氨氮（非离子氨）检测

氨氮（Ammonia Nitrogen, NH₃-N）是水质监测中一项极其重要的指标，主要指水体中以游离氨（NH₃，即非离子氨）和铵离子（NH₄⁺）形式存在的氮的总和。其中，非离子氨（NH₃）由于其分子状态不带电荷，具有极强的脂溶性，能迅速穿透生物细胞膜，对水生生物（尤其是鱼类）具有极大的毒性。水体中氨氮的浓度及非离子氨所占的比例，直接关系到水体的富营养化程度和水生生态系统的健康，是评价水体污染状况和判定处理效果的关键参数。因此，准确检测氨氮总量并特别关注非离子氨的含量，对于环境保护、水产养殖、饮用水安全及污水处理等领域至关重要。

检测项目

氨氮检测的核心项目是测定水体样品中氨氮的总浓度（以N计，mg/L）。在此基础上，根据水质评价或风险评估需求，特别是涉及对水生生物毒性的考量时，需要重点关注并计算非离子氨（NH₃）的浓度。非离子氨的浓度并非直接测出，而是通过测定总氨氮浓度，并结合水样的温度、pH值以及离子强度（通常以盐度或总溶解固体TDS近似）等参数，依据氨在水体中电离平衡的热力学关系（NH₃ + H⁺ ⇌ NH₄⁺）计算得出。

检测仪器

氨氮检测常用以下仪器设备：

• 分光光度计： 最核心的检测仪器，用于测量显色反应后溶液的吸光度。需配备特定波长的光源（如纳氏试剂法常用420nm，水杨酸-次氯酸盐法常用697nm）。
• pH计： 精密测量水样pH值，用于非离子氨浓度的计算。测量精度至关重要。
• 温度计或恒温水浴锅： 精确测量水样温度（℃），同样是计算非离子氨的关键参数。
• 实验室常用玻璃器皿： 比色管（或比色皿）、容量瓶、移液管、滴定管、锥形瓶等。
• 蒸馏装置或消解装置： 对于含有干扰物质（如余氯、硫化物、有机物、钙镁等金属离子）或需测定凯氏氮的样品，可能需要进行预蒸馏或消解处理。
• 离子选择电极（氨气敏电极）： 另一种常用方法，可直接测量水样中的氨氮浓度。
• 流动注射分析仪（FIA）/连续流动分析仪（CFA）： 用于大批量样品的自动化分析。

检测方法

氨氮的实验室标准检测方法主要有以下几种：

1. 纳氏试剂分光光度法： 这是最经典和应用最广泛的方法。原理是水样中的氨氮在碱性条件下与纳氏试剂（碘化汞和碘化钾的强碱溶液）反应生成淡红棕色胶态络合物（碘化氨基氧汞），其色度与氨氮含量成正比，在波长420nm处测量吸光度。该方法操作简便、灵敏度较高，但试剂含剧毒汞，需谨慎处置废液，且易受钙镁等金属离子、浊度、色度及部分有机物干扰，必要时需进行预蒸馏。
2. 水杨酸-次氯酸盐分光光度法： 在亚硝基铁氰化钠存在下，水样中的氨氮在碱性介质中与水杨酸盐和次氯酸盐反应生成蓝色化合物（靛酚蓝），在波长697nm处测量吸光度。此方法灵敏度高，显色稳定，且不使用汞盐，相对环保，是纳氏试剂法的良好替代。但操作步骤稍多，需严格控制试剂加入顺序和反应时间。
3. 氨气敏电极法： 利用氨气敏电极（通常为pH玻璃电极和参比电极复合，外部套有疏水透气膜和NH₄Cl内充液）测量水样中溶解的氨气分压。向水样中加入强碱（如NaOH）将离子氨转化为分子氨（NH₃），NH₃扩散通过透气膜，导致内充液pH改变，电极响应的mV值与氨氮浓度对数呈线性关系。此法选择性好，抗干扰能力强（尤其适用于有色、浑浊样品），测量范围宽，操作快捷。
4. 滴定法（蒸馏后滴定）： 对于浓度较高的水样（>5mg/L），可先将水样调节至中性，加入氧化镁使其呈微碱性进行蒸馏，馏出液吸收于硼酸溶液中，然后用标准酸溶液（如硫酸）滴定馏出液。该方法设备简单，但步骤繁琐，精度相对较低，主要用于高浓度样品或作为其他方法的辅助验证。

非离子氨浓度的计算： 在准确测定总氨氮浓度（C_TAN）后，根据实测水样温度（T, °C）和pH值，利用以下公式（基于氨的电离平衡常数K_b及其温度依赖性）计算非离子氨浓度（C_NH3）： C_NH3 = C_TAN / (1 + 10^{(pKa - pH)})

其中，pKa = 0.09018 + (2729.92 / (T + 273.15))。许多标准方法中会提供不同温度和pH值下非离子氨占总氨氮比例（α）的查找表或计算公式，简化计算过程。

检测标准

国内外对氨氮（非离子氨）检测制定了严格的标准方法，以确保数据的准确性和可比性，主要参考标准包括：

• 中国国家标准（GB）和环境保护标准（HJ）：
  • HJ 535-2009 《水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》（推荐方法）
  • HJ 536-2009 《水质 氨氮的测定 水杨酸分光光度法》（推荐方法）
  • GB 17378.4-2007 《海洋监测规范 第4部分：海水分析》中氨氮的测定方法（含纳氏试剂法和次溴酸盐氧化法）
  • GB/T 5750.5-2006 《生活饮用水标准检验方法 无机非金属指标》中氨氮的测定（含纳氏试剂法、酚盐法、水杨酸盐法）
  • 《水和废水监测分析方法》（第四版增补版）国家环境保护总局编（含多种氨氮测定方法）
• 国际标准（ISO）：
  • ISO 5664:1984 《水质 - 铵的测定 - 蒸馏滴定法》
  • ISO 7150-1:1984 《水质 - 铵的测定 - 第1部分：手动分光光度法》
  • ISO 11732:2005 《水质 - 铵氮的测定 - 流动分析（CFA和FIA）和光谱检测法》
• 美国环保署（EPA）标准方法：
  • EPA 350.1： 分光光度法（适用于水、废水、盐水）
  • EPA 350.2： 滴定法（适用于高浓度废水）
  • EPA 350.3： 电极法

这些标准详细规定了检测方法的适用范围、原理、干扰及消除、试剂与材料、仪器设备、样品采集与保存、分析步骤（含校准曲线绘制）、结果计算（特别强调非离子氨的计算方法）、质量保证与控制（QA/QC）、精密度和准确度等要求，是进行规范检测的根本依据。

进行氨氮（非离子氨）检测时，必须严格按照所选标准方法操作，特别注意样品采集的代表性与保存（通常需冷藏、加酸固定），实验过程的质控（空白、平行样、加标回收率），以及对计算非离子氨所需的关键参数（温度、pH）进行准确测量。只有这样，才能获得可靠的数据，为水质管理与生态保护提供科学支撑。非离子氨因其极高的生物毒性