 min后将试纸所示颜色进行对比。从而确定浸渍液中不同成分及其含量对显色效果的影响。

3.2 实验结果

3.2.1 水杨酸钠的浓度影响

取表2 浸渍液混合效果中的批次2 进行试纸浸渍实验得到的试纸，经与不同浓度的氨氮标准溶液反应进行观察得到水杨酸钠的最佳浓度，结果如表3 所示。

表3 水杨酸钠浓度对显色效果的影响

由表3 的显色结果可知：①当水杨酸钠浓度为280 g/L，显色时间为5 min 时，溶液的颜色变化根据溶液浓度呈现出从浅到深的色阶，即呈现“无色——淡黄——浅黄——黄色——绿色——蓝色”变化，可以明显区别出浓度为“0、2、5、10、20、50 mg/L”的氨氮样品，2 mg/L 氨氮浓度即可分辨，检出限较低；②当水杨酸钠浓度为140 g/L 以及210 g/L 时，5 mg/L 氨氮浓度以上显色可区分，检出限较高；③当水杨酸钠浓度为350 g/L 时，虽然有颜色区别，但均为蓝色，区分效果比较差。

综上可得，显色剂溶液中水杨酸钠的最适浓度为280 g/L。

3.2.2 亚硝基铁氰化钠的浓度影响

根据上述实验结果，选取Ⅲ号显色剂溶液，将其与浓度为10 g/L 的亚硝基铁氰化钠溶液按浸渍批次（表2）的混合比例制得的氨氮检测试纸，再与不同浓度的氨氮标准溶液进行显色观察，结果如表4 所示。

表4 亚硝基铁氰化钠浓度对显色效果的影响

由表4 的显色结果可以得出：①显色剂溶液和亚硝基铁氰化钠溶液的体积比为24∶1 时，试纸显色效果最佳，检出限为2 mg/L；②配比为36∶1 的试纸，虽有颜色变化，但显色均为黄色，不容易分辨；③配比为12∶1 及6∶1 的试纸，颜色均为蓝色，且区分不够明显。

综上可得，显色剂和亚硝基铁氰化钠溶液的体积比以24∶1为宜。

3.2.3 激活剂用量的影响

选择上述实验结果得到的最佳试纸进行激活剂的使用量实验。量取2 mL 不同浓度的氨氮标准溶液，分别加入不同量的激活剂，试纸反应5 min 后观察显色，实验结果见表5。

表5 次氯酸钠用量对显色效果的影响

由表5 结果可得：①加入激活剂8 滴时，不同氨氮浓度的试剂颜色呈现色阶变化，且检出限为2 mg/L；②加入激活剂4 滴时，显色均为蓝色，虽有变化，主观难以确定；③激活剂加入量为6 滴或10 滴时，呈现不同的颜色变化，但5 号与6 号样品的蓝色难辨别。

综上可得，激活剂加入量为8 滴时效果最佳。

3 结论

基于水质中氨氮测定的行标方法（《水质 氨氮的测定 水杨酸分光光度法》（HJ 536—2009））进行试剂配比改进，并按照改进配比研制了氨氮检测试纸。

（1）改进后的试纸浸渍液包括水杨酸钠、酒石酸钾钠和亚硝基铁氰化钠，三者最佳浓度为280、48、0.5 g/L；在使用试纸测定时需加入激活剂（有效氯浓度3.5 g/L），每2 mL 水样用量8 滴。比行标法浸渍的试纸颜色更分明，显色颜色类别（深浅）与溶液中的氨氮浓度成正比，颜色呈现出从无色——淡黄——浅黄——黄色——绿色——蓝色的变化。

（2）试纸显色时间为5 min。与行标分光光度法显色时间1 h 相比，大大缩短了显色时间。

（3）可根据标准溶液的颜色变化进行反复实验，拟定比色卡颜色标准。