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。
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。
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。
1.3.1 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。
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。
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]。
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
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
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
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
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
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
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]。