氨氮作为水环境和生活、养殖、工农业生产废水中的重要检测指标之一，主要以游离态氨或铵离子形态存在。为消除色度和浊度对氨氮测定结果的潜在影响，推荐采用絮凝沉淀与预蒸馏两种预处理方法。预蒸馏法操作复杂且需频繁清洗实验玻璃器皿，对于多样本及复杂水样，其工作量比较大[1]；絮凝沉淀后取上清液用经水冲洗过的中速滤纸过滤或进行离心处理，相较而言，离心分离操作方便、快捷。因此，絮凝沉淀+离心分离成为氨氮含量测定前处理的较佳选择[2]，但转速、时间均会影响预处理效果。
目前，絮凝沉淀+离心分离处理的时间和转速包括800 r/min、5 min[3]，2 000 r/min、5 min[4]、3 500 r/min、5 min[5]，4 000 r/min、5 min[6]和 4 000 r/min、3 min[7-8]等，少数采用15 min离心时间[9]。以上研究表明，离心时间集中在3～5 min，转速在800～4 000 r/min。蒋成义等[10]研究认为，低浊度的水样可以不用预处理。俞是聃[11]研究表明，直接比色法测定的氨氮必须是浊度在5 NTU以下的水。当氨氮水样原液中的浊度值低于12 NTU时可直接采用离心法进行水样预先处理[12]。
鉴于离心分离时间和转速组合的多样性及低浊度水样直接监测的可能性，本研究设定不同转速（1 000～4 000 r/min）与时间（1～6 min）的絮凝沉淀+离心分离处理，对高（30 NTU）、中（18 NTU）和低（4.1 NTU）3种浊度的水样进行氨氮含量的直接测定或预处理后测定，筛选出最优处理条件，同时比较不同处理方式对测定结果的影响。
1 材料与方法
1.1 试验材料
3种试验水样浊度分别为4.1、18和30 NTU。
设备和试剂：可见分光光度计，L3660D低速离心机，离心管，pH计，浊度仪（0.1 NTU），比色管，具塞磨口玻璃比色管，移液管，移液枪。无氨水（电导率0.055 μS/cm）；硫代硫酸钠，硫酸锌，酒石酸钾钠，均为分析纯；氯化铵，氢氧化钠为优级纯。
1.2 试验方法
地表水采样后静置30 min，取上层水样带回实验室。取回的水样（原水）进行絮凝沉淀预处理，每100 mL加入1 mL 10%硫酸锌，再滴加25%氢氧化钠溶液至pH为10.5，盖紧管塞剧烈上下摇动5～8次，静置至分层明显后取上清液进行离心分离预处理。显色时环境温度控制在20～25 ℃，时间为10 min。
1.2.1 水样氨氮测定值
设置4种转速（1 000、2 000、3 000、4 000 r/min）和6个时间（1、2、3、4、5、6 min）共24种离心分离预处理方式，预处理4.1、18和30 NTU 3种浊度水样，测定其氨氮含量，用吸光度值表示测定结果。用Grubbs单侧检验法[13]对每个水样6个时间和4种转速测定结果的均值进行检验，检验最大值是否为离群值。
1.2.2 水样氨氮测定值准确度
以絮凝沉淀+离心分离（4 000 r/min，4 min）为预处理方式，对4.1、18和30 NTU 3种浊度水样测定时同时进行加标回收，加标物质为质量体积浓度10 μg/mL的氨氮标准工作溶液，计算其回收率。
1.2.3 不同预处理对水样氨氮测定值的影响
设置原水直接测定、絮凝沉淀、絮凝沉淀+离心分离和离心分离4种预处理方式，根据HJ 535—2009 《水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》要求做校准曲线，计算氨氮含量。
1.3 数据处理
采用Excel 2019软件对数据进行分析。
2 结果与分析
2.1 水样氨氮测定值
由表1可知，4.1、18和30 NTU共3种浊度水样的氨氮含量（吸光度值）测定结果分别在0.183～0.196、0.091～0.096和0.102～0.112。4.1、18和30 NTU水样的最小OD值分别为0.183、0.091和0.102，对应的转速和时间为4 000 r/min，4 min，其中18 NTU的水样4 000 r/min，3与4 min的测定值一样。离心时间1、2 min的测定值比5、6 min大；离心转速1 000、2 000 r/min的测定值比4 000 r/min大。说明短时间（1、2 min）和低转速（1 000、2 000 r/min）悬浮物离心效果差，4 000 r/min，4 min是较佳的离心转速和时间。
表1 水样氨氮含量测定结果 |
| 水样浊度/NTU | 转速/ （r/min） | 吸光度值 | 均值 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 min | 2 min | 3 min | 4 min | 5 min | 6 min | |||
| 4.1 | 1 000 | 0.192 | 0.188 | 0.187 | 0.185 | 0.187 | 0.190 | 0.188 2 |
| 2 000 | 0.186 | 0.186 | 0.193 | 0.188 | 0.193 | 0.196 | 0.190 3 | |
| 3 000 | 0.186 | 0.186 | 0.187 | 0.186 | 0.185 | 0.187 | 0.186 2 | |
| 4 000 | 0.185 | 0.185 | 0.184 | 0.183 | 0.188 | 0.187 | 0.185 3 | |
| 均值 | 0.187 3 | 0.186 3 | 0.187 8 | 0.185 5 | 0.188 3 | 0.190 0 | ||
| 18 | 1 000 | 0.096 | 0.094 | 0.093 | 0.092 | 0.093 | 0.095 | 0.093 8 |
| 2 000 | 0.093 | 0.093 | 0.094 | 0.092 | 0.095 | 0.093 | 0.093 3 | |
| 3 000 | 0.094 | 0.092 | 0.093 | 0.092 | 0.093 | 0.092 | 0.092 7 | |
| 4 000 | 0.093 | 0.092 | 0.091 | 0.091 | 0.093 | 0.093 | 0.092 2 | |
| 均值 | 0.094 0 | 0.092 8 | 0.092 8 | 0.091 8 | 0.093 5 | 0.093 3 | ||
| 30 | 1 000 | 0.112 | 0.109 | 0.106 | 0.104 | 0.107 | 0.107 | 0.107 5 |
| 2 000 | 0.106 | 0.108 | 0.107 | 0.103 | 0.105 | 0.105 | 0.105 7 | |
| 3 000 | 0.108 | 0.105 | 0.104 | 0.103 | 0.103 | 0.105 | 0.104 7 | |
| 4 000 | 0.107 | 0.105 | 0.103 | 0.102 | 0.103 | 0.104 | 0.104 0 | |
| 均值 | 0.108 3 | 0.106 8 | 0.105 0 | 0.103 0 | 0.104 5 | 0.105 3 | ||
|
由表2可知，絮凝沉淀+离心分离预处理时间结果均值检验G6=1.524、1.280、1.563<临界值G0.95（6）=1.822，故3种水样时间结果均值最大值0.1083、0.094 0、0.190 0均非离群值。表明1～6 min内6个时间段预处理后测定结果无明显差异。由表3可知，絮凝沉淀+离心分离预处理转速结果均值检验G4=1.333、1.147、1.258<临界值G0.95（4）=1.463，故3种水样转速结果均值最大值0.107 5、0.093 8、0.190 3均非离群值。表明1 000～4 000 r/min 4种转速预处理后测定结果无明显差异。综合表明，离心分离转速1 000～4 000 r/min和1～6 min组合预处理水样氨氮测定结果均可接受。
表 2 离心分离预处理水样时间结果均值检验 |
| 水样 浊度/NTU | 吸光度值 | 均值 | 标准偏差 | G6 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 min | 2 min | 3 min | 4 min | 5 min | 6 min | ||||
| 30 | 0.108 3 | 0.106 8 | 0.105 0 | 0.103 0 | 0.104 5 | 0.105 3 | 0.105 5 | 0.001 85 | 1.524 |
| 18 | 0.094 0 | 0.092 8 | 0.092 8 | 0.091 8 | 0.093 5 | 0.093 3 | 0.093 0 | 0.000 76 | 1.280 |
| 4.1 | 0.187 3 | 0.186 3 | 0.187 8 | 0.185 5 | 0.188 3 | 0.190 0 | 0.187 5 | 0.001 58 | 1.563 |
表 3 离心分离预处理水样转速结果均值检验 |
| 水样浊度/NTU | 吸光度值 | 均值 | 标准偏差 | G4 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 000 r/min | 2 000 r/min | 3 000 r/min | 4 000 r/min | ||||
| 30 | 0.107 5 | 0.105 7 | 0.104 7 | 0.104 0 | 0.105 5 | 0.051 33 | 1.333 |
| 18 | 0.093 8 | 0.093 3 | 0.092 7 | 0.092 2 | 0.093 0 | 0.070 15 | 1.147 |
| 4.1 | 0.188 2 | 0.190 3 | 0.186 2 | 0.185 3 | 0.187 5 | 0.074 25 | 1.258 |
2.2 水样氨氮测定值准确度
由表4可知，经过絮凝沉淀+离心分离（4 000 r/min，4 min）预处理的3种水样加标回收率在98%～102%，在质控要求范围内，表明该预处理方式氨氮测定结果准确。
表4 絮凝沉淀+离心分离预处理水样加标回收率 |
| 指标 | 水样浊度/NTU | ||
|---|---|---|---|
| 4.1 | 18 | 30 | |
| 样品测定值/μg | 26.1 | 13.0 | 14.4 |
| 加入标准量/mL | 2.0 | 1.0 | 1.0 |
| 加入标准量/μg | 20.0 | 10.0 | 10.0 |
| 测定值/μg | 20.2 | 9.8 | 10.2 |
| 回收率/% | 101 | 98 | 102 |
| 是否合格 | 合格 | 合格 | 合格 |
2.3 不同预处理方式测定的水样氨氮含量
由表5可知，原水直接测定30、18、4.1 NTU水样的氨氮含量分别为1.71、1.69、14.2 mg/L；絮凝沉淀预处理后水样的氨氮含量分别为1.56、1.43、13.5 mg/L；絮凝沉淀+离心分离预处理后水样的氨氮含量分别为1.44、1.30、13.1 mg/L。同一水样3种不同方式预处理测定的氨氮含量从高到低依次为原水>絮凝沉淀>絮凝沉淀+离心分离。为进一步研究单独离心分离预处理对测定结果的影响，废水浊度4.8 NTU水样进行预处理，原水、离心分离、絮凝沉淀和絮凝沉淀+离心分离4种预处理方式测定的水样氨氮含量分别为17.4、17.2、16.8、15.8 mg/L，同一水样4种不同方式预处理测定的氨氮含量从高到低依次为原水>离心分离>絮凝沉淀>絮凝沉淀+离心分离。
表5 不同预处理方式的水样氨氮含量 |
| 预处理方式 | 浊度/NTU | 含量（mg/L） |
|---|---|---|
| 原水 | 30 | 1.71 |
| 18 | 1.69 | |
| 4.1 | 14.20 | |
| 4.8 | 17.40 | |
| 絮凝沉淀 | 5.2 | 1.56 |
| 5.1 | 1.43 | |
| 3.3 | 13.50 | |
| 3.9 | 16.80 | |
| 絮凝沉淀+离心分离（4 000 r/min，4 min） | 0.1 | 1.44 |
| 0.1 | 1.30 | |
| 0.1 | 13.10 | |
| 0.1 | 15.90 | |
| 离心分离（4 000 r/min，4 min） | 4.2 | 17.20 |
3 结论与讨论
本试验在原水经絮凝沉淀后，设置离心转速和时间共24种组合预处理，每种处理测定的氨氮值有所不同，但Grubbs单侧检验结果显示，测定结果均可接受，其中4 000 r/min，4 min是较佳的离心转速和时间；且经絮凝沉淀+离心分离（4 000 r/min、4 min）预处理的3种不同浊度水样加标回收率在98%～102%，均在质控要求范围内，表明水样经絮凝沉淀+离心分离预处理后测定的氨氮结果是准确、可靠的。本研究结果进一步验证了现有离心分离时间在3～5 min、转速在800～4 000 r/min的观点，但具体的离心分离时间和转速参数不确定，导致同一水样在不同实验室之间，甚至同一实验室不同操作人员之间的测定结果存在差异。絮凝沉淀+离心分离预处理水样能促进水样中悬浮物和大部分色度物质沉淀，实际监测中若遇到水样经预处理后上清液呈淡红棕色，用色度补偿消除淡红棕色影响的测定结果与用预蒸馏预处理测定的结果较一致。
针对水样浊度对氨氮测定结果的影响，本研究对现有观点进行了验证。关于低浊度水样可直接测定的观点（浊度<5 NTU），实验结果显示，4.1 NTU水样未经处理时测得氨氮含量为14.2 mg/L，经絮凝沉淀处理后为13.5 mg/L，絮凝沉淀+离心分离处理后为13.1 mg/L，处理与不处理的结果有所区别。此外，对于浊度<12 NTU水样可采用离心法的观点，本研究发现，4.8 NTU水样直接测定、离心分离、絮凝沉淀、絮凝沉淀+离心分离处理的氨氮含量分别为17.4、17.2、16.8和15.9 mg/L；离心处理的结果与原水相差0.2 mg/L，但与絮凝沉淀+离心处理差1.3 mg/L，表明仅离心处理对干扰物的去除效果有限。因此，本研究认为仅采用离心分离进行预处理存在明显的局限性，其干扰物去除不彻底，故不建议作为标准预处理方法。
综上，本研究分析了离心分离转速和时间对氨氮测定结果的影响，结果表明，在絮凝沉淀+离心分离转速组合中，转速4 000 r/min和时间4 min预处理水样测定的氨氮值最小，且加标回收率在98%～102%，符合质控标准；同一水样4种不同方式预处理测定的氨氮含量从高到低依次为原水>离心分离>絮凝沉淀>絮凝沉淀+离心分离，说明絮凝沉淀+离心分离消除水样浊度的预处理效果较佳。