氣相分子吸收光譜法與連續(xù)流動法測定總氮的研究

何嘉偉，丘浚

（廣東省東莞生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，廣東東莞 523000）

總氮是水中各種形態(tài)無機氮（NH+、NO-、NO-423等）和有機氮（蛋白質、氨基酸、有機胺等）的總量。水體中總氮的來源極其復雜，除了生態(tài)系統(tǒng)中氮循環(huán)本身的物理化學作用和生物轉換，還有人類活動產生的一些污染。而在合適的氮磷比條件下，又會誘發(fā)水體富營養(yǎng)化，威脅水中魚類的生存，因此總氮是日常監(jiān)測的重要指標之一。目前，水中總氮的測定方法有堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法[1]、氣相分子吸收光譜法[2]、連續(xù)流動-鹽酸萘乙二胺分光光度法[3]等。本文根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測分析方法標準制訂技術導則》（HJ 168—2020）[4]，進一步確認氣相分子吸收光譜法和連續(xù)流動注射法測定總氮的科學性和可靠性，通過分析實際應用過程中各種方法的優(yōu)缺點與分析效率，為環(huán)境監(jiān)測中總氮分析提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

無氨水，純水機自制；三氯化鈦、硫酸、鹽酸、四硼酸鈉、過硫酸鉀、硼酸、氯化鈉、硫酸鈉、氫氧化鈉、咪唑及磺胺，以上試劑均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司；鹽酸萘乙二胺，分析純，羅恩試劑。

1.2 儀器與設備

450型氣相分子吸收光譜儀，上海北裕分析儀器股份有限公司，包括自動進樣器、在線消解模塊、反應模塊、氣液分離器、檢測模塊及數(shù)據(jù)處理單元；AA3全自動連續(xù)流動分析儀，德國SEAL公司，包括自動進樣器，在線高壓鍋，多通道蠕動泵，化學反應模塊，檢測模塊（配備10 mm光程比色皿）及數(shù)據(jù)處理單元。

1.3 實驗方法

1.3.1 標準曲線的繪制

1.3.1.1 氣相分子吸收光譜法曲線配制

準確移取10.00 mL 1 000 mg/L硝酸鹽氮標準溶液到100 mL容量瓶中，用無氨水稀釋至刻度線，得到100 mg/L硝酸鹽氮中間液。準確移取10.00 mL 100 mg/L硝酸鹽氮中間液至500 mL容量瓶中，用無氨水稀釋至刻度線，得到2.00 mg/L硝酸鹽氮標準使用液。將2.00 mg/L硝酸鹽氮標準使用液放置到自動進樣器，進樣器按照程序自動取樣稀釋，稀釋濃度分別為0.00 mg/L、0.10 mg/L、0.20 mg/L、0.40 mg/L、1.00 mg/L和2.00 mg/L。

1.3.1.2 連續(xù)流動-鹽酸萘乙二胺分光光度法標準曲線配制

分別移取 10.00 mL、5.00 mL、3.00 mL、1.00 mL、0.20 mL和0.00 mL硝酸鹽氮標準溶液（100 mg/L）于100 mL容量瓶中，用無氨水稀釋至刻度線，其對應的總氮濃度為10.00 mg/L、5.00 mg/L、3.00 mg/L、1.00 mg/L、0.20 mg/L和0.00 mg/L。將上述標準系列依次倒入自動進樣器的樣品瓶中，進樣器按照程序自動取樣。

1.3.2 檢出限驗證

按照《環(huán)境監(jiān)測分析方法標準制訂技術導則》[4]的相關規(guī)定及樣品分析的全部步驟，配置總氮含量為3倍檢出限（預估）的樣品溶液，重復測定7次。計算7次平行測定的標準偏差及方法檢出限。

1.3.3 精密度驗證

按照《環(huán)境監(jiān)測分析方法標準制訂技術導則》[4]中6.2.2精密度的驗證，選取地表水，按照樣品分析的全部步驟平行測定6次，計算相對標準偏差。

1.3.4 正確度驗證

1.3.4.1 使用有證標準物質驗證正確度

按照《環(huán)境監(jiān)測分析方法標準制訂技術導則》[4]中6.2.3正確度的驗證，分別選取標準樣品203260[（1.41±0.09）mg/L]和 203243[（1.61±0.10）mg/L）]測定，按照樣品分析的全部步驟平行測定6次，計算相對誤差。

1.3.4.2 使用實際樣品加標驗證正確度

按照《環(huán)境監(jiān)測分析方法標準制訂技術導則》[4]中6.2.3正確度的驗證，分別選取標地表水和生活污水加標，按照樣品分析的全部步驟平行測定6次，計算平均值、加標回收率。

2 結果與分析

2.1 標準曲線

由實驗可得，氣相分子吸收光譜法的標準曲線為y=0.0855 4x-0.0007 5，相關系數(shù)R=0.999 3；連續(xù)流動-鹽酸萘乙二胺分光光度法的標準曲線為y=4.673×103x+6.617×103，相關系數(shù)R=1.000 0，符合HJ 667—2013中相關系數(shù)R≥0.995的規(guī)定。

2.2 檢出限

由表1可知，氣相分子吸收光譜法計算的方法檢出限為0.023 6 mg/L，優(yōu)于方法檢出限0.050 mg/L[2]；連續(xù)流動-鹽酸萘乙二胺分光光度法計算的方法檢出限為0.012 6 mg/L，優(yōu)于方法檢出限0.04 mg/L[3]。

表1 檢出限驗證結果

2.3 精密度

由表2可知，氣相分子吸收光譜法相對偏差為2.12%，連續(xù)流動-鹽酸萘乙二胺分光光度法相對標準偏差為1.22%，符合HJ 667—2013中總氮濃度＞1.00 mg/L，允許相對偏差≤5%的規(guī)定。

表2 精密度驗證結果

2.4 正確度

由氣相分子吸收光譜法和連續(xù)流動-鹽酸萘乙二胺分光光度法有證標準物質驗證結果可知，結果均符合標樣證書的不確定度要求（表3）。分別選擇用地表水、生活污水、地下水的樣品進行加標實驗，加標回收率為96.3%～101.0%，符合HJ 667—2013中加標回收率應在80%～120%的要求，詳見表4。

表3 正確度驗證（有證標準物質）

表4 正確度驗證（實際樣品加標）

2.5 方法選用

2.5.1 方法之間優(yōu)缺點分析

通過以下3種總氮測定方法的實際運用，總結出各種方法之間的優(yōu)缺點[6]，具體見表5。3種方法準確性好，操作簡單，但自動化程度和單個樣品分析時間存在較大的差異，為了更好地完成各種分析任務，可根據(jù)樣品的數(shù)量來選擇合適的分析方法，從而提高工作效率。

表5 各種方法之間的優(yōu)缺點分析

2.5.2 方法效率分析

氣相分子吸收光譜法適用于地表水、水庫、湖泊和江河水中總氮的測定，檢出限為0.050 mg/L[2]。氣相分子吸收光譜法分析過程，儀器預熱需要至少30 min，每個樣品在線消解及分析時間為6 min，假設樣品為x個，質控為實驗室平行、實際樣品加標和中間點校準各為10%，標準曲線點為8個，實驗室空白2個，質控樣1個，完成后清洗時間約為15 min，總分析時間為y1，則y1=111+7.8x。

連續(xù)流動-鹽酸萘乙二胺分光光度法適用于地表水、地下水、生活污水和工業(yè)廢水總氮的測定，檢出限為0.04 mg/L[3]。連續(xù)流動-鹽酸萘乙二胺分光光度法儀器預熱及跑基線需要至少60 min，在線消解及分析時間為40 min，隨后單個樣品分析時間為2 min，假設樣品為x個，質控為實驗室平行、實際樣品加標和中間點校準各為10%，初始杯1個，漂移杯2個，標準曲線點為8個，實驗室空白2個，質控樣1個，完成后清洗時間約為30 min，總分析時間為y2，則y2=158+2.6x。

若y1=y2，x約為9個，說明樣品個數(shù)為9時，氣相分子吸收光譜法分析時間與連續(xù)流動-鹽酸萘乙二胺分光光度法相同；若樣品個數(shù)小于9時，氣相分子吸收光譜法總分析時間小于連續(xù)流動-鹽酸萘乙二胺分光光度法；若樣品個數(shù)大于9時，連續(xù)流動-鹽酸萘乙二胺分光光度法總分析時間小于氣相分子吸收光譜法。

3 結論

通過氣相分子吸收光譜法與連續(xù)流動-鹽酸萘乙二胺分光光度法測定總氮的線性擬合、方法檢出限、精密度、準確度和實際樣品加標等方法的比較，發(fā)現(xiàn)兩種方法的準確度和精密度均能滿足環(huán)境監(jiān)測的要求，穩(wěn)定性較好。在批量分析樣品時，當樣品數(shù)量超過9個，或涉及地下水、生活污水和工業(yè)廢水總氮的測定時，建議選用連續(xù)流動-鹽酸萘乙二胺分光光度法；考慮到樣品性狀較差的地表水，建議選用氣相分子吸收光譜法。