兩種常見總氮水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測分析儀的數(shù)據(jù)干擾因素研究

徐亮，魏宏農(nóng)，鐘聲，郭蓉

(江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心， 南京210036)

摘要：選取江蘇省市場上兩種占有率較高的總氮水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測分析儀，通過實(shí)測數(shù)據(jù)分析研究了造成總氮自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常波動(dòng)的主要干擾因素。結(jié)果顯示，島津TNP4110分析儀的總氮監(jiān)測結(jié)果與水體濁度變化呈極顯著相關(guān)；DKK(哈希)NPW-150分析儀的總氮監(jiān)測結(jié)果與水體濁度相關(guān)性不明顯，但總磷分析過后殘留的未清洗干凈的試劑易對總氮的監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生干擾。結(jié)論為島津TNP4110總氮分析儀受濁度干擾，且濁度越高總氮監(jiān)測結(jié)果越高；DKK(哈希)NPW-150總氮分析儀受總磷分析試劑的干擾。

關(guān)鍵詞：總氮；水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測；干擾因素

作者簡介：徐亮(1981—)，男，江蘇南京人，碩士，工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測，E-mail： xuliang@jshb.gov.cn

中圖分類號(hào)：X832

DOI: 10.14068/j.ceia.2015.04.021

總氮是表征水體富營養(yǎng)化程度的重要指標(biāo)之一，為及時(shí)掌握水體總氮污染程度，進(jìn)而為環(huán)境管理部門的總氮污染防控工作提供技術(shù)支撐，對總氮開展自動(dòng)監(jiān)測監(jiān)控已勢在必行。目前，江蘇省僅在太湖流域就已建成100余個(gè)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測站，初步形成了江蘇省太湖流域水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)控站網(wǎng)系統(tǒng)，各市也根據(jù)具體情況發(fā)展了本地方的自動(dòng)預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)，廣泛用于交界斷面監(jiān)測、飲用水源監(jiān)測、區(qū)域補(bǔ)償監(jiān)測、預(yù)警監(jiān)測[1-2]。這些水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中使用的總氮水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測分析儀以總氮、總磷一體機(jī)為主，如NPW-150型(美國哈希，原日本DKK)、TNP4110型(日本島津)、TPNA-300型(日本horiba)、LFTN(P)-DW型(湖南力合)、TPN-2000型(聚光科技)等。在國內(nèi)地表水質(zhì)自動(dòng)預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)中，以上品牌均有一定的市場份額，但仍以進(jìn)口品牌儀器為主，其中NPW-150型、TNP4110型份額較大，達(dá)到90%以上[3]。

江蘇太湖流域水質(zhì)自動(dòng)站使用的總氮自動(dòng)監(jiān)測儀主要為NPW-150型和TNP4110型兩種，約各占50%。兩種儀器的分析方法原理與實(shí)驗(yàn)室測試方法的原理基本相同，其優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性較好，但當(dāng)夏季流域暴雨或河道整治水質(zhì)異?；鞚釙r(shí)，自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)室手工數(shù)據(jù)差異較大，表明濁度對總氮的監(jiān)測結(jié)果有較大影響，且對這兩種儀器測定結(jié)果的影響也不盡相同[3-4]。本文選擇江蘇省太湖流域較有代表性的水質(zhì)自動(dòng)站的連續(xù)實(shí)測監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了造成總氮自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常波動(dòng)的主要干擾因素。

1兩種總氮水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測分析儀對比

1.1　儀器性能參數(shù)對比

兩種儀器性能及各項(xiàng)參數(shù)情況見表1。

表1　TNP4110型和NPW-150型儀器對比

1.2　儀器工作原理1.2.1　TNP4110型

1.2.2　NPW-150型

在樣品中加入過硫酸鉀溶液，120℃加熱30 min，把氮化物轉(zhuǎn)化為硝酸根離子，然后把樣品放到酸性溶液中，測量220 nm處紫外吸收值，計(jì)算總氮濃度。

2數(shù)據(jù)干擾分析

2.1　TNP4110型

江蘇省太湖流域X水質(zhì)自動(dòng)站的連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果見圖1。X站點(diǎn)使用的總氮分析儀為TNP-4110型，使用SPSS軟件分析圖1中總氮和濁度的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)兩組數(shù)據(jù)呈極顯著相關(guān)(P<0.01)。由此可以得出TNP4110型總氮分析儀數(shù)據(jù)受濁度干擾很大。

分析濁度對總氮數(shù)據(jù)造成干擾的原因可能是TNP4110總氮分析儀在將實(shí)驗(yàn)室分析方法自動(dòng)化的同時(shí)，考慮到其在線性，有些分析步驟和實(shí)驗(yàn)室方法會(huì)存在一定差異。TNP4110型總氮分析儀將樣品消解氧化后，儀器法冷卻沉淀約10 min后進(jìn)行比色，比色時(shí)樣品溫度為40～50℃；而國標(biāo)法[5]先自然冷卻至室溫20℃，后稀釋定容，冷卻沉淀時(shí)間較短可能造成樣品混濁度較高，干擾測定；另外，遇到消解后有沉淀的樣品，實(shí)驗(yàn)室可采用沉降、離心等辦法去除沉淀，而儀器則無法自動(dòng)判斷或采取措施。

2.2　NPW-150型

江蘇省太湖流域Y水質(zhì)自動(dòng)站的連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果見圖2和圖3。Y站使用的總氮分析儀為NPW-150型，圖2的連續(xù)監(jiān)測結(jié)果顯示，該站點(diǎn)總氮數(shù)據(jù)長期異常波動(dòng)，但濁度與其監(jiān)測數(shù)據(jù)無明顯相關(guān)性。將該站于4月22日暫停使用總磷模塊，僅監(jiān)測總氮，發(fā)現(xiàn)總氮出值平穩(wěn)。

圖1　濁度對TNP4110型總氮分析儀測量的影響 Fig.1　The effect of turbidity on the measurement of Shimadzu TNP4110

圖2　濁度對NPW-150型總氮分析儀測量的影響 Fig.2　The effect of turbidity on the measurement of DKK NPW-150

圖3　總磷試劑對NPW-150型總氮分析儀測量的影響 Fig.3　The effect of total phosphorus analytical reagent on the measurement of DKK NPW150

與TNP4110總氮分析儀不同，NPW-150型采用與實(shí)驗(yàn)室方法類似的高溫高壓氧化法對樣品進(jìn)行消解；其次，采用了國標(biāo)法的吸光度折算方法，按A=A220-2A275校正后的吸光度，定量得到總氮濃度。此外NPW-150型的管路系統(tǒng)與TNP4110型明顯不同，采用的是注射器式的進(jìn)樣方式，相對容易因管路堵塞和漏氣出現(xiàn)試劑殘留現(xiàn)象。

3結(jié)論與建議

島津TNP4110分析儀的總氮監(jiān)測結(jié)果與水體濁度變化呈極顯著相關(guān)，濁度值越高時(shí)，總氮濃度越高。DKK(哈希)NPW-150分析儀的總氮監(jiān)測結(jié)果與水體濁度相關(guān)性不明顯，但受總磷分析試劑干擾較大。

建議在今后的總氮自動(dòng)分析儀器的升級(jí)改進(jìn)過程中，島津TNP4110分析儀應(yīng)盡量在前處理單元就排除濁度對測量的影響，儀器最好安裝有濁度干擾排除的功能；DKK(哈希)NPW-150分析儀應(yīng)避免選用會(huì)干擾總氮測量的試劑和模塊。

參考文獻(xiàn)(References)：

[1]黃衛(wèi), 陳鳴, 徐亮. 太湖梅梁灣水環(huán)境監(jiān)控預(yù)警體系研究[J]. 環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警, 2009(1): 6-9.

[2]王俊. 濁度對其他水質(zhì)指示的影響[J]. 科技與企業(yè), 2012(4): 321.

[3]李軍, 陳程. 總氮總磷在線自動(dòng)監(jiān)測儀的現(xiàn)狀與問題[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測, 2013, 29(2): 156-158.

[4]劉京, 馬維琦, 陳光, 等. 在線自動(dòng)監(jiān)測儀與實(shí)驗(yàn)室國標(biāo)方法測定地表水中總氮的比對分析[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測, 2007, 23(2): 37-39.

[5]環(huán)境保護(hù)部. HJ 636—2012水質(zhì)總氮的測定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法[S]. 北京: 中國環(huán)境出版社, 1989.

Study on Data Interference Factors of Two Common Types of Water Quality

Automatic Analyzers for Monitoring Total Nitrogen

XU Liang, WEI Hong-nong, ZHONG Sheng, GUO Rong

(Jiangsu Environmental Monitoring Center, Nanjing 210036, China)

Abstract:The paper chooses two dominant types of water quality automatic analyzers for monitoring total nitrogen (TN) in Jiangsu market to study major interference factors that lead to the abnormal data fluctuation. The results show that the TN monitoring data of Shimadzu TNP-4110 correlates highly significantly with the turbidity variation; there is no significant correlation between the TN monitoring data of DKK NPW-150 and the turbidity, but the residue reagent after analyzing total phosphorus (TP) is easy to interfere the result of TN monitoring data. It can be concluded that the monitoring results of Shimadzu TNP-4110 are affected by turbidity, and the TN monitoring results rise as the turbidity increases; the monitor results of DKK NPW-150 are affected by TP analytical reagents.

Key words: total nitrogen; water quality automatic monitoring; interference factors