高壓密封消解-流動(dòng)注射同時(shí)測(cè)定海水中總氮和總磷

陳克紅，張晴，劉展新，王敏

(連云港市海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心，江蘇 連云港 222000)

隨著近岸養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，海水養(yǎng)殖過程中形成的營(yíng)養(yǎng)鹽和污染物對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響，成為海水富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因。總氮和總磷是衡量水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化的重要指標(biāo)之一[1]，因此在環(huán)境監(jiān)測(cè)中建立一種快速、簡(jiǎn)便的測(cè)定總氮和總磷的方法意義重大。與傳統(tǒng)的《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB/T 12763.4—2007)中總氮和總磷樣品測(cè)定方法相比[2-4]，現(xiàn)采用特制聚四氟乙烯密封消解罐取代比色管進(jìn)行消解，通過壓力蒸汽滅菌鍋精確控制消解溫度及時(shí)間，解決了比色管的磨口塞在高溫高壓時(shí)容易彈出、消解氣體容易逸出、傳統(tǒng)壓力鍋的時(shí)間及溫度難以準(zhǔn)確控制，造成數(shù)據(jù)誤差的問題，通過高壓消解鍋一次性消解水樣后，經(jīng)流動(dòng)注射檢測(cè)單元同時(shí)測(cè)定海水中的總氮和總磷，操作簡(jiǎn)單、測(cè)定快速、響應(yīng)靈敏、消解完全、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，可一次性消解大批水樣，適用于大量快速測(cè)定海水中的總氮和總磷[5-10]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

水樣在高壓消解鍋中，在堿性條件下，經(jīng)過硫酸鉀氧化后，水質(zhì)中的無機(jī)氮和有機(jī)氮均被氧化成硝酸鹽，在酸性條件下，有機(jī)磷和無機(jī)磷被過硫酸鉀氧化為正磷酸鹽。消解后的水樣被自動(dòng)進(jìn)樣器分別吸入總氮、總磷分析模塊，總氮水樣進(jìn)入銅-鎘還原柱后，硝酸鹽被還原為亞硝酸鹽，與磺胺/N-(1-萘基)-乙二胺鹽酸鹽(NEDD)反應(yīng)生成紅色絡(luò)合物,在波長(zhǎng)550 nm處測(cè)定；總磷水樣中的正磷酸根與鉬酸鹽反應(yīng)生成磷鉬雜多酸 ,被抗壞血酸還原后 ,形成藍(lán)色絡(luò)合物 ,在波長(zhǎng)800 nm處測(cè)定。

1.2 儀器與試劑

1.2.1 儀器

QUAATRO型流動(dòng)注射分析儀(德國(guó)SEAL公司)；BKQ-B75Ⅱ型壓力蒸汽滅菌鍋(山東博科科學(xué)儀器有限公司)；100 mL聚四氟乙烯密封消解罐(南京濱正紅儀器有限公司)。

1.2.2 試劑

實(shí)驗(yàn)中所用試劑見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)用試劑①

① “國(guó)藥”為國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，“阿拉丁”為上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2.3 試劑配制

氧化劑：將9.0 g氫氧化鈉溶于700 mL水中，加入40.0 g過硫酸鉀，攪拌溶解后，用超純水定容至1 000 mL。

咪唑溶液：將15.0 g咪唑溶于500 mL水中，加入2.0 mL硫酸、0.25%的硫酸銅溶液0.3 mL、50%的聚氧乙烯-8-辛基苯基醚1.0 mL，用超純水定容至500 mL。

磺胺溶液：取5.0 g磺胺溶于200 mL水中，加入50 mL鹽酸，用超純水定容至500 mL。

顯色劑：取0.5 g N-1-萘基乙二胺二鹽酸溶于水中，加入5 mL鹽酸和1 mL 50%的聚氧乙烯-8-辛基苯基醚，用超純水定容至500 mL。

鉬酸鈉溶液：取鉬酸鈉4.5 g，酒石酸銻鉀0.09 g溶于水中，加入25 mL硫酸和1 mL十二烷基硫酸鹽二苯氧鈉(FFD6)，用超純水定容至500 mL。

抗壞血酸：取抗壞血酸12.0 g，加入 1 mL十二烷基硫酸鹽二苯氧鈉(FFD6)，用超純水定容至500 mL。

實(shí)驗(yàn)用水為超純水(25 ℃，18.2 MΩ·cm)。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 樣品保存與預(yù)處理

水樣采集后儲(chǔ)存于玻璃瓶，低于4 ℃冷藏保存，并于24 h內(nèi)完成測(cè)定。清潔水樣搖勻后直接取樣分析，水樣混濁有沉淀時(shí)，因流動(dòng)注射管路較細(xì)，為防止堵塞，可將水樣以8 000 r/min離心10 min后再測(cè)定。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線配制

將500.0 mg/L的總磷標(biāo)準(zhǔn)溶液及500.0 mg/L的總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液，用去離子水稀釋至8.0 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)使用液，再配置標(biāo)準(zhǔn)系列樣品，并和樣品一同消解處理。

1.3.3 水樣消解

取一定體積的水樣于聚四氟乙烯密封消解罐內(nèi)，加入堿性過硫酸鉀，擰緊瓶蓋，放入高壓蒸汽滅菌鍋內(nèi)，設(shè)置好程序(120 ℃消解30 min)。多次實(shí)驗(yàn)證明二次消解較完全,待自然冷卻至壓力表指示為“0”時(shí)取出消解罐振蕩后放入高壓消解鍋內(nèi)，并再次在120 ℃下消解30 min后取出上機(jī)測(cè)定。

1.3.4 水樣測(cè)定

連接所有試劑管路，啟動(dòng)流動(dòng)注射分析儀，將所有試劑管放入去離子水中，待基線穩(wěn)定后，將試劑管放入對(duì)應(yīng)的試劑瓶里，運(yùn)行5 min后打開銅-鎘還原柱，運(yùn)行至基線再次穩(wěn)定后，啟動(dòng)設(shè)置好的分析程序進(jìn)行樣品分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 工作曲線與檢出限

配制總氮與總磷的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，質(zhì)量濃度為0.000，0.160，0.320，0.640，1.28，1.60，2.40，3.20 mg/L。結(jié)果表明，在濃度范圍內(nèi)總氮、總磷線性關(guān)系良好，總氮回歸方程為y=6.94×10-5x-0.484,相關(guān)系數(shù)r=0.999 7,總磷回歸方程為y=6.55×10-5x-0.423，相關(guān)系數(shù)r=0.999 9。

由于空白樣中的總氮、總磷可以明顯檢出，所以檢出限(MDL)的測(cè)定根據(jù)對(duì)試劑空白樣連續(xù)7次平行測(cè)定得出，檢出限計(jì)算公式為：MDL=t(n-1,0.99)×S，式中t(n-1,0.99)為自由度為n-1，置信度為99%時(shí)的t分布(單側(cè))，n為樣品的平行測(cè)定次數(shù)，S為n次平行測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差。計(jì)算總氮和總磷的檢出限分別為0.012 和0.006 mg/L。

2.2 方法精密度

按照實(shí)驗(yàn)方法，分別對(duì)質(zhì)量濃度為0.500，1.00，2.00 mg/L的總氮、總磷標(biāo)準(zhǔn)溶液，以及3個(gè)海水樣品進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見表2。

表2 精密度測(cè)定結(jié)果(n=3)

由表2可知，總氮的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.65%～2.59%，總磷的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.50%～6.67%，可見該方法具有較高的精密度。

2.3 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

按照本方法對(duì)海水樣品進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表3。由表3可知，總氮的加標(biāo)回收率為97.5%～103%，總磷的加標(biāo)回收率為98.8%～101%，說明本方法的準(zhǔn)確度較高，消解完全，待測(cè)目標(biāo)物損失較少。

表3 樣品加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

高壓密封消解-流動(dòng)注射法利用特別定制的聚四氟乙烯高壓密封消解罐,具有密封效果好，材質(zhì)無污染的優(yōu)點(diǎn)，樣品經(jīng)消解后經(jīng)過流動(dòng)注射分析儀可同時(shí)測(cè)定海水中總氮和總磷。該方法測(cè)試總氮相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.999 7,檢出限為0.012 mg/L,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.65%～2.59%，加標(biāo)回收率為97.5%～103%；總磷相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.999 9,檢出限為0.006 mg/L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.50%～6.67%，加標(biāo)回收率為98.8%～101%。該方法能夠滿足分析要求，提高了分析效率，減少了試劑消耗總量，適用于大批量海水樣品中總氮和總磷的快速準(zhǔn)確定量。