流動注射法測定總氮的實驗研究

摘" 要：水中的總氮含量是評價水質優(yōu)劣的重要指標，以往總氮的檢測方法多采用分光光度法。流動注射是一種新型的水質分析檢測方法，相比于傳統(tǒng)的分光光度法，自動化程度高，可以省去大量手工操作，工作效率大幅提高；同時實驗中試劑和樣品消耗量小，對環(huán)境友好。因此，實驗采用流動注射法測定水中的總氮含量，通過校準曲線繪制、精密度、檢出限和準確度等多個方面驗證該方法的科學性，證實其能夠滿足國家環(huán)境監(jiān)測標準及相關質量控制要求，適合總氮檢測中大批量水樣的分析工作。

關鍵詞：流動注射；自動化；精密度；檢出限；準確度

中圖分類號：X832" " " "文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）15-0068-04

Abstract： The content of total nitrogen in water is an important indicator to evaluate the quality of water. In the past， the detection method of total nitrogen was mostly spectrophotometry. Flow injection is a new method for water quality analysis and detection; compared with traditional spectrophotometry， it has a high degree of automation， can save a lot of manual operations， and greatly improve the work efficiency. At the same time， the consumption of reagents and samples in the experiment is small and environmentally friendly. Therefore， the flow injection method was used to determine the total nitrogen content in water. The scientific nature of the method was verified through calibration curve drawing， precision， detection limit， accuracy and other aspects， and it was confirmed that it can meet the national environmental monitoring standards and related quality control requirements， and is suitable for the analysis of large quantities of water samples in total nitrogen detection.

Keywords： flow injection; automation; precision; detection limit; accuracy

總氮，簡寫為TN，水中的總氮含量是評價水質優(yōu)劣的指標之一，一般用來衡量水體受營養(yǎng)物質污染的程度?？偟撬懈鞣N形態(tài)有機氮和無機氮的總和。其中有機氮包括蛋白質、氨基酸和有機胺等，無機氮包括硝酸鹽、亞硝酸鹽和氨氮等?？偟M成成分如圖1所示。水體中排入大量含有氮、磷的廢污水后，會造成水體富營養(yǎng)化狀態(tài)，使得藻類大量繁殖，浮游生物代謝旺盛，迅速消耗水中的氧氣，并產生微囊藻毒素等有害物質，使得其他水生生物不易生存，破壞生態(tài)環(huán)境，影響人類生活。

總氮對人體及其他生物也是有毒害的。水體中的氨可轉化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，對人體有潛在的威脅。許多分析表明：天然水體中的總氮，主要來源于工農業(yè)廢水的排出，以及生活產生的污水、農田排水和含氮工業(yè)廢水等。因此，考慮到人類的可持續(xù)發(fā)展，創(chuàng)建綠色家園，恢復綠水青山，對水體中含有的總氮進行測定在環(huán)境監(jiān)測工作中必不可少。

在環(huán)境地表水、水質監(jiān)測領域，水質總氮的檢測方法有氣相分子吸收光譜法、堿性過硫酸鉀紫外分光光度法，以及對氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮等各類型氮逐一測定，再將各類氮的測定值累加求和為總氮的測量結果。本文實驗是使用流動注射分光光度法對總氮的測定進行實驗研究。

1" 實驗部分

1.1" 主要儀器

QC8500流動注射分析儀、電子天平AR2140。

1.2" 主要試劑

氯化銨、氫氧化鈉溶液、氫氧化鈉、鹽酸溶液、濃鹽酸、氨水、磷酸、磺胺、N-（1-萘基）-乙二胺鹽酸鹽（NED）、過硫酸鉀、十水四硼酸鈉（Na2B4O7·10H2O）。

1.3" 流動注射實驗方法

1.3.1" 流動注射法儀器參數-參考工作條件

測定下限：0.200 mg/L，檢測依據：HJ668-2013《水質 總氮的測定 流動注射-鹽酸萘乙二胺分光光度法》；濾光片波長：540 nm；檢測周期：90 s；消解器溫度：105 ℃；泵速：35；峰基線寬度：42 s。測量方式：峰高和積分面積。

1.3.2" 流動注射法樣品采集和前處理

所有樣品采集后，渾濁水樣需用0.45 μm濾膜過濾后進行上機分析測定。

1.3.3" 操作步驟

將取好的樣品按順序放置在自動進樣盤上，放好預先配制好的試劑，接通各條流路，按儀器指定順序開機，設置參數，消解器溫度為105 ℃，檢查整個分析流路的順暢性，開啟對自動進樣器的初始化操作，系統(tǒng)泵入去離子水，待溫度升至105 ℃并且穩(wěn)定后，將試劑按比例泵入管路系統(tǒng)中，待基線穩(wěn)定后，開啟工作曲線繪制及空白樣、標樣、水樣和校準點的測定，顯色后進行檢測，最終由計算機分析水樣中總氮含量的結果。用純水清洗所涉及管路20 min，于管路中泵入空氣20 min，松開所有泵管，按順序關機。

1.4" 儀器工作原理

采用連續(xù)流動方法，通過蠕動泵對不同內徑的彈性泵管進行壓縮，進而將試劑、樣品和載液按一定的比例，從不同的通道泵入管路中，并且混勻、消解、高溫和顯色后進入流通檢測器進行吸光度檢測，由光信號單向轉換為電信號，進而完成水樣的在線處理與總氮含量的測定。

1.5" 實驗方法原理

105 ℃的高溫條件下，水樣中各種氮化合物在過硫酸鹽/紫外氧化環(huán)境下氧化為硝酸鹽，然后再經過鎘柱還原后，硝酸鹽被轉化為亞硝酸鹽。在一定的酸介質中，亞硝酸鹽與磺胺作用，發(fā)生重氮化反應，然后再與鹽酸萘乙二胺偶聯(lián)，生成一種紫紅色化合物，該物質在540 nm波長處有最大的吸收。在一定濃度范圍內，總氮的含量與其吸光度成正比，據此即可定量分析。

1.6" 實驗試劑的配制

試劑的制備：除標準溶液以外，實驗中配制的全部試劑溶液都必須通氦氣來除氣；實驗中所用純水均為新制備的無氨水。

1.6.1" 氯化銨的緩沖溶液

分別移取52.5 mL濃鹽酸和47.5 mL的氨水放至500 mL容量瓶中，然后用純水定容至刻線。搖勻后用1 mol/L的鹽酸溶液或1 mol/L氫氧化鈉溶液調節(jié)其pH，直至pH=8.5。

1.6.2" 磺胺溶液

稱取20 g的磺胺和0.5 g的鹽酸萘乙二胺至250 mL燒杯中，加入適量的純水攪拌使其溶解，然后移入500 mL容量瓶中，而后加入50 mL的85%的磷酸溶液，最后用純水稀釋至刻度線，轉移至深色的容器中。如果在使用中發(fā)現(xiàn)溶液的顏色變成紫色，則馬上停止使用。

1.6.3" 過硫酸鉀溶液

稱取29.5 g的過硫酸鉀和5 g的十水四硼酸鈉于250 mL燒杯中，加入適量純水，攪拌使其溶解后移入500 mL容量瓶中，用純水定容至刻線，搖勻后待用。

1.6.4" 消解緩沖溶液

輕微加熱，溶解12.5 g的十水四硼酸鈉和1.5 g的氫氧化鈉于450 mL的純水中，然后用氫氧化鈉或鹽酸調節(jié)其pH，使其pH=9.0，再用純水稀釋至500 mL。

2" 實驗結果與討論

2.1" 校準曲線的測定

國家標準物質的總氮標準溶液濃度：1 000 mg/L。標準儲備液：100 mg/L。配制過程：吸取10.00 mL的1 000 ml/L的標物于100 mL的容量瓶中，純水定容至刻度。標準使用液濃度：5 mg/L。配制過程：吸取5.00 mL的標準儲備液于100 mL的容量瓶中，純水定容至刻度。標準液：5 mg/L。配制過程：吸取5.00 mL的標準儲備液于100 mL的容量瓶中，純水定容至刻度。逐級稀釋為5.00、2.00、1.00、0.500、0.200、0.00 mg/L的梯度樣品，編碼后按照樣品測定步驟，進行上機分析，標準系列濃度與相應峰高間擬合的曲線如圖2所示，根據測定結果繪制標準曲線如圖3所示。

標準系列濃度與相應的峰高的線性擬合的Y=0.079 9X+0.045 26，其中R2=0.999 88，方法重現(xiàn)性良好。

線性擬合的Y=2.236 89X+1.219 85，其中R2=0.999 97?？偟獦藴适褂靡?.00、2.00、1.00、0.500、0.200、0.00 mg/L，繪制標準曲線方程為：Y=2.236 89X+1.219 85。相關系數為0.999 97，方法重現(xiàn)性良好。

2.2" 精密度的測定

精密度是指使用特定的分析程序在受控條件下重復分析均一樣品所得測定值之間的一致程度，反映了分析方法存在的隨機誤差的大小及方法的穩(wěn)定性。在水質監(jiān)測工作中，通常用對同一樣品重復測定7次的結果的相對標準偏差來表示方法的精密度，測定結果越小，隨機誤差就越小，精密度越高，穩(wěn)定性就越好。流動注射總氮的方法的穩(wěn)定性測試按照上述樣品分析，選用國家環(huán)境部標樣所的2種不同濃度標準樣品進行測定實驗，2個標準樣品編號分別為203282、203281，標準值分別為2.96、1.52 mg/L。

通過對濃度為2.96 mg/L的標準溶液連續(xù)測定7次，測定結果分別為2.95、2.97、2.98、2.87、2.84、2.92、2.93。樣本平均值X平為2.92 mg/L，標準偏差S為0.047 723 695，S≈0.047 7，相對標準偏差RSD為1.63%。

通過對濃度為1.52 mg/L 的標準溶液連續(xù)測定 7次，測定結果分別為1.51、1.50、1.49、1.53、1.56、1.48、1.47，樣本X平為1.51 mg/L，標準偏差S為0.028 713 93，S≈0.028 7，相對標準偏差RSD為1.90%?？梢姳痉椒ň哂休^好的可重復性，說明流動注射分光光度法穩(wěn)定性良好。

2.3" 方法檢出限的測定

方法的檢出限是指使用特定分析方法在給定的置信度下可從樣品中檢出的待測物質的最小濃度，與分析中所使用的試劑、純水、儀器的穩(wěn)定性及噪聲水平有關。實驗中將儀器調節(jié)為最佳狀態(tài)，對以空白樣品或含氮低濃度樣品進行平行測定。

通過對濃度為0.200 mg/L的標準溶液連續(xù)測定7次，測定結果分別為0.201、0.202、0.199、0.198、0.201、0.197、0.199。由檢測結果計算得出，7次測定的平均值為0.200 mg/L，標準偏差S=0.001 8。根據環(huán)境保護部HJ 168—2010《環(huán)境監(jiān)測分析方法標準制修訂技術導則》檢出限計算方法，得出檢出限MDL=0.005 7 mg/L，低于國家標準方法檢出限0.04 mg/L。結果表明，流動注射法測定總氮的靈敏度較高，方法檢出限較低，對低濃度樣品的檢測要求能夠滿足。

2.4" 方法準確度的測定

方法準確度是指測定值和真實值的符合程度，反映的是分析中方法存在的系統(tǒng)誤差和隨機誤差的綜合指標。方法的準確度測試按照上述樣品分析，實驗中對2個樣品分別進行平行測定。2個標準樣品編號及標準值分別為203282（2.96±2 mg/L）、203281（1.52±2 mg/L）。編號203282總氮保證值為2.96 mg/L（不確定度±2），見表1。編號203281，總氮保證值為1.52 mg/L（不確定度±2），見表2。

編號203282標樣誤差范圍在-4.1%～0.68%，實驗結果表明采用流動注射法測定總氮準確度較高。經計算，由表1可知，偏差均在5%以下，符合質量控制要求。

編號203281標樣誤差范圍在-3.3%～2.6%，實驗結果表明采用流動注射法測定總氮準確度較高。經計算，由表2可知，偏差均在5%以下，符合質量控制要求。

3" 結論

流動注射法測定總氮的線性良好，檢出限能滿足生活飲用水的測定要求。總氮標準系列5.00、2.00、1.00、0.500、0.200、0.00 mg/L，標準系列濃度與相應峰高的線性擬合方程Y=0.079 9X+0.045 26，其中R2=0.999 88；標準系列濃度與相應峰面積的線性擬合方程Y=2.236 89X+1.219 85，R2=0.999 97，線性關系良好，均可滿足工作要求。實驗相對標準偏差RSD為1.63%和1.90%，表明流動注射法測定總氮的精密度高，穩(wěn)定性良好，能滿足生活飲用水衛(wèi)生標準的測定要求，RSD值越低表明測定結果的精密度越好。對濃度為0.200 mg/L的標準溶液，計算得出檢出限MDL=0.005 657 4 mg/L，也低于國家標準方法檢出限0.04 mg/L。由表1和表2可知，標準樣品結果誤差范圍在-4.1%～0.68%、-3.3%～2.6%，偏差均在5%以下，符合質量控制要求，實驗結果表明采用流動注射法測定總氮檢出限低，準確度高，能很好地滿足低濃度水樣總氮的檢測。

結果證實，對比國標法，流動注射儀分析法在進樣、檢測、分析處理等全過程處理自動化，樣品用量小，效率高，分析結果更為準確，更適合于大批量樣品的處理。

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