氣相分子吸收光譜法在水質無機氮測定中的應用

曲翊

摘? ?要：氣相分子吸收光譜法是一種利用被測組分轉化生成的氣相物質對光的吸收強度與被測組分濃度間的關系來實現測定的監測方法，目前在水質監測中得到應用。本文介紹了氣相分子吸收光譜法的原理和發展歷史，對該技術在水質無機氮檢測中的應用進行了研究，并對該方法的未來發展提出了建議。

關鍵詞：氣相分子吸收光譜法? 水質? 無機氮

1? 氣相分子吸收光譜原理

氣相分子吸收光譜法的理論基礎是朗伯-比爾定律（Lambert-Beer law），是一種利用被測組分轉化生成的氣相物質對光的吸收強度與被測組分濃度間的關系遵循比耳定律來實現測定的監測方法。

基于以上原理，水中的離子或者分子可以通過某種特定化學反應轉化為氣體。氣體分子接收到特定波長的光輻射，很容易產生相應的分子震動。在測定時，可通過反應將被測定成分轉化為對應的某種氣體，選擇合適的波長，利用基態分子對該特征波長的分子振動吸收與濃度成正比的特性，從而得出被測成分的含量[1]。

2? 氣相分子吸收光譜在環境分析中的應用

氣相分子吸收光譜法具有測定成分濃度范圍寬， 測定結果準確可靠，抗干擾性強，所用化學試劑少等特點，被測組分從液相轉入氣相的過程是一個簡便快速分離干擾物質的過程， 因而避免了復雜的化學分離手續，無需去除樣品色度和渾濁物的干擾，是一種不產生二次污染的綠色分析技術。氣相分子吸收光譜技術發展至今，已廣泛應用于多種行業的多種檢測項目[2，3]。

早期的氣相分子吸收光譜法，所采用的的檢測工具是原子吸收光譜，缺點是靈敏度低，儀器成本較高。隨著儀器技術的發展，氣相分子吸收光譜采用紫外-可見分光光度計作為主要檢測器， 大幅降低了成本。采用氣相色譜與氣相分子吸收光譜聯用技術，可實現對多種物質的分離測定。氣相分子吸收光譜技術在20世紀80年代末引入我國。首先是由張寒琦使用于氯離子的測定，檢出限為2μg/mL，具有實用性。王聯社等人使用氣相分子吸收光譜法測定水中硫化物，雖檢出限較低，但由于受到水樣干擾，重現性較差。為解決這一問題，臧平安將方法進行改良，設計出專用氣相分子吸收光譜儀。目前， 商業化儀器已可實現對NO2- 、NO3- 、NH3-、S2- 、Cl- 、Br-、I-、SO23-、CN-、Hg+等測定。使用氣相分子吸收光譜法測定水體中亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、氨氮、凱氏氮、總氮、硫化物等水質指標已成為我國環境監測領域的標準方法[4-6]。

3? 氣相分子吸收光譜法在水質無機氮檢測中的應用

目前，適用于凱氏氮、總氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氣及氨氮的常用分析方法有分光光度法、流動注射分析法、離子色譜法、和氣相分子吸收光譜法。分光光度法的優點是操作簡便，易掌握。但顯色劑配置麻煩，有毒有危險（如測亞硝酸鹽氮所用的萘基乙二胺鹽酸鹽對人體有害）。水樣中含氯化物、有機物和碳酸鹽都會干擾吸光度的測定。流動注射分析法的優點是適用于大批量樣品的測定，精度高，效率高。但儀器價格昂貴，維護復雜，且前期準備過程長，不適用于少量樣品的測定。由于流動注射儀進樣管細小，不能直接分析有色、渾濁的水樣，也不適用于高濃度樣品的測定。離子色譜法的優點是可以在一次進樣中同時測定很多項目，但由于有機物能與離子色譜柱親和，不能直接測定含有機物的水體。目前，氣相分子吸收光譜法能很好地解決以上方法的局限性，其配置的流動注射分析系統，采用自動加樣方式，排除了人為偶然誤差，使測定結果更穩定、數據重復性更好。通過控制相對穩定的載氣流，能夠提高分析精度。現將氣相分子吸收光譜技術在水質無機氮分析中的應用介紹如下。

3.1 銨離子

目前采用的測定原理是在堿性條件下可用次溴酸鈉將水樣中氨和銨鹽氧化成等量亞硝酸鹽， 通過亞硝酸鹽的氣相分子吸收光譜法測定。該法的檢出限為0.002mg/L，已被國家環保總局確定為我國環境監測的統一方法。

3.2 亞硝酸鹽

利用亞硝酸鈉與鹽酸反應產生的二氧化氮等多種氮氧化物和亞硝酰氯在紫外區能夠產生吸收作用的性質，可實現亞硝酸鹽的氣相分子吸收光譜法檢測。該方法不需要使用易致癌試劑乙二胺二鹽酸鹽，在0.15～0.25 mol/L檸檬酸溶液中使用無水乙醇作催化劑， 可迅速將亞硝酸鹽全部分解成密集的二氧化氮氣體， 通過測定二氧化氮的吸光度確定亞硝酸鹽的含量，該法已被采納為我國環境監測的統一方法。

3.3 硝酸鹽

硝酸鹽可通過多種反應體系轉化為揮發性物質實現氣相分子吸收光譜法測定。利用硝酸鹽與硫酸鈦在室溫下反應， 將硝酸鹽轉化為氨氣， 通過氨氣的氣相分子吸收光譜法檢測間接計算出樣品的硝酸鹽含量。臧平安等用硝酸鹽在鹽酸或濃硫酸條件下下被三氯化鈦還原分解迅速定量生成一氧化氮氣體的性質， 建立了硝酸鹽的氣相分子吸收光譜法， 該方法已納為環境監測的行業標準。

3.4 氨氮

將被測水樣加入稀HCl、乙醇催化劑及氧化劑，通過化學反應生成NO2 氣體，利用氣液分離裝置將反應氣體轉入氣相載入吸光管，使用NH3- N 或亞硝酸鹽氮標準溶液制作一條NH3- N 除亞氮法曲線，通過軟件控制，還可同步測定出被測水樣的亞硝酸鹽氮和NH3- N含量。

4? 氣相分子吸收光譜的未來發展方向

氣相分子吸收光譜法自誕生至今已有雖已有40多年的歷史，但其在常規監測領域的應用有限， 但還沒有得到有效推廣。現階段，推廣的難點是儀器所做項目有限，檢出限較高，某些項目的反應速率較慢。針對以上問題，氣相分子吸收光譜法在以下幾個方面仍有改進的余地，應加強如下的研究：

（1）建立多通道分析技術，進一步簡化操作過程，加強聯用技術。

（2）建立新的反應體系， 開發新測定項目，拓展氣相分子吸收光譜法的應用范圍。

（3）加強預富集技術，提高富集效率和抗干擾能力，進一步提高方法的靈敏度，降低檢出限。

參考文獻

[1] CRESSER M.S， ISAACSON P.J . The analytical potential of gas-phase molecular absorption spectrometry for the determination of anions in solution[J]. Talanta，1976 （23）：885-888.

[2] 環境保護部科技標準司.水質硝酸鹽氮的測定：GB 7480-1987 酚二磺酸分光光度[S].北京：中國環境科學出版社，1987.

[3] 環境保護部科技標準司.水質硝酸鹽氮的測定：HJ /T 346 - 2007 紫外分光光度法.[S].北京：中國環境科學出版社，2007.

[4] 張寒琦，趙麗巍，袁湘林，等.二氧化硫的氣態分子吸收法測定[J].吉林大學：自然科學學報，1996，3（8）：79-82.

[5] 王聯社，周鵬，鄭迪英，等.氣態-紫外分光度法則定水和廢水中硫化物[J].分析化學，1993，21（4）：425-427.

[6] 國家環境保護總局《水和廢水監測分析方法》編委會水和廢水監測分析方法[M].4版.北京：中國環境科學出版社， 2006.