海水中總氮分析方法比對

王敏敏，周玉香，張琪，曾建，洪曄

(江蘇省南通環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇南通 226000)

氮以多種形態(tài)存在，包括游離氨態(tài)氮(NH3-N)、銨鹽態(tài)氮(NH4+-N)、硝酸鹽氮(NO3-N)和亞硝酸鹽氮(NO2-N)等無機(jī)氮和氨基酸、尿素、蛋白質(zhì)等有機(jī)氮。含氮化合物通過物理和生化作用進(jìn)入水體，其含量被用來反映水體受營養(yǎng)物質(zhì)污染的程度。海水中總氮是指可溶性及懸浮顆粒中的含氮量，是海洋環(huán)境狀況的一個(gè)重要指標(biāo)，氮含量控制著海洋生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)過程[1]。

海水鹽度高且組分復(fù)雜，目前測定海水中總氮的分析方法主要有過硫酸鉀氧化法[2]、離子色譜法[3]、高溫氧化-化學(xué)發(fā)光檢測法[4]、連續(xù)流動(dòng)分析法[5]和氣相分子吸收光譜法[6]。過硫酸鉀氧化法是測定海水中總氮的國家標(biāo)準(zhǔn)方法，但該法需人工操作消解樣品，實(shí)驗(yàn)步驟繁瑣，耗時(shí)長[7]，易受試劑選擇、實(shí)驗(yàn)器皿清洗、環(huán)境氨氮等多因素影響，造成空白值偏高。連續(xù)流動(dòng)分析法和氣相分子吸收光譜法均能實(shí)現(xiàn)樣品在線、密閉、全自動(dòng)分析，分析速度快。為探討連續(xù)流動(dòng)分析法和氣相分子吸收光譜法測定海水中總氮結(jié)果的可比性，筆者分別采用連續(xù)流動(dòng)分析法和氣相分子吸收光譜法分析海水中總氮含量，從實(shí)驗(yàn)方法、標(biāo)準(zhǔn)曲線、標(biāo)準(zhǔn)樣品和實(shí)際樣品測定結(jié)果等方面進(jìn)行比對，分析兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，以期為大量海水樣品中總氮的分析提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

氣相分子吸收光譜儀：GMA3386 型，配有XJTN20 總氮在線消解模塊，上海北裕分析儀器有限公司。

全自動(dòng)連續(xù)流動(dòng)化學(xué)分析儀：SAN++型，荷蘭SKALAR 公司。

電子天平：STX1202ZH 型，感量為0.01 g，奧豪斯儀器(常州)有限公司。

超純水機(jī)：MILLI-Q 型，美國密理博公司。

氫氧化鈉、葡萄糖、檸檬酸三鈉、硼酸、氯化銨、氨水、磷酸、磺胺、硼砂、三氯化鈦溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.0%～20.0%)：分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

鹽酸：優(yōu)級(jí)純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

過硫酸鉀：CAS 號(hào)為7727-21-1，德國默克公司。

N-(1-萘基)乙二胺二鹽酸鹽：CAS 號(hào)為1465-25-4，日本東京化成工業(yè)株式會(huì)社。

月桂醇聚氧乙烯醚溶液：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，CAS 號(hào)為9002-92-0，荷蘭SKALAR 公司。

總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液：100 mg/L，編號(hào)為GNMSNO3N-002b-2013，國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

總氮標(biāo)準(zhǔn)樣品：編號(hào)為GSB 07-3168-2014，生態(tài)環(huán)境部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所。

實(shí)驗(yàn)用水為超純水機(jī)提供的高純二次水。

1.2 溶液配制

總氮氧化試劑：(A)稱取12 g 氫氧化鈉，用水溶解，加入40 g 過硫酸鉀，用水定容至1 L；(B)分別稱取2.5 g 葡萄糖、5 g 檸檬酸三鈉，溶于200 mL 鹽酸溶液(1∶2)中。

硼酸試劑：稱取24 g 硼酸溶于1 L 水中。

月桂醇聚氧乙烯醚稀釋液：移取1 mL 月桂醇聚氧乙烯醚溶液于1 L 水中，混合均勻。

氯化銨緩沖溶液：稱取50 g 氯化銨溶解于800 mL 水中，用氨水調(diào)節(jié)pH 至8.2±0.1，用水定容至1 L，加入1 mL 月桂醇聚氧乙烯醚稀釋液。

顯色劑：將150 mL 磷酸用水稀釋至800 mL，加入10 g 磺胺和0.5 gN-(1-萘基)乙二胺二鹽酸鹽，用水定容至1 L。

總氮消解液：分別稱取7 g 過硫酸鉀、1.9 g 硼砂，溶于200 mL 水中，溶解后加入1 g 氫氧化鈉，繼續(xù)溶解。

三氯化鈦鹽酸溶液：將鹽酸、水、三氯化鈦溶液以體積比1∶1∶4 混合均勻。

總氮系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：取適量的總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液，用超純水稀釋成質(zhì)量濃度為20 mg/L 的總氮標(biāo)準(zhǔn)中間液，依次移取1.00、5.00、10.00、15.00、20.00、25.00、50.00 mL 總氮標(biāo)準(zhǔn)中間液，分別置于7 只100 mL 容量瓶中，用水定容至標(biāo)線、搖勻，配制成質(zhì)量濃度分別為0.20、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、10.0 mg/L 的總氮系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.3 儀器工作條件

1.3.1 氣相分子吸收光譜儀

鎘空心陰極燈；載氣：氮?dú)?，流量?.5 L/min；工作波長：214.4 nm；讀數(shù)方式：峰高；延遲時(shí)間：25 s；測量時(shí)間：20 s。

1.3.2 全自動(dòng)連續(xù)流動(dòng)化學(xué)分析儀

溫度：110 ℃；檢測波長：540 nm；泵速：25 r/min；模塊進(jìn)樣時(shí)間：80 s；沖洗時(shí)間：160 s；起始忽略時(shí)間：900 s；最長追蹤時(shí)間：1 800 s。

1.4 樣品采集與預(yù)處理

選擇6 個(gè)點(diǎn)位采集海水樣品，按GB 17378—2007 《海洋監(jiān)測規(guī)范》)[2]要求采集、貯存和運(yùn)輸，采樣前檢查樣品瓶的本底空白。樣品采集后，加入濃硫酸使樣品pH 值小于2，并立即送往實(shí)驗(yàn)室。檢測前將采集好的樣品搖勻，用20 g/L 氫氧化鈉或0.5 mol/L 硫酸調(diào)節(jié)pH 值為5～9。

1.5 實(shí)驗(yàn)方法

分別采用HJ 667—2013[8]和HJ/T 199—2005[9]方法測定。啟動(dòng)儀器預(yù)熱，取適量待測試樣于樣品反應(yīng)瓶中，在進(jìn)液管中加入對應(yīng)試劑，在軟件上編輯空白溶液、總氮系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液濃度點(diǎn)及待測樣品編號(hào)，儀器自動(dòng)進(jìn)樣分析并擬合標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，計(jì)算海水樣品中總氮含量。

連續(xù)流動(dòng)分析法中樣品與試劑在蠕動(dòng)泵的推動(dòng)下進(jìn)入化學(xué)反應(yīng)模塊，在密閉的管路中連續(xù)流動(dòng)、混合，經(jīng)堿性過硫酸鉀氧化、紫外在線消解，氮元素全部轉(zhuǎn)化為硝酸根離子[10]，硝酸根離子經(jīng)過鎘銅柱被還原成亞硝酸鹽[11]，再通過Griess 偶聯(lián)反應(yīng)[12]檢測硝酸鹽含量，測定540 nm 波長處的吸光度。氣相分子吸收光譜法經(jīng)紫外在線消解，由三氯化鈦溶液還原硝酸根離子，生成一氧化氮，測定一氧化氮?dú)怏w于214.4 nm 波長處的吸光度，測得的吸光度與硝酸鹽氮濃度遵守朗伯-比耳定律[13-14]。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線比較

分別采用連續(xù)流動(dòng)分析法、氣相分子吸收光譜法檢測總氮系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，以總氮質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)(x)、以儀器峰高值為縱坐標(biāo)(y)，擬合標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，計(jì)算線性方程和相關(guān)系數(shù)，結(jié)果見表1。由表1 可知，兩種方法在一定的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)線性良好。

表1 兩種分析方法的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

2.2 方法檢出限

在純水樣品中加入適量總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液，平行配制7 份總氮質(zhì)量濃度為0.20 mg/L 的加標(biāo)樣品，分別采用連續(xù)流動(dòng)分析法和氣相分子吸收光譜法測定，計(jì)算方法檢出限[15]，結(jié)果見表2。由表2 可知，連續(xù)流動(dòng)分析法測定總氮的檢出限為0.016 mg/L，氣相分子吸收光譜法測定總氮的檢出限為0.010 mg/L。

表2 檢出限試驗(yàn)結(jié)果

2.3 有證標(biāo)準(zhǔn)樣品分析

分別用連續(xù)流動(dòng)分析法和氣相分子吸收光譜法對兩種總氮標(biāo)準(zhǔn)樣品(批號(hào)分別為203269、203271)平行測定6 次，結(jié)果見表3。由表3 可知，兩種方法的測定值均在標(biāo)準(zhǔn)值不確定度范圍內(nèi)，相對誤差均小于5%，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于2%，滿足精密度和準(zhǔn)確度要求。不論是總氮質(zhì)量濃度高(4.30 mg/L)的樣品，還是總氮質(zhì)量濃度低(0.525 mg/L)的樣品，氣相分子吸收光譜法的精密度均優(yōu)于連續(xù)流動(dòng)分析法，但對于總氮質(zhì)量濃度高的樣品，連續(xù)流動(dòng)分析法的準(zhǔn)確度優(yōu)于氣相分子吸收光譜法，對于總氮質(zhì)量濃度低的樣品，氣相分子吸收光譜法的準(zhǔn)確度優(yōu)于連續(xù)流動(dòng)分析法。

表3 有證標(biāo)準(zhǔn)樣品測定結(jié)果

2.4 實(shí)際樣品分析

選取6 份海水樣品，分別采用連續(xù)流動(dòng)分析法和氣相分子吸收光譜法測定總氮質(zhì)量濃度，結(jié)果見表4。由表4 可知，兩種方法測定結(jié)果的相對偏差為0.8%～4.0%，滿足分析要求。

表4 海水樣品測定結(jié)果

利用SPSS20.0 軟件對連續(xù)流動(dòng)分析法和氣相分子吸收光譜法測定海水樣品總氮結(jié)果進(jìn)行t檢驗(yàn)，結(jié)果見表5。由表5 可知，兩種方法的相關(guān)系數(shù)為0.993，結(jié)果呈顯著相關(guān)。計(jì)算t= 0.745，查表得t0.05，5= 2.571，則t＜t0.05，5，說明兩種方法測定結(jié)果的準(zhǔn)確度無顯著性差異。

表5 實(shí)際海水樣品檢測數(shù)據(jù)t 檢驗(yàn)結(jié)果

2.5 加標(biāo)回收試驗(yàn)

在實(shí)際海水樣品中加入適量總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制加標(biāo)樣品，分別采用連續(xù)流動(dòng)分析法和氣相分子吸收光譜法進(jìn)行測定，結(jié)果見表6。由表6 可知，兩種方法的加標(biāo)回收率分別為95.5%和97.8%，均滿足水質(zhì)監(jiān)測質(zhì)量控制要求90%～110%[16]，說明兩種方法均適合海水樣品中總氮分析。

表6 加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

2.6 比對結(jié)果

連續(xù)流動(dòng)分析法和氣相分子吸收光譜法比對結(jié)果見表7。由表7 可知，連續(xù)流動(dòng)分析法操作步驟復(fù)雜，影響因素較多。氣相分子吸收光譜法檢出限低，試劑品種較少，操作簡便，實(shí)驗(yàn)時(shí)間短，影響因素少。

表7 連續(xù)流動(dòng)分析法和氣相分子吸收光譜法比對結(jié)果

3 結(jié)語

采用連續(xù)流動(dòng)分析法和氣相分子吸收光譜法測定海水中總氮，不需要手工預(yù)處理樣品，可直接上機(jī)分析，線性關(guān)系良好，方法檢出限低，重現(xiàn)性好。兩種方法對標(biāo)準(zhǔn)樣品的測定值均在標(biāo)準(zhǔn)值不確定范圍內(nèi)，對實(shí)際海水樣品的測定結(jié)果具有較好的一致性，方法準(zhǔn)確度高。相比連續(xù)流動(dòng)分析法，氣相分子吸收光譜法更簡便，對于總氮質(zhì)量濃度低的樣品，其準(zhǔn)確度和精密度均較理想，滿足海洋環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，具有一定推廣價(jià)值。氣相分子吸收光譜法可以中途增加樣品量，對總氮質(zhì)量濃度超出線性范圍的樣品，儀器可自動(dòng)稀釋，減少了等待時(shí)間，提高了檢測效率[19]。