CN107703134B - 一种检测水体氨氮含量的试剂盒、方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种检测水体氨氮含量的试剂盒、方法及应用。本发明所述试剂盒中包括：纳氏试剂、1.5～2.5g/L的低浓度硼酸溶液和15～25g/L的高浓度硼酸溶液。本发明所述试剂盒、方法及应用分别使用不同浓度的硼酸溶液对不同氨氮浓度的水样进行吸收，确保在使用上述硼酸溶液吸收预蒸馏的产物之后，将蒸馏产物的pH调节至中性即可准确地检测水样中的氨氮含量，在简化操作的同时还确保检测结果的准确性。

Description

一种检测水体氨氮含量的试剂盒、方法及应用
技术领域
本发明涉及水体检测领域，具体而言，涉及一种检测水体氨氮含量的试剂盒、方法及应用。
背景技术
氨氮是指水中以游离氨(NH3)和铵离子(NH4 +)形式存在的氮。二者的组成比由水的pH值和水温决定，游离氨的含量与pH值成正向关系与水温成反向关系；铵盐则相反。水中氨氮主要来源于三方面：城市生活污水、氨和亚硝酸盐间的互相转化以及某些工业废水，如焦化废水和合成氨化肥厂废水等。
氨氮是水体中的营养素，可导致水富营养化现象产生，是水体中的主要耗氧污染物，对鱼类及某些水生生物有毒害。因此，氨氮是水环境和废水常规监测项目，是评价水质安全的关键指标之一，在污水综合排放标准(GB8978-1996)和地表水环境质量标准(GB3838-2002)中，氨氮都是重要监测治疗。快速、准确地测定水中氨氮，是正确评价水环境质量以及进一步制定水污染防治措施的前提。
纳氏试剂分光光度法是指将纳氏试剂与样品进行反应，通过紫外-可见光分光光度法测定空气、水体中氨氮含量的方法，反应原理为：碘离子和汞离子在强碱性条件下，会与氨反应生成淡红棕色络合物，此颜色在波长420nm处会有强烈的吸收，而生成的这类红棕色络合物的吸光度会与其溶液的氨氮含量成正比，可用测试反应液的吸收值而测定氨氮的含量。
纳氏试剂分光光度法作为测定水中氨氮的常规监测方法，具有操作简便、反应灵敏、快速高效等特点，被广泛应用于各级环境监测部门，并被列为环保部行业标准(水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法HJ 535－2009)。
然而，在实际监测工作中，采用纳氏试剂分光光度法检测水样中的氨氮时，需要对有色度或者较脏水样进行预蒸馏处理，而蒸馏后pH会很显著的影响测试结果，数据容易失真。
依据国标方法中将预蒸馏处理后的试样pH调至中性后，满足不了低浓度氨氮的实验要求，导致结果偏低，加标回收率偏低。多数学者将试样pH调至9-13，经试验发现需要精准调节PH才可满足实验要求，难度较大。也有学者认为将预蒸馏处理后的试样稀释以降低硼酸基体对显色的影响，但此举只适合氨氮含量较大的水样，当水样氨氮含量较小时，稀释倍数会影响氨氮的测试结果。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种检测水体氨氮含量的试剂盒，所述试剂盒包括低浓度硼酸溶液和高浓度硼酸溶液，分别用于吸收低浓度氨氮水体的预蒸馏产物和高浓度氨氮水体的预蒸馏产物，使用上述硼酸溶液吸收的预蒸馏产物不需要再对pH进行精准地调节，只需要调节至中性即可直接用纳氏试剂进行检测，不但操作方便，而且检测的结果准确可信。
本发明的第二目的在于提供一种测定水体氨氮含量的方法，所述方法在使用纳氏试剂进行检测前，分别使用不同浓度的硼酸溶液对预蒸馏的蒸馏产物进行吸收，不需要再精准地调整蒸馏产物的pH值，只需要调节至中性即可使用纳氏试剂进行检测，不但简化了操作，而且确保检测结果准确可靠。
本发明的第三目的在于提供上述方法在评估水质或监测废水污染中的应用，所述应用可以方便、准确地检测水体中氨氮的含量从而方便地评估水质和监测废水污染。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种检测水体氨氮含量的试剂盒，所述试剂盒中包括：纳氏试剂、1.5～2.5g/L的低浓度硼酸溶液和15～25g/L的高浓度硼酸溶液。
一种测定水体氨氮含量的方法，所述方法包括：
(A)对待测水体进行预蒸馏处理，预估待测水体的氨氮含量，如果水体的氨氮含量在0.1～90.6mg/L之间，用浓度为1.5～2.5g/L的硼酸溶液吸收蒸馏产物，如果水体的氨氮含量大于90.6mg/mL，用浓度为15～25mg/L的硼酸溶液吸收蒸馏产物；
(B)调节蒸馏产物的pH值至中性，使用纳氏试剂对用硼酸溶液吸收后的蒸馏产物进行显色反应，根据吸光度值获得待测水体的氨氮含量。
上述方法在评估水质或监测废水污染中的应用。
具体实施方式
本发明涉及一种检测水体氨氮含量的试剂盒，所述试剂盒中包括：纳氏试剂、1.5～2.5g/L的低浓度硼酸溶液和15～25g/L的高浓度硼酸溶液。
常规检测水体氨氮含量的试剂盒只包括高浓度硼酸溶液，不包括低浓度硼酸溶液，对低浓度氨氮水体仍然采用20g/L的高浓度硼酸溶液吸收预蒸馏产物，被高浓度硼酸容易吸收后的预蒸馏产物中中硼酸明显过量，过量的硼酸与纳氏试剂反应，使纳氏平衡向左移动，导致结果偏低甚至未检出,极大地影响氨氮含量检测的准确性，需要将试样的pH调至9-13才可准确测出氨氮含量，操作方法十分繁琐。
而本发明所述试剂盒不但包括纳氏试剂和15～25g/L的高浓度硼酸溶液外，还包括1.5～2.5g/L的低浓度硼酸溶液，所述低浓度硼酸溶液用于吸收低浓度氨氮水体的预蒸馏产物，只需要将蒸馏后的试样pH调至中性后，氨气和NaOH可将溶液中硼酸反应完全，不会对纳氏试剂显色造成干扰。因此调节试样PH至中性即可直接进行显色测试，可以大大简化氨氮浓度测量的操作步骤，同时确保检测的准确性。
在一些具体的实施方式中，所述低浓度硼酸溶液的浓度为1.6g/L、1.7g/L、1.8g/L、1.9g/L、2.0g/L、2.1g/L、2.2g/L、2.3g/L、2.4g/L或2.5g/L。
在一些具体的实施方式中，所述高浓度硼酸溶液的浓度为16g/L、17g/L、18g/L、19g/L、20g/L、21g/L、22g/L、23g/L、24g/L或25g/L。
在一些具体的实施方式中，所述试剂盒还包括标准比色卡、氨氮标准储备液、无氨水、掩蔽剂、除氯剂、pH调节剂、pH指示剂、轻质氧化镁、淀粉-碘化钾试纸中的一种或多种。
在一些具体的实施方式中，所述掩蔽剂选自酒石酸钾钠、六偏磷酸钠、乙酸钠、苹果酸钠和EDTA四钠中的一种或多种；所述除氯剂为硫代硫酸钠；所述pH调节剂为盐酸或氢氧化钠溶液；所述pH指示剂为溴百里酚蓝指示剂。
本发明还涉及一种测定水体氨氮含量的方法，所述方法包括：
(A)对待测水体进行预蒸馏处理，预估待测水体的氨氮含量，如果水体的氨氮含量在0.1～90.6mg/L之间，用浓度为1.5～2.5g/L的硼酸溶液吸收蒸馏产物，如果水体的氨氮含量大于90.6mg/mL，用浓度为15～25mg/L的硼酸溶液吸收蒸馏产物；
(B)调节蒸馏产物的pH值至中性，使用纳氏试剂对用硼酸溶液吸收后的蒸馏产物进行显色反应，根据吸光度值获得待测水体的氨氮含量。
与常规检测方法不同，本发明所述方法在检测之前，对待测水样的氨氮含量进行预估，高氨氮含量的待测水样使用高浓度的硼酸溶液对预蒸馏产物进行吸收，低氨氮浓度的待测水样使用低浓度的硼酸溶液对预蒸馏产物进行吸收，将吸收后的预蒸馏产物调节至中性即可进使用纳氏试剂进行后续的显色反应。本发明所述方法不需要对低氨氮浓度的待测水样的pH调节至9-13，即可确保检测的准确性，具有简化氨氮浓度测量的操作步骤，同时确保检测的准确性的优点。
在一些具体的实施方式中，如果水体的氨氮含量在0.1～50mg/L之间，用浓度为1.6g/L、1.7g/L、1.8g/L、1.9g/L、2.0g/L、2.1g/L、2.2g/L、2.3g/L、2.4g/L或2.5g/L的硼酸溶液吸收蒸馏产物；
如果水体的氨氮含量大于50mg/L，用浓度为16g/L、17g/L、18g/L、19g/L、20g/L、21g/L、22g/L、23g/L、24g/L或25g/L的硼酸溶液吸收蒸馏产物。
在一些具体的实施方式中，所述方法还包括在预蒸馏处理之前对待测水体进行稀释，优选地，稀释倍数为10～1000倍，例如50倍、100倍、150倍、200倍、250倍、300倍、350倍、400倍、450倍、500倍、550倍、600倍、650倍、700倍、750倍、800倍、850倍、900倍、950倍或1000倍；或在预蒸馏处理之后对用硼酸吸收后的蒸馏产物进行稀释，优选地，稀释倍数为10～1000倍，例如，例如50倍、100倍、150倍、200倍、250倍、300倍、350倍、400倍、450倍、500倍、550倍、600倍、650倍、700倍、750倍、800倍、850倍、900倍、950倍或1000倍。
在一些具体的实施方式中，所述方法还包括在预蒸馏处理之前，使用除氯剂对待测水样进行预处理；优选地，所述除氯剂为硫代硫酸钠；更优选地，所述预处理还包括使用淀粉-碘化钾试纸检测待测水样中的氯是否除尽。
在一些具体的实施方式中，所述方法还包括在进行显色反应时加入掩蔽剂的步骤。
在一些具体的实施方式中，所述掩蔽剂选自酒石酸钾钠、六偏磷酸钠、乙酸钠、苹果酸钠和EDTA四钠中的一种或多种；优选地，所述掩蔽剂为酒石酸钾钠。
在一些具体的实施方式中，所述水体选自河流、湖泊、地下水、水库水样、生活饮用水、工业废水或生活废水中的一种或多种。
本发明还涉及上述方法在评估水质或监测废水污染中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明所述试剂盒和所述方法分别使用不同浓度的硼酸溶液对不同氨氮浓度的水样进行吸收，确保在使用上述硼酸溶液吸收预蒸馏的产物之后，将蒸馏产物的pH调节至中性即可准确地检测水样中的氨氮含量，在简化操作的同时还确保检测结果的准确性。
(2)本发明所述试剂盒和所述方法还涉及掩蔽剂和除氯剂，其中掩蔽剂和除氯剂的使用可以进一步去除氯以及金属离子对检测结果的影响，增加检测结果的准确性。
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购买获得的常规产品。
实验仪器：
TU1900紫外双光束分光光度计光度计，蒸馏仪(盛泰科技)，超纯水仪，500ml全玻璃蒸馏瓶。
实验试剂：
氨氮标准储备液(1000mg/L)，氨氮标准使用液(10mg/L)，酒石酸钾钠溶液(500g/L)；纳氏试剂(HgI2-KI-NaOH)；硼酸吸收液(2g/L)，硼酸吸收液(20g/L)；轻质氧化镁(在500℃下加热两小时，以除去碳酸盐)；硫代硫酸钠溶液(3.5g/L)；盐酸(1.18g/mL)；NaOH(250g/L)；溴百里酚蓝指示剂(0.5g/L)；淀粉-碘化钾试纸。
实施例1
检测电厂脱硫废水1#、电厂脱硫废水2#、水库污水3#、水库污水4#的氨氮浓度：
1、绘制校准曲线
(1)吸取0、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00ml铵标准使用液于50ml比色管中，加水稀释至标线，加1.0ml酒石酸钾钠溶液，混匀；
(2)加1.0m L纳氏试剂(HgI2-KI-NaOH)，混匀，放置10min后，在波长420nm处，用光程20mm比色皿，以无氨水作参比，测量标准使用液的吸光度；
(3)由测得的吸光度，减去零浓度空白的吸光度后，得到校正吸光度，绘制以氨氮含量(μg)对校正吸光度的校准曲线。本实施例所得校准曲线的方程为y＝0.00337x-0.00069，R＝0.9998。
2、样品预处理
(1)消除余氯
水质样品中存有余氯时会影响到反应结果，因此，向1#水样、2#水样、3#水样和4#水样中加入适量的硫代硫酸钠溶液消除干扰。
为了检验余氯是否去除干净，用淀粉-碘化钾试纸同步检验：取经过处理的水样滴加到淀粉-碘化钾试纸上，如果试纸变为蓝色，则表明水质样品未处理干净，仍然存在余氯，如果试纸不变色，则表明水质样品处理干净，余氯已经被处理干净。
(2)加标步骤
分别取1#水样、2#水样50ml于500ml的烧瓶中，加水稀释至250ml；
制备与1#水样和2#水样平行的1#加标水样和2#加标水样：分别取1#水样和2#水样50ml，分别向其中加入100ml 1000mg/L的氯化铵标准溶液，并加水至250ml；
分别取3#、4#样品200ml于500ml的烧瓶中；
制备与3#水样和4#水样平行的3#加标水样和4#加标水样：分别取加标样品取样量亦为200ml，向其中加入20ml 10mg/L的氯化铵过渡液，并加水至250ml。
(3)预蒸馏
对于1#水样、2#水样、1#加标水样和2#加标水样，所述硼酸吸收液为20g/L的硼酸溶液，对于3#水样、4#水样、3#加标水样、4#加标水样和氨氮质控样200566#，所述硼酸吸收液为2g/L的硼酸溶液。
将50ml硼酸吸收液移入250ml容量瓶中，确保冷凝管出口在硼酸溶液液面之下。
取250ml样品(分别为1#水样、2#水样、1#加标水样、2#加标水样、3#水样、4#水样、3#加标水样、4#加标水样和氨氮质控样200566#)，移入烧瓶中，加几滴溴百里酚蓝指示剂，必要时，用氢氧化钠溶液或盐酸溶液调整pH至6.0(指示剂呈黄色)-7.4(指示剂呈蓝色)之间，加入0.25g轻质氧化镁及数粒玻璃珠，立即连接氮球和冷凝管。加热蒸馏，使溜出液速率约为10ml/min，待溜出液达到200ml时，停止蒸馏，调节pH至中性，并定容至250ml。
对于1#水样、2#水样、1号加标水样和2#加标水样，蒸馏后将样品pH调至中性并稀释500倍后取50ml加显色剂测试；对于3#水样、4#水样、3#加标水样和4#加标水样，蒸馏后将样品pH调至中性并直接取样50ml加显色剂测试；对于氨氮质控样200566#，蒸馏后将样品pH调至中性并稀释25倍后，直接取样50ml加显色剂测试。
3、水样的显色反应
(1)分别取经稀释的1#水样、2#水样、1#加标水样和2#加标水样和氨氮质控样200566#，以及未经稀释的3#水样、4#水样、3#加标水样、4#加标水样和无氨水，加入至50ml比色管的标线处，再加1.0ml酒石酸钾钠溶液，混匀。
(2)加1.0mL纳氏试剂，混匀，放置10min后，在波长420nm处，用光程20mm比色皿，测量吸光度，其中，以无氨水为空白样品，做全程空白。
(3)将水样测得的吸光度，减去空白样品的吸光度后，得到校正吸光度，将校正吸光度代入前述校准曲线的方程中，即得所述水样的氨氮浓度，1#～4#水样的具体氨氮浓度参见表1，1#～4#加标水样的具体加标回收结果参见表2。
根据表1～2所述结果可知，1#～4#水样的相对偏差、以及1#～4#加标水样的回收率均能够达到标准要求，质控样200566在30.0±1.7mg/L的范围内，表明，本发明所述改进的方法能够满足要实验要求，简化实验步骤。
表1水样的氨氮浓度
Figure BDA0001457106740000091
Figure BDA0001457106740000101
表2加标回收实验
Figure BDA0001457106740000102
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种测定水体氨氮含量的方法，其特征在于，所述方法包括：
（A）对待测水体进行预蒸馏处理，预估待测水体的氨氮含量，如果水体的氨氮含量在0.1~90.6mg/L之间，用浓度为1.5~2.5g/L的硼酸溶液吸收蒸馏产物，如果水体的氨氮含量大于90.6mg/L，用浓度为15~25g/L的硼酸溶液吸收蒸馏产物；
（B）调节蒸馏产物的pH值至中性，使用纳氏试剂对用硼酸溶液吸收后的蒸馏产物进行显色反应，根据吸光度值获得待测水体的氨氮含量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在预蒸馏处理之前对待测水体进行稀释，稀释倍数为10~1000倍；或在预蒸馏处理之后对用硼酸吸收后的蒸馏产物进行稀释，稀释倍数为10~1000倍。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在预蒸馏处理之前，使用除氯剂对待测水样进行预处理。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述除氯剂为硫代硫酸钠。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预处理还包括使用淀粉-碘化钾试纸检测待测水样中的氯是否除尽。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在进行显色反应时加入掩蔽剂的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述掩蔽剂选自酒石酸钾钠、六偏磷酸钠、乙酸钠、苹果酸钠和EDTA四钠中的一种或多种。
8.根据权利要求1~7任一项所述的方法，其特征在于，所述水体选自河流、湖泊、地下水、水库水样、生活饮用水、工业废水或生活废水中的一种或多种。
9.权利要求1~6任一项所述方法在评估水质或监测废水污染中的应用。
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