葉林安，章紫寧，朱志清，江志法，辛士河，孔定江，陳君良

(1.國(guó)家海洋局寧波海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，浙江　寧波　315040；2.海洋赤潮災(zāi)害立體監(jiān)測(cè)技術(shù)與應(yīng)用國(guó)家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上?！?00090)

?

采用流動(dòng)注射分析法測(cè)定海水中的五項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)鹽

葉林安1,2，章紫寧1，朱志清1，江志法1，辛士河1，孔定江1，陳君良1

(1.國(guó)家海洋局寧波海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，浙江寧波315040；2.海洋赤潮災(zāi)害立體監(jiān)測(cè)技術(shù)與應(yīng)用國(guó)家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200090)

應(yīng)用QUAATRO型三通道流動(dòng)注射分析儀對(duì)海水中磷酸鹽、無機(jī)氮和硅酸鹽進(jìn)行測(cè)定。磷酸鹽、亞硝酸鹽、硝酸鹽、氨鹽、硅酸鹽5項(xiàng)指標(biāo)的檢出限分別為1.2，0.2，1.6，4.0，3.6 μg/L。測(cè)定的實(shí)際海水樣品加標(biāo)回收率均在96%以上，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在5%以內(nèi)，符合實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制的要求。與國(guó)標(biāo)法相比的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，流動(dòng)注射法不僅與傳統(tǒng)的分光光度法無顯著差異，且具有準(zhǔn)確度高、精密度高、分析效率高等優(yōu)點(diǎn)，可以快速分析大批量水樣，解決傳統(tǒng)方法日益顯現(xiàn)的弊端。此外，還采集了東海區(qū)某海域不同站點(diǎn)、不同層次的樣品，分別用流動(dòng)注射分析法和經(jīng)典方法進(jìn)行測(cè)定分析。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果充分說明，采用流動(dòng)注射分析法測(cè)定海水中5項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)鹽能保證營(yíng)養(yǎng)鹽分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。

流動(dòng)注射；無機(jī)氮；磷酸鹽；硅酸鹽

1　問題的提出

海水中的營(yíng)養(yǎng)鹽是海洋植物生長(zhǎng)所必需的物質(zhì)，對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)具有重要影響。近年來，由于生活污水、工業(yè)排廢及海上養(yǎng)殖等原因?qū)е潞Ｋ粻I(yíng)養(yǎng)化狀況日趨嚴(yán)重，營(yíng)養(yǎng)鹽類又成為近岸海域的主要污染物質(zhì)，因此營(yíng)養(yǎng)鹽成為海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要指標(biāo)[1]。

目前我國(guó)對(duì)海水中營(yíng)養(yǎng)鹽的監(jiān)測(cè)主要是采用傳統(tǒng)的采樣和半自動(dòng)可見分光光度法分析(以下稱國(guó)標(biāo)法)，GB 17378—2007《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》和GB/T 12763—2007《海洋調(diào)查規(guī)范》都規(guī)定了測(cè)量硝酸鹽、亞硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽和氨氮的標(biāo)準(zhǔn)分析方法。經(jīng)過30多年的使用，傳統(tǒng)方法的弊端日益顯現(xiàn)：需要的人力多，工作強(qiáng)度較大；測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)，從取樣到分析結(jié)束需要幾十分鐘到1 h；外業(yè)準(zhǔn)備物品量大，除儀器設(shè)備外，還需要大量實(shí)驗(yàn)室常用設(shè)備、玻璃器皿、試劑和溶液等，缺一不可；操作步驟繁瑣，樣品與環(huán)境接觸多，容易受到干擾和沾污，操作要求很高等。為提高工作效率和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀應(yīng)運(yùn)而生。

流動(dòng)注射分析法(以下簡(jiǎn)稱 “儀器法”)經(jīng)過了30多年來的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)普遍使用儀器分析取代傳統(tǒng)手工分析，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化在線檢測(cè)。儀器法具有分析所需水樣量少，分析速度快，可避免人工操作帶來的不確定因素等優(yōu)點(diǎn)，從而提高樣品的分析效率和準(zhǔn)確度。近年來，已經(jīng)有不少學(xué)者運(yùn)用此方法進(jìn)行無機(jī)氮、無機(jī)磷的測(cè)定[2-6]。本文采用流動(dòng)注射分析法測(cè)定了海水中5項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)鹽的檢出限、準(zhǔn)確度、精密度，并與國(guó)標(biāo)法進(jìn)行對(duì)照，對(duì)流動(dòng)注射分析儀(QUAATRO型)分析測(cè)定方法進(jìn)行了探討。

2　實(shí)　驗(yàn)

2.1儀器

QUAATRO型流動(dòng)注射分析儀(德國(guó)SEAL公司生產(chǎn))包括自動(dòng)進(jìn)樣器、三通道蠕動(dòng)泵、反應(yīng)模塊(無機(jī)氮、無機(jī)磷、硅)、檢測(cè)器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等。

2.2工作原理

把一定體積的液體試樣經(jīng)過蠕動(dòng)泵驅(qū)動(dòng)，間歇地注入到一個(gè)密閉的、運(yùn)動(dòng)著的由適當(dāng)液體 (反應(yīng)試劑或水) 組成的連續(xù)載流中，被注入的試樣溶液流入反應(yīng)模塊，與載流中的試劑混合、反應(yīng)，再進(jìn)入到流通的檢測(cè)器，定量測(cè)定樣品中被測(cè)物質(zhì)的含量。

2.3實(shí)驗(yàn)試劑

硝酸鹽(NO3-N)、亞硝酸鹽(NO2-N)、氨氮(NH4-N)、磷酸鹽(PO4-P)、硅酸鹽(SiO3-Si)混合標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(大連國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心標(biāo)準(zhǔn))，無氨水，無氨人工海水。分析所用試劑，按儀器給出的方法進(jìn)行配制。

2.4標(biāo)準(zhǔn)系列配制

QUAATRO型流動(dòng)注射分析儀具有三通道同時(shí)測(cè)定的功能，在測(cè)定磷酸鹽、亞硝酸鹽和硝酸鹽時(shí)配制成混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，然后再稀釋成標(biāo)準(zhǔn)系列進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合。硅酸鹽標(biāo)準(zhǔn)直接采用國(guó)家海洋局第二研究所配制標(biāo)準(zhǔn)。5項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)鹽標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度系列見表1。

3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1方法線性

在上述條件下,用無氨人工海水對(duì)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液定容，校準(zhǔn)曲線的擬合采用一次線性方程，以峰高為響應(yīng)值，以濃度對(duì)峰高進(jìn)行回歸，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定結(jié)果的線性關(guān)系。擬合后的標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖1。

圖1　5項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)鹽擬合后的標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定結(jié)果表明，采用流動(dòng)注射分析法進(jìn)行5項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)定時(shí)，在給定的濃度范圍內(nèi)具有很好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.999 0以上，符合GB 17378—2007《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》第2部分(數(shù)據(jù)處理與分析質(zhì)量控制)，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)濃度點(diǎn)為4～6個(gè)時(shí)，相關(guān)系數(shù)不應(yīng)小于0.980 0，通常應(yīng)達(dá)到0.990 0以上的要求，可以用于5項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)鹽的分析測(cè)定。

3.2方法檢出限

方法檢出限是指某一特定分析方法在給定的可靠程度內(nèi)，可以從樣品中檢測(cè)出的待測(cè)物質(zhì)的最小濃度或最小量。根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)所(EPA)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在置信水平為99%時(shí)，重復(fù)測(cè)定濃度與方法檢出限接近的水樣n次，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)偏差SD。

檢出限(MDL)計(jì)算公式如下：

MDL=SD×t(n-1，0.99)

(1)

將標(biāo)準(zhǔn)系列第1個(gè)濃度連續(xù)測(cè)定7次，查t值表知，t(6，0.99)=3.143，按上式計(jì)算方法檢出限(見表2)。

表2　方法檢出限的測(cè)定表

根據(jù)表2的測(cè)定結(jié)果，分別得出磷酸鹽檢出限為1.2 μg/L；亞硝酸鹽檢出限為0.2 μg/L；硝酸鹽檢出限為1.6 μg/L；氨鹽檢出限為4.0 μg/L；硅酸鹽檢出限為3.6 μg/L。儀器各測(cè)項(xiàng)的方法檢出限同國(guó)標(biāo)法相比均較低，因此該儀器對(duì)于低濃度樣品的分析比國(guó)標(biāo)法精度更高，測(cè)定結(jié)果更準(zhǔn)確。

3.3精密度與準(zhǔn)確度

3.3.1精密度實(shí)驗(yàn)

精密度是指在同一試驗(yàn)條件下用同一方法對(duì)同一試樣重復(fù)多次測(cè)定所得測(cè)定值的離散程度，一般用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)來表示。精密度的計(jì)算如下：

(2)

分別平行測(cè)定不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣品7次，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(見表3)。

表3　不同濃度標(biāo)液的標(biāo)準(zhǔn)偏差和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差表

由表3可知，測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5.00%，均符合GB 17378—2007《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》的要求，表明了該方法可以獲得較好的精密度。

3.3.2準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

準(zhǔn)確度是反映分析方法或測(cè)量系統(tǒng)存在的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的綜合指標(biāo)，并決定其分析結(jié)果的可靠性。實(shí)驗(yàn)對(duì)3種不同濃度的海水過濾后直接進(jìn)樣分析，平行測(cè)定7次，同時(shí)對(duì)海水樣品進(jìn)行加標(biāo)，檢驗(yàn)方法回收率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4　加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果表(n=7)

由實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果可知，該方法的回收率在96.7%～108.0%，滿足并符合實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制的要求，可以用于痕量化學(xué)分析。

3.4方法比對(duì)實(shí)驗(yàn)

3.4.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果

選取某海域,在同一海域采集3個(gè)樣品，用國(guó)標(biāo)法和儀器法分別進(jìn)行平行樣比對(duì)測(cè)定實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表5。

表5　2種方法的平行樣測(cè)定結(jié)果表

由表5可知，2種方法平行樣比對(duì)測(cè)定的相對(duì)偏差在0.2%～3.8%(數(shù)量級(jí)為10-6時(shí)的相對(duì)偏差容許限為5.0%)[8]，分析結(jié)果較滿意。

3.4.2測(cè)定結(jié)果的顯著性檢驗(yàn)

對(duì)于采用2種完全不同的方法所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過顯著性差異檢驗(yàn)，來確定2組數(shù)據(jù)之間是否存在系統(tǒng)誤差。在以上對(duì)比實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用t-檢驗(yàn)計(jì)算方法對(duì)2種方法測(cè)定結(jié)果的顯著性進(jìn)行檢驗(yàn):樣本數(shù)n=8，自由度f=n-1=7；t=1.346，由t值表查得t(0.05，7)=2.365，t

3.5東海區(qū)某海域的樣品檢測(cè)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證儀器法測(cè)定海水中5項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)鹽的可行性和準(zhǔn)確性。采集了東海區(qū)某海域不同站點(diǎn)，不同層次的100個(gè)樣品。用國(guó)標(biāo)法和儀器法分別進(jìn)行分析測(cè)定，結(jié)果見表6、圖2。

表6　東海區(qū)某海域的樣品測(cè)定結(jié)果表　mg/L

續(xù)表6

(a)磷酸鹽儀器法與國(guó)際法對(duì)比圖

(b)亞硝酸鹽儀器法與國(guó)際法對(duì)比圖

(c)硝酸鹽儀器法與手工法對(duì)比圖

(d)銨鹽儀器法與國(guó)際法對(duì)比圖

(e)硅酸鹽儀器法與國(guó)際法對(duì)比圖圖2　營(yíng)養(yǎng)鹽儀器法與國(guó)標(biāo)法對(duì)比圖

根據(jù)表6和圖2可以明顯發(fā)現(xiàn)，國(guó)標(biāo)法與儀器法測(cè)得的磷酸鹽、亞硝酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、硅酸鹽數(shù)值均幾乎一致，數(shù)據(jù)之間一致性程度較高，吻合程度較好。儀器法與國(guó)標(biāo)法測(cè)得的數(shù)值相對(duì)偏差均在10.0%以內(nèi)，參考GB 17378—2007《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》中的數(shù)據(jù)處理與分析質(zhì)量控制要求[7]，本批次樣品分析測(cè)得的數(shù)據(jù)較為理想，可以充分說明，采用流動(dòng)注射分析法測(cè)定海水中5項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)鹽能保證營(yíng)養(yǎng)鹽分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。

4　結(jié)　語

采用流動(dòng)注射分析法擬合的各項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)鹽的標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.999以上，線性關(guān)系達(dá)到各要素的檢測(cè)要求；無機(jī)氮、磷酸鹽和硅酸鹽的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.71%～3.81%；加標(biāo)回收率為96.7%～108.0%；與用國(guó)標(biāo)法平行樣測(cè)定比的相對(duì)偏差為0.20%～3.80%；精密度、準(zhǔn)確度、檢出限等均能夠滿足業(yè)務(wù)化5項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)鹽樣品的分析測(cè)定。

研究還采集了東海區(qū)某海域不同站點(diǎn)，不同層次的樣品，用國(guó)標(biāo)法和流動(dòng)注射分析法分別進(jìn)行測(cè)定分析。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，可以充分說明采用流動(dòng)注射分析法測(cè)定海水中5項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)鹽能保證營(yíng)養(yǎng)鹽分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。此外，采用流動(dòng)注射分析法測(cè)定5項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)鹽不僅能自動(dòng)化在線檢測(cè)，且具有分析所需水樣量少、分析速度快、避免人工操作帶來的不確定因素影響等優(yōu)點(diǎn)。

[1]周名江,朱明遠(yuǎn).“我國(guó)近海有害赤潮發(fā)生的生態(tài)學(xué)、海洋學(xué)機(jī)制及預(yù)測(cè)防治”研究進(jìn)展[J].地球科學(xué)進(jìn)展,2006,21(7):673-679.

[2]張汪霞,張新申,繆培凱,等.流動(dòng)注射測(cè)定水中氨氮條件的優(yōu)化[J].皮革科學(xué)與工程，2006,16(3):29-31.

[3]葉樹才,徐迅宇.氨氮分析儀與連續(xù)流動(dòng)分析儀對(duì)測(cè)定水中氨氮的比較[J].環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù),2006,18(3):44-44.

[4]朱敬萍,郭遠(yuǎn)明,陳瑜.流動(dòng)注射法測(cè)定海水中的氨氮[J].浙江海洋學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2012,31(2):178-181.

[5]馬琳,張秀妍.流動(dòng)注射法測(cè)定海水中的無機(jī)氮和磷酸鹽[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器,2013,8(4):206-208.

[6]蔣和梅,楊東靜,陳姝娟,等.流動(dòng)注射法在線同時(shí)測(cè)定水中硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮[J].皮革科學(xué)與工程,2010,22(5):73-76.

[7]徐恒振,馬永安,于濤,等.GB 17378—2007海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范[S].北京：中國(guó)海洋出版社，2007.

(責(zé)任編輯張書花)

Using Flow Injection Analysis for Measuring Five Nutrients in Seawater

YE Lin-an1,2，ZHANG Zi-ning1，ZHU Zhi-qing1，JIANG Zhi-fa1, XIN Shi-he1，KONG Ding-jiang1，CHEN Jun-liang1

(1.Ningbo Marine Environmental Monitoring Center of State Oceanic Administration,Ningbo 315040,Zhejiang,China; 2.Key Laboratory of Integrated Monitoring and Applied Technology for Marine Harmful Algal Blooms,S.O.A.(MATHAB),Shanghai 200090,China)

The study measured the phosphate,inorganic nitrogen and silicate in seawater by using QUAATRO type three-channel flow injection analyzer.The five index detection limit of phosphate,nitrite,nitrate,ammonium salts and silicate were 1.2，0.2，1.6，4.0，3.6 μg/L respectively.The spiked recoveries of actual measured seawater samples were more than 96%,and the relative standard deviation was within 5%,in accordance with the requirements of laboratory quality control.Compared with national standard method,the experimental results show that flow injection method has no significant difference compared with traditional spectrophotometry method,and it has the advantages of high accuracy,high precision and high analysis efficiency.It can quickly analyze large quantities of water samples and solve the increasingly apparent problems of the traditional method.In addition,the study collected samples at different sites,different levels in an area of East China Sea,measuring and analyzing by using flow injection analysis method and classical method respectively.The statistical analysis results fully explained that using flow injection analysis method for determining five nutrients in seawater can guarantee the accuracy and authenticity of analyzed data.

flow injection;inorganic nitrogen;phosphate;silicate

2015-10-21

寧波市海洋與漁業(yè)專項(xiàng)資金項(xiàng)目 (甬海辦[2015]16號(hào))。

葉林安(1990-)，男，助理工程師，大學(xué)本科，主要從事海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。E-mail：Yelinan@163.com

P734

A

1008-701X(2016)03-0004-06

10.13641/j.cnki.33-1162/tv.2016.03.002