不同消解方式對氣相分子吸收光譜法檢測總氮的影響

王 非

(河北省水文勘測研究中心，石家莊 050031)

1 引言

水中的總氮主要以無機氮(NO3-、NO2-和NH4+) 和有機氮(蛋白質(zhì)、氨基酸和有機胺)的形式存在，近年來，隨著工業(yè)發(fā)展和人類活動的加劇，使水中的總氮含量增加，而對總氮含量進行測定，有助于評價水體污染狀況，衡量水質(zhì)富營養(yǎng)化現(xiàn)象[1]。目前, 水中總氮的測定方法較多。氣相分子吸收光譜法相對于其他方法，使用試劑少，并且不使用有毒試劑，不受待測水樣濁度影響，準(zhǔn)確性和重復(fù)性較好，計算簡便，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水質(zhì)中總氮的測定[2-4]。在水質(zhì)總氮測定的過程中，消解是影響測定指標(biāo)的關(guān)鍵因素之一，不同的消解方法，操作難度不同，消解效果也有所差異[5]。本研究采用儀器消解和手工消解兩種方式對水質(zhì)樣品進行消解，通過比較不同消解方式對總氮消解效果的影響，為利用氣相分子吸收法測定水質(zhì)總氮時消解方式的選擇提供參考。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

AJ-3700型氣相分子吸收光譜儀，AJ-200型總氮紫外消解器(上海安杰環(huán)保科技股份有限公司)。

總氮載流液: 將12mol/L鹽酸稀釋至6mol/L，于500mL試劑瓶中，加入250mL的6mol/L鹽酸、100mL的0.15g/mL三氯化鈦和20mL無水乙醇, 密塞充分混合。將其裝入無色透明的試劑瓶中待用；

消解液(堿性過硫酸鉀溶液): 稱取1g 氫氧化鈉、1.9g 四硼酸鈉(硼砂), 溶解于200mL水中，再加入6g過硫酸鉀，密塞充分混合并放氣；

總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液:編號GSB 04-2837-2011(b)，國家有色金屬及電子材料分析測試中心；所有實驗用上均為超純水，所有實驗試劑均為分析純。

2.2 方法依據(jù)及原理

儀器消解：在堿性介質(zhì)中，水樣在95±2℃、紫外線照射下，被過硫酸鹽將水樣中的氨、銨鹽和亞硝酸鹽以及大部分的有機氮化合物氧化成硝酸鹽。

手工消解：水樣置于50mL容量瓶中，加入堿性過硫酸鉀消解液密塞搖勻后，將容量瓶放入高壓蒸汽消毒器中，加熱至蒸汽壓力107.8～127.4kPa，高壓50min消解，冷卻至室溫待測。

在2.5～5mol/L的鹽酸介質(zhì)中，于70℃±2℃溫度下，用三氯化鈦將水樣中硝酸鹽快速還原分解，生成的NO用載氣載入氣相分子吸收光譜儀的吸光管中，測得的吸光度與總氮濃度遵守朗伯比爾定律。

3 結(jié)果與分析

3.1 兩種消解方式實驗操作及工作效率比較

根據(jù)兩種消解方式實驗操作及工作效率的比較，手工消解的優(yōu)勢是消解用儀器設(shè)備簡單，但手工消解操作相對儀器消解步驟多，時間長，消解過程受外界干擾和實驗員經(jīng)驗和水平限制，過程的重復(fù)性較差。自動消解雖然有一定的儀器成本，但每個樣品消解時間幾乎可以忽略，并使得每個樣品從上機到數(shù)據(jù)產(chǎn)出僅需幾分鐘時間，大大提高了工作效率。并且儀器消解的自動化較強，避免了人工干擾，保證了測定結(jié)果的一致性和可靠性(表1)。

表1 兩種消解方式比較

3.2 兩種消解方法的準(zhǔn)確度及精密度比較

分別稱取標(biāo)準(zhǔn)樣品各5份，利用儀器消解，手工消解兩種方法，分別進行消解實驗，消解后均使用1.1所示氣相分子吸收光譜儀進行檢測，測定結(jié)果見表2所示。兩種消解方法對標(biāo)準(zhǔn)樣品1、2、3檢測均有較好的消解效果，測定值均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，準(zhǔn)確性較好。但對于3個標(biāo)準(zhǔn)樣品，儀器消解的精密性均好于手工消解(表2)。

表2 兩種消解方法的準(zhǔn)確度及精密度比較

3.3 實際水質(zhì)樣品的測定

采用兩種消解方法對不同水樣進行消解，每個樣品測定5份，測定結(jié)果見表3。與手工消解相比，儀器消解的精密度較高。尤其在對較低濃度樣本進行檢測時，手工消解測定的精密度較低，而儀器消解效果更好。

表3 實際水質(zhì)樣品測定結(jié)果

3.4 儀器消解方式的優(yōu)化

根據(jù)上述比較的結(jié)果，儀器消解與手工消解相比具有一致性好，精密度高的優(yōu)點，而儀器消解程度與數(shù)據(jù)測定的準(zhǔn)確性有著密切的關(guān)系。消解時間越長，消解越徹底。但消解時間過長也會影響工作效率，延長總體測試時間。為保證完全消解，一般設(shè)置消解時間為5min，為進一步優(yōu)化儀器消解，在保證消解完全的基礎(chǔ)上，盡量減少消解時間，以達到優(yōu)化工作效率的目的。

實驗選取標(biāo)準(zhǔn)樣品1(0.515±0.055mg/L)，在泵的轉(zhuǎn)速和消解管路一致的條件下，通過程序改變紫外燈加熱裝置處的停留時間，分析總氮消解程度與停留時間的關(guān)系。

如圖1所示，紫外燈加熱裝置處的停留時間大于2min，樣品中的總氮基本可以完全消解。為保證完全消解，同時提高測試效率，因此，優(yōu)化消解時間可設(shè)置為2min。

圖1 紫外燈加熱裝置處的停留時間與總氮測定值的關(guān)系

4 結(jié)語

從以上實驗結(jié)果可以看出，利用氣相分子吸收光譜法測量水質(zhì)總氮時，采用儀器消解方法進行消解具有精密度高和準(zhǔn)確度高的特點。并且與手工消解相比，儀器消解所需時間短，前處理環(huán)節(jié)簡便，易于操作，并能大批量的處理樣品, 有效減少人力投入和操作強度，可快速的對實際水樣中的總氮作出準(zhǔn)確分析與評價，并且避免了人工操作不當(dāng)帶來的影響，使檢測的精密度和準(zhǔn)確性也大大提升，同時為更好的提高工作效率，通過消解時間差異分析對儀器消解方式進行了優(yōu)化。