離子色譜法測定地表水中總磷和總氮的含量

韋杰 張怡寧 李玲慧

摘要：本文采用超聲波條件下，紫外光-過氧化氫體系對水樣進(jìn)行氧化消解，并以離子色譜法測定地表水中總氮和總磷的質(zhì)量濃度。該方法避免了國標(biāo)方法中化學(xué)試劑對吸光度的干擾因素，準(zhǔn)確度高、靈敏度高、耗時(shí)短。對實(shí)際水樣進(jìn)行分析，總氮加標(biāo)回收率為97.0%～101%，總磷加標(biāo)回收率為97%～102%。該方法操作簡單方便，選擇性好，相關(guān)性較好，檢出限低，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到分析要求，可用于水中總氮和總磷的分析。

關(guān)鍵詞：離子色譜法;紫外線;過氧化氫;超聲波;總氮;總磷

中圖分類號：X83 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）06-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.06.067

Abstract： In this paper， the water sample was oxidized and digested under ultraviolet light and ultraviolet light-hydrogen peroxide system. The mass concentration of total nitrogen and total phosphorus in surface water was determined by ion chromatography. The method avoids the interference factor of the chemical reagent on the absorbance in the national standard method， and has high accuracy， high sensitivity and short time. The actual water sample was analyzed， the total nitrogen addition standard recovery rate was 97.0%～101%， and the total phosphorus spiked recovery rate was 97%～102%. The method is simple and convenient to operate， has good selectivity， good correlation， low detection limit， and all indexes meet analytical requirements， and can be used for analysis of total nitrogen and total phosphorus in water.

Key words： Ion chromatography; Ultraviolet light; Hydrogen peroxide; Ultrasonic wave; Total nitrogen; Total phosphorus

隨著社會飛速發(fā)展，人類活動對環(huán)境的影響也越來越大。其中水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象已成為重大環(huán)境問題之一，尤其是總磷和總氮濃度過高會直接導(dǎo)致藻類繁殖過度，大量消耗溶解氧，降低水體透明度進(jìn)而影響水中生態(tài)平衡。因此，環(huán)境監(jiān)測中需要準(zhǔn)確高效測定水中總氮和總磷的濃度。堿性過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法和鉬酸銨分光光度法分別是測定水中總氮和總磷的國家標(biāo)準(zhǔn)方法[1-2]。但是實(shí)驗(yàn)室實(shí)際檢測過程發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)方法干擾因素多、步驟繁多、試劑種類多、分析時(shí)間長、涉及高溫高壓作業(yè)等等。經(jīng)典方法一般用堿性過硫酸鉀在高溫高壓下消解水樣，但水樣消解后含有較高濃度的硫酸根離子，對色譜柱使用壽命有較大影響。本文中使用超聲波、紫外光與過氧化氫預(yù)處理體系[3][4][5]對地表水水中含有氮磷的化合物進(jìn)行消解，將水中的含氮化合物氧化成硝酸鹽，含磷化合物氧化成磷酸鹽，而后用離子色譜儀分析，測定水中總氮和總磷的濃度。該處理方法簡單有效，環(huán)境友好，對環(huán)境監(jiān)測中對總磷總氮的檢測有積極意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原理

研究表明[6][7]，過氧化氫在紫外光條件下有大量羥基自由基能快速生成，過程一般如下表示：

在單獨(dú)紫外光或過氧化氫存在下水體中的含磷/氮化合物的氧化消解非常緩慢不徹底。兩者同時(shí)作用于水樣時(shí)便能產(chǎn)生協(xié)同作用產(chǎn)生大量強(qiáng)氧化性、低選擇性的羥基自由基，將水體中各類含磷/氮化合物消解為簡單的磷酸鹽和硝酸鹽，并且不產(chǎn)生二次污染，非常有利于后續(xù)離子色譜的檢測。考慮到超聲波對過氧化氫消解的催化作用以及有利于水樣中固體顆粒的均勻分散作用，也引入超聲波作為輔助手段。

1.2 儀器和試劑

Dionex ICS1500離子色譜儀;科導(dǎo)SK20GT超聲波儀：500W，53kHz;ZW20S19W-Z589紫外燈，波長254nm;普析TU-1950紫外分光光度計(jì);SHIMADZU UV-2700紫外分光光度計(jì);優(yōu)普超純水制造系統(tǒng)：超純水電阻率18.24 MΩ·cm。

30%H2O2溶液;碳酸鈉;碳酸氫鈉;鉬酸銨;酒石酸銻鉀;500 mg/L總氮和500 mg/L總磷標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.3 色譜條件

色譜柱：Donex IonPac AS23（4×250mm）;前置保護(hù)柱：Donex IonPac AG23（4×50mm）;柱溫30℃;抑制器：Dionex AERS 500型（4mm）自動再生抑制器;淋洗液：4.5 mmol/L的碳酸鈉和0.8 mmol/L的碳酸氫鈉混合溶液，流量1.2 mL/min;抑制電流30 mA;進(jìn)樣量25μL。

1.4 樣品的預(yù)處理和測定

地表水樣品采集后保存在干凈的廣口玻璃試劑瓶中。水樣仔細(xì)搖勻后量取25.0mL加入50mL比色管，加入2.00mL過氧化氫溶液，在紫外燈照射下超聲處理40min。取出消解好的水樣，以0.45μm微孔濾頭過濾水樣后放入自動進(jìn)樣器進(jìn)行離子色譜分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 校準(zhǔn)曲線的繪制

按表1、表2配制總磷/總氮標(biāo)準(zhǔn)曲線，按照本試驗(yàn)方法以離子色譜法測定。以峰面積響應(yīng)值作線性回歸。線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)見上表。可見在給定濃度范圍，總磷和總氮都呈現(xiàn)良好線性關(guān)系。

2.2 檢出限試驗(yàn)

根據(jù)環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)[8]，配制濃度為0.016mg/L的總磷和濃度為0.16mg/L的總氮混合溶液，按照上述消解方法處理后進(jìn)行7次低濃度樣品平行測定，按以下公式MDL=t（n-1，0.9）×S測定計(jì)算檢出限（查t值表得n=7時(shí)t=3.143.）。測得水樣中總氮濃度（mg/L）分別為：0.157、0.157、0.158、0.155、0.158、0.158、0.156，標(biāo)準(zhǔn)偏差：1.15E-03，檢出限0.004mg/L;總磷濃度（mg/L）分別為：0.016、0.015、0.016、0.016、0.016、0.016、0.016，標(biāo)準(zhǔn)偏差：3.78E-04，檢出限0.001mg/。實(shí)驗(yàn)表明，本方法中總氮、總磷檢出限均低于國標(biāo)法檢出限，完全滿足地表水測定對總磷總氮的限值要求。

2.3 準(zhǔn)確度和精密度試驗(yàn)

分別以國標(biāo)法和本試驗(yàn)方法對總磷質(zhì)控樣203969（0.392±0.018mg/L）和總氮質(zhì)控樣203241（1.24±0.09mg/L）進(jìn)行6次平行樣測定，測定結(jié)果見表3。質(zhì)控樣測定結(jié)果均在質(zhì)控范圍內(nèi)，與標(biāo)準(zhǔn)方法相比，變異系數(shù)較小，表明該方法精密度優(yōu)于經(jīng)典方法。

2.4 實(shí)際水樣測定

采集5組環(huán)境地表水水樣各四份，一份按照上述消解方法處理后測定;第二份取水樣100mL，加入總磷/總氮混合標(biāo)準(zhǔn)溶液2.00mL，加標(biāo)量分別為0.100mg/L、1.00mg/L，按上述方法處理后測定;另兩份水樣按照GB11893-89和HJ 636-2012方法分別測定總磷和總氮含量。測定結(jié)果見表4、表5。試驗(yàn)結(jié)果表明總氮的加標(biāo)回收率在97.0%～101%之間，總磷的加標(biāo)回收率在97.0%～102%。

3 結(jié)論

本文主張采用超聲波條件下，以紫外光-過氧化氫對水樣消解，再以離子色譜法測定地表水中的總磷和總氮。通過與國標(biāo)法測定結(jié)果對比表明，本方法總磷/總氮的校準(zhǔn)曲線線性良好、回收率良好、準(zhǔn)確度精密度均優(yōu)于經(jīng)典方法，并且涉及的實(shí)驗(yàn)操作簡單方便，不涉及有毒高污染試劑，對環(huán)境友好，在對生態(tài)環(huán)境越來越重視的當(dāng)下，采用低污染高效率的方法改良傳統(tǒng)監(jiān)測手段是非常有必要的。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2019-03-20

作者簡介：韋杰（1981-），男，漢族，本科學(xué)歷，助理工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測。