氣相分子吸收光譜法在水質(zhì)無機(jī)氮測(cè)定中的應(yīng)用

曲翊

摘? ?要：氣相分子吸收光譜法是一種利用被測(cè)組分轉(zhuǎn)化生成的氣相物質(zhì)對(duì)光的吸收強(qiáng)度與被測(cè)組分濃度間的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)測(cè)定的監(jiān)測(cè)方法，目前在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中得到應(yīng)用。本文介紹了氣相分子吸收光譜法的原理和發(fā)展歷史，對(duì)該技術(shù)在水質(zhì)無機(jī)氮檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，并對(duì)該方法的未來發(fā)展提出了建議。

關(guān)鍵詞：氣相分子吸收光譜法? 水質(zhì)? 無機(jī)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(chǔ)是朗伯-比爾定律（Lambert-Beer law），是一種利用被測(cè)組分轉(zhuǎn)化生成的氣相物質(zhì)對(duì)光的吸收強(qiáng)度與被測(cè)組分濃度間的關(guān)系遵循比耳定律來實(shí)現(xiàn)測(cè)定的監(jiān)測(cè)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(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氣體。氣體分子接收到特定波長的光輻射，很容易產(chǎn)生相應(yīng)的分子震動(dòng)。在測(cè)定時(shí)，可通過反應(yīng)將被測(cè)定成分轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的某種氣體，選擇合適的波長，利用基態(tài)分子對(duì)該特征波長的分子振動(dòng)吸收與濃度成正比的特性，從而得出被測(cè)成分的含量[1]。

2? 氣相分子吸收光譜在環(huán)境分析中的應(yīng)用

氣相分子吸收光譜法具有測(cè)定成分濃度范圍寬， 測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確可靠，抗干擾性強(qiáng)，所用化學(xué)試劑少等特點(diǎn)，被測(cè)組分從液相轉(zhuǎn)入氣相的過程是一個(gè)簡便快速分離干擾物質(zhì)的過程， 因而避免了復(fù)雜的化學(xué)分離手續(xù)，無需去除樣品色度和渾濁物的干擾，是一種不產(chǎn)生二次污染的綠色分析技術(shù)。氣相分子吸收光譜技術(shù)發(fā)展至今，已廣泛應(yīng)用于多種行業(yè)的多種檢測(cè)項(xiàng)目[2，3]。

早期的氣相分子吸收光譜法，所采用的的檢測(cè)工具是原子吸收光譜，缺點(diǎn)是靈敏度低，儀器成本較高。隨著儀器技術(shù)的發(fā)展，氣相分子吸收光譜采用紫外-可見分光光度計(jì)作為主要檢測(cè)器， 大幅降低了成本。采用氣相色譜與氣相分子吸收光譜聯(lián)用技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種物質(zhì)的分離測(cè)定。氣相分子吸收光譜技術(shù)在20世紀(jì)80年代末引入我國。首先是由張寒琦使用于氯離子的測(cè)定，檢出限為2μg/mL，具有實(shí)用性。王聯(lián)社等人使用氣相分子吸收光譜法測(cè)定水中硫化物，雖檢出限較低，但由于受到水樣干擾，重現(xiàn)性較差。為解決這一問題，臧平安將方法進(jìn)行改良，設(shè)計(jì)出專用氣相分子吸收光譜儀。目前， 商業(yè)化儀器已可實(shí)現(xiàn)對(duì)NO2- 、NO3- 、NH3-、S2- 、Cl- 、Br-、I-、SO23-、CN-、Hg+等測(cè)定。使用氣相分子吸收光譜法測(cè)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(zhì)指標(biāo)已成為我國環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)方法[4-6]。

3? 氣相分子吸收光譜法在水質(zhì)無機(jī)氮檢測(cè)中的應(yīng)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(dòng)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(yōu)點(diǎn)是操作簡便，易掌握。但顯色劑配置麻煩，有毒有危險(xiǎn)（如測(cè)亞硝酸鹽氮所用的萘基乙二胺鹽酸鹽對(duì)人體有害）。水樣中含氯化物、有機(jī)物和碳酸鹽都會(huì)干擾吸光度的測(cè)定。流動(dòng)注射分析法的優(yōu)點(diǎn)是適用于大批量樣品的測(cè)定，精度高，效率高。但儀器價(jià)格昂貴，維護(hù)復(fù)雜，且前期準(zhǔn)備過程長，不適用于少量樣品的測(cè)定。由于流動(dòng)注射儀進(jìn)樣管細(xì)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(cè)定。離子色譜法的優(yōu)點(diǎn)是可以在一次進(jìn)樣中同時(shí)測(cè)定很多項(xiàng)目，但由于有機(jī)物能與離子色譜柱親和，不能直接測(cè)定含有機(jī)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(dòng)注射分析系統(tǒng)，采用自動(dòng)加樣方式，排除了人為偶然誤差，使測(cè)定結(jié)果更穩(wěn)定、數(shù)據(jù)重復(fù)性更好。通過控制相對(duì)穩(wěn)定的載氣流，能夠提高分析精度。現(xiàn)將氣相分子吸收光譜技術(shù)在水質(zhì)無機(jī)氮分析中的應(yīng)用介紹如下。

3.1 銨離子

目前采用的測(cè)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(cè)定。該法的檢出限為0.002mg/L，已被國家環(huán)?？偩执_定為我國環(huán)境監(jiān)測(cè)的統(tǒng)一方法。

3.2 亞硝酸鹽

利用亞硝酸鈉與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化氮等多種氮氧化物和亞硝酰氯在紫外區(qū)能夠產(chǎn)生吸收作用的性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)亞硝酸鹽的氣相分子吸收光譜法檢測(cè)。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?dú)怏w， 通過測(cè)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(huán)境監(jiān)測(cè)的統(tǒng)一方法。

3.3 硝酸鹽

硝酸鹽可通過多種反應(yīng)體系轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性物質(zhì)實(shí)現(xiàn)氣相分子吸收光譜法測(cè)定。利用硝酸鹽與硫酸鈦在室溫下反應(yīng)， 將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氨氣， 通過氨氣的氣相分子吸收光譜法檢測(cè)間接計(jì)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?dú)怏w的性質(zhì)， 建立了硝酸鹽的氣相分子吸收光譜法， 該方法已納為環(huán)境監(jiān)測(cè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 氨氮

將被測(cè)水樣加入稀HCl、乙醇催化劑及氧化劑，通過化學(xué)反應(yīng)生成NO2 氣體，利用氣液分離裝置將反應(yīng)氣體轉(zhuǎn)入氣相載入吸光管，使用NH3- N 或亞硝酸鹽氮標(biāo)準(zhǔn)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(cè)定出被測(cè)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(fā)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(guī)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用有限， 但還沒有得到有效推廣。現(xiàn)階段，推廣的難點(diǎn)是儀器所做項(xiàng)目有限，檢出限較高，某些項(xiàng)目的反應(yīng)速率較慢。針對(duì)以上問題，氣相分子吸收光譜法在以下幾個(gè)方面仍有改進(jìn)的余地，應(yīng)加強(qiáng)如下的研究：

（1）建立多通道分析技術(shù)，進(jìn)一步簡化操作過程，加強(qiáng)聯(lián)用技術(shù)。

（2）建立新的反應(yīng)體系， 開發(fā)新測(cè)定項(xiàng)目，拓展氣相分子吸收光譜法的應(yīng)用范圍。

（3）加強(qiáng)預(yù)富集技術(shù)，提高富集效率和抗干擾能力，進(jìn)一步提高方法的靈敏度，降低檢出限。

參考文獻(xiàn)

[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(huán)境保護(hù)部科技標(biāo)準(zhǔn)司.水質(zhì)硝酸鹽氮的測(cè)定：GB 7480-1987 酚二磺酸分光光度[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1987.

[3] 環(huán)境保護(hù)部科技標(biāo)準(zhǔn)司.水質(zhì)硝酸鹽氮的測(cè)定：HJ /T 346 - 2007 紫外分光光度法.[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2007.

[4] 張寒琦，趙麗巍，袁湘林，等.二氧化硫的氣態(tài)分子吸收法測(cè)定[J].吉林大學(xué)：自然科學(xué)學(xué)報(bào)，1996，3（8）：79-82.

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

[6] 國家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì)水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M].4版.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社， 2006.