兩種便攜式氨氮檢測儀性能比較

張銳 劉國云 田佩瑤 郭寶石 凌鋒

氨氮(NH3-N)是水體中的主要耗氧污染物之一,能氧化分解消耗水中的溶解氧,使水體發黑發臭。雖然飲用水中的氨氮沒有直接的健康效應,但氨氮在供水系統中,經亞硝化細菌的作用,生成亞硝酸鹽,進入人體內與仲胺結合,生成致癌的二甲基硝銨[1],并且氨氮能夠降低消毒效果。歐洲國家對飲用水中的氨氮濃度有較嚴格的規定,我國《生活飲用水衛生標準》(GB5749-2006)也已將氨氮列為水質非常規檢驗指標,并對其限值作出嚴格要求[2]。水污染事故中,氨氮是主要檢測項目之一,若氨氮超出限值0.05 mg/L表明水體受到污染。隨著科技的發展,分光光度儀和只帶有幾個固定波長的比色計趨于小型化,部分試劑改為固態或小包裝液態試劑,方便將該儀器帶到現場直接進行顯色及測定。目前,國內外推出多種針對水質現場快速檢測的方法和試劑[3-9],多為快速檢測試劑盒和分光光度計,其檢測原理為納氏法或水楊酸法。考慮到納氏試劑毒性大且污染環境,2018年3月,選取兩種水楊酸法原理的便攜式氨氮檢測儀,對其精密度和準確度進行評價,為現場衛生監督及應急檢測提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑 DR900、DR1900型光度計(美國哈希)各三臺、7500型光度計(英國百靈達)三臺、國家二級標準物質氨氮[ρ(NH3-N)=100 mg/L,GBW(E)080220,批號17042]、環保部標準樣品水質氨氮[GSB07-316-2014,(0.698±0.031)mg/L,批號200581]、氨氮試劑包[(氨氮1號試劑片,成分：水楊酸、硝普酸鈉)和(氨氮2號試劑片,成分：氫氧化鋰、次氯酸鈉),百靈達公司,試劑批號8665和8676]、低量程 Test’N Tube AmVerTM管配套的氨氮試劑包[Ammonia Salicylate(試劑1,成分：水楊酸鈉、檸檬酸鈉、酒石酸鈉、亞硝基鐵氰化鈉、3-硝基苯酚)和Ammonia Cyanurate(試劑2,成分：檸檬酸鈉、酒石酸鈉、氫氧化鋰、二氯異腈脲酸鈉),美國哈希公司,批號A7072,A7209]、10 mL比色管[低量程Test’N Tube AmVerTM管(美國哈希公司)],上述試劑和標準物質均在有效期之內。

1.2 方法原理 DR900和DR1900型氨氮檢測儀：水楊酸鹽比色法。氨的化合物與氯結合生成一氯胺。一氯胺與水楊酸鹽反應生成5-氨基水楊酸鹽。在亞硝基鐵氰化鈉催化劑的作用下,5-氨基水楊酸鹽被氧化成為一種藍色的化合物。藍色在呈黃色的過量試劑中使溶液顯綠色,在波長為655 nm下其顏色深度與氨氮濃度成正比。7500型氨氮檢測儀：水楊酸鹽比色法。在堿性并有余氯存在的條件下,氨與水楊酸鹽反應,生成藍綠色的靛酚化合物。反應之后水樣顏色深度與氨氮濃度成正比。用百靈達光度計通過比色原理測得氨氮的濃度。

1.3 方法測定 DR900和DR1900型氨氮檢測儀：①開機,選擇[測量]方式,選擇測定項目[氨氮]低濃度測量范圍(0.02～2.50 mg/L),預熱。②用2.0 mL去離子水作為空白,在比色Test’N Tube AmVerTM反應管中按照儀器說明書加入粉末試劑1和試劑2,混勻,放置20min后,在一定波長下(DR1900型655 nm或DR900型650 nm)進行儀器調零。③取水樣2.0 mL,在 Test’N Tube AmVerTM反應管中按照儀器說明書加入粉末試劑1和試劑2,混勻。反應20 min后測定。在一定波長下(DR1900型655 nm或DR900型650 nm)比色,直接讀取水中氨氮的濃度(mg/L),并記錄吸光度值。7500型氨氮檢測儀：①開機,選擇[測量]方式,選擇測定項目[氨氮](量程為0.01～1.0 mg/L),預熱。②取待測水樣10.0mL于比色瓶中,放入光度計測量室中執行空白測定。③依次向空白管中加入1片氨氮1號和2號試劑片,碾碎、攪拌使之溶解,靜置10 min后,比色測定,結果為mg/L;同時測定650 nm處吸光度值A,應用擬定線性方程求取氨氮濃度值C。

2 結果

2.1 檢測范圍 ①在0～2.5 mg/L范圍內,配制濃度為 0.02、0.05、0.1、0.25、0.5、0.9、1.0、1.5、2.0、2.5 mg/L的氨氮標準系列溶液,應用DR900和DR1900型便攜式氨氮檢測儀測定標準溶液的濃度,并繪制標準曲線。DR900和DR1900型檢測儀的標準曲線在0.02～2.5 mg/L時線性關系均較好,相關系數均(r)=0.999 9,曲線分別為 y=0.4548x+0.003,y=0.6589x+0.0018。②在0～1.0 mg/L范圍內,配制濃度為 0.05、0.1、0.25、0.5、0.9、1.0 mg/L的氨氮標準系列溶液,應用7500型便攜式氨氮檢測儀測定標準溶液的濃度,并繪制標準曲線。7500型檢測儀的標準曲線在0.05～1.0 mg/L時線性關系較好,相關系數(r)=0.999 6,曲線為y=1.168x+0.086。

2.2 檢出限和最低檢出濃度 按照樣品分析的全部步驟,重復21次空白試驗,計算測定結果的標準偏差,按照EPA方法[n=21,t=21-1=20,t(n-1,0.99)=2.528]進行方法檢測限和方法最低檢測濃度計算[4]。以4倍檢出限作為測定下限即最低檢測濃度。①DR900和DR1900型檢測儀的檢出限分別為0.015 mg/L和0.008mg/L,最低檢出濃度分別為0.060mg/L和0.032 mg/L。②7500型檢測儀的檢出限為0.011 mg/L,最低檢出濃度為0.044 mg/L。

2.3 精密度 ①DR900和DR1900型氨氮檢測儀：按照儀器測定氨氮上限濃度2.5mg/L及生活飲用水中氨氮的限值0.5 mg/L,用去離子水加標進行0.25 mg/L、1.0 mg/L、2.0 mg/L濃度的精密度試驗,分別應用DR900和DR1900型儀器各三臺重復測定6次,計算結果的相對標準偏差,本方法的 RSD為0.82%～2.04%之間(表1)。用實際水樣加標進行0.25 mg/L、1.0 mg/L、2.0 mg/L濃度的精密度試驗,分別用DR900型儀器3臺和DR1900型儀器3臺重復測定6次,計算結果的相對標準偏差,本方法的 RSD為0.24%～2.70%之間(表2)。②7500型氨氮檢測儀：按儀器測定氨氮上限濃度1.0 mg/L,用去離子水加標進行0.1 mg/L(低)、0.5mg/L(中)、0.9mg/L(高)的精密度試驗,應用3臺7500型儀器平行測定9次,計算結果的相對標準偏差,本方法的RSD為2.0%～15.5%(表1)。用實際水樣加標進行低(0.1 mg/L)、中(0.5 mg/L)、高(0.8 mg/L)濃度的精密度試驗,7500型儀器重復測定9次,計算結果的相對標準偏差,本方法的RSD為2.8%～10.8%(表2)。

表1 去離子水加標的精密度試驗結果

表2 實際水樣加標的精密度試驗結果

2.4 加標回收率 ①DR900和DR1900型氨氮檢測儀：用實際水樣加標進行0.25 mg/L、1.0 mg/L、2.0 mg/L濃度的加標回收試驗,分別用DR900和DR1900型儀器各三臺重復測定6次,計算加標回收率,本方法的回收率為99.5%～110.0%之間(表3)。②7500型氨氮檢測儀：用實際水樣加標進行0.25 mg/L、0.5 mg/L、0.8 mg/L濃度的加標回收試驗,7500型光度計儀器3臺重復測定9次,計算加標回收率,本方法的回收率為92.8%～122.4%(表3)。

表3 實際水樣加標的回收率試驗結果

2.5 有證標準物質測定 分別應用DR900和DR1900型儀器、7500型儀器測量有證標準物質(表4)。

表4 測量有證標準物質的結果

3 討論

3.1 實驗結果顯示,DR900和 DR1900型儀器和7500型光度計最低檢出濃度均可滿足生活飲用水中氨氮衛生限值0.5 mg/L的檢測要求。用去離子水加標和實際水樣加標進行的精密度實驗：DR900,DR1900型儀器和7500型光度計RSD滿足方法學要求。兩種檢測儀適用于直接取水樣現場檢測水中氨氮。DR900和DR1900型儀器耗材均為一次性,價格較高。實驗中發現不同批次試劑空白會有差異,調零的試劑空白與測試樣品所用試劑應為同一批次,否則可能會影響測試結果。

3.2 結果顯示,DR900和DR1900型儀器實際水樣加標回收率在99.5%～110%之間,測定有證標準物質的結果均值在標準值范圍之內,方法準確度高。7500型光度計實際水樣加標回收率為92.8%～122.4%。測量有證標準物質,均值超出標準值范圍。但是將7500型分光光度計讀取的A650值(0.923和0.898),代入校準曲線y=1.168x+0.086,求得氨氮濃度值分別為0.732 mg/L和0.711 mg/L,結果均值為0.722 mg/L,在標準值范圍內。考慮是內置校準曲線與實際校準曲線有偏差,所以該儀器在測定生活飲用水中氨氮時,應需用有證標準物質進行準確度核查,進行修正測量結果。

3.3 兩種儀器測定原理為水楊酸法,應用過程中發現,顯色后A值與顯色時間密切相關,會隨著時間的延長A值加大,直接讀取濃度數增高,因此,實際測定時,按儀器說明書操作應嚴格控制顯色時間。

3.4 部分實驗數據與相關文獻報道基本相符[10],但是,文中涉及的兩種快速檢測儀均為國外進口儀器,有必要挑選部分國產相關儀器進行實驗評價,為現場衛生監督和應急檢測提供更多參考。