基于纳氏试剂分光光度法的工业废气中氨检测与数据分析
时间：2022-12-03 20:45:05 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
王 卓，侯 雪，齐白羽
(西北矿冶研究院，甘肃 白银 730900)
氨是一种无色、有强烈刺激性气味的气体，分子表达式为NH3，属于氮和氢的化合物，会灼伤皮肤、眼睛、呼吸器官的黏膜，若是吸入过量的氨气会引起肺部肿胀，甚至引发死亡[1]。其属性是易被液化成无色的液体，高温时会被分解成氮气和氢气，具有还原作用。氨用于制造氨水、铵盐等。轻工、化工、化肥、制药、合成纤维等领域的工作场所，空气中的氨气广泛存在。氨气也是室内环境空气检测的一项重要指标，目前国家职业卫生标准对于工作场所空气中氨的检测普遍采用的是纳氏试剂分光光度法[2-3]，该监测方法具有可信度高、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[4]。如何能够快速、准确地检测出环境空气或废气中氨的浓度具有重要意义。
工业废气或空气中氨的监测原理是用稀硫酸溶液吸收空气中的氨，溶液中生成的铵离子与纳氏试剂进行反应生成黄棕色的络合物，该络合物的吸光度与氨的含量成正比关系，将其放置于420 nm波长的环境下测量吸光度，根据吸光度可计算空气中的氨含量。测定分析环境空气或废气中氨含量要使用符合国家标准或专业标准的分析试剂，试剂配制应在无氨环境条件下进行。
2.1 仪器与试剂
仪器：10 mL具塞比色管，分光光度计，10 mm光程比色皿。
试剂配制：纳氏试剂配制：搅拌碘化钾溶液的同时将二氯化汞溶液缓慢倒入，至有红色沉淀形成且形成的沉淀不再溶解时加入氢氧化钠溶液，加入剩余的二氯化汞溶液，摇匀后在暗处放置24 h倾出上清液。酒石酸钾钠配制：称取50 g酒石酸钾钠(KNaC4H6O6·4H2O)，将其溶于100 mL的水中，加热煮沸以驱除溶液中的氨，待冷却后定容至100 mL容量瓶中，摇匀。氨标准贮备液配制：称取适量的氯化铵溶解于水中，再将其转移至250 mL的容量瓶中，用水定容到标线，摇匀。氨标准使用液：准确吸取5.00 mL氨标准溶液于250 mL容量瓶中，用水稀释至标线并摇匀。
2.2 标准曲线的制备
取7支比色管分别加入标准溶液0.00、0.10、0.30、0.50、1.50、2.00 mL，其所对应的氨含量分别为0、2、6、10、30、40 ug，用水稀释至刻度线，再向各比色管中分别加入0.50 mL的酒石酸钾钠溶液，并加入0.50 mL的纳氏试剂，对其摇晃均匀。静置10 min后，在波长420 nm的环境下，用10 mm比色皿，以水作为参比液来测定标准溶液的吸光度。减掉空白后的吸光度以氨含量为横坐标，其对应的吸光度值为纵坐标来绘制标准曲线，如图1所示。
图1 纳氏试剂分光光度法标准曲线Fig.1 Standard curve of Nessler’s reagent spectrophotometry
2.3 影响因素分析
纳氏试剂：为确保纳氏试剂能够较好地显色，配制试剂时需要控制HgCl2的加入量。一般控制加入量至微量HgI2红色沉淀不再溶解时为止。配制时可在低温加热环境进行反应，目的是为了加快反应速度，防止HgI2红色沉淀的提前出现[5]。
酒石酸钾钠：由于酒石酸钾钠具有络合性，可以与钙、镁、铁等金属离子形成络合物，因此让酒石酸钾钠和这些金属离子形成干扰，从而避免与纳氏试剂的结合，防止形成沉淀，以此来确保最终测定结果的准确性。实验过程中发现，当酒石酸钾钠试剂如果铵盐含量较高时，加热煮沸或加纳氏试剂沉淀不能够彻底除去氨，此时可以加入适量的氢氧化钠溶液，加热煮沸使溶液的体积为20%～30%时，取下冷却至室温后用无氨水稀释到原体积。配制好的酒石酸钾钠冷藏或常温放置均可以，一周之内都可以使用。
实验用水：根据国家标准实验用水为无氨水，但无氨水的制备过程需要时间。将无氨水、超纯水、纯水进行空白对比发现，空白吸光度均未超过国标要求的≤0.030，且差别不大[6]，故本实验采用纯水作为实验用水。
显色时间：氨氮测定在国标中要求显色时间为10 min，但是众多学者发现实际分析过程中合理的显色实验范围在10～30 min内颜色相对比较稳定[7-9]，是比较合理的测量时间段。
3.1 方法检出限
MDL=t(n-1,0.99)×S
(1)
上述公式中：MDL—方法检出限；
n—样品的平行测定次数；
t—自由度为n-1，置信度为99%时的t分布(单侧)；
S—n次平行测定的标准偏差[10]。其中，当n=7，自由度为6，置信度为99%时，t=3.143。将吸收液空白按照样品处理方法进行处理后平行进样7次，按照平行测定的标准偏差来计算方法检出限，测定结果见表1。
表1 方法检出限测定结果 (mg/m3)
3.2 方法精密度
配制氨的标准溶液平行样7个，按照样品处理方法进行处理后分别进行测定，其结果见表2。
表2 精密度测定结果 (mg/m3)
3.3 方法准确度
向已知浓度样品吸收液中加入氨10 ug、20 ug，平行测定7次，测定结果见表3。
表3 样品吸收液加标回收测定结果Tab.3 Sample absorption solution spiked recovery determination results
由表3知，标样测定结果完全满足标准样品的不确定度要求，加标回收率在91.5%～97.9%；
随着氨含量的增加，相对标准偏差降低，即纳氏试剂分光光度法对标准溶液中氨含量较高的测量结果比较准确、稳定，表明该方法对环境空气或废气中氨含量较高时的测定有较好的准确度。
经过实验验证，纳氏试剂风光光度法标准曲线的回归曲线相关系数为0.999 5，线性良好。工业废气中的检出限为0.05 mg/m3，以4倍方法检出限作为测定下限，计算出测定下限为0.2 mg/m3，加标回收率在91.5%～97.9%，对标准溶液中氨含量较高的测量结果比较准确、稳定，符合标准方法要求，因此可采用此方法对环境空气或废气中的氨进行分析测定。
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