薛慧，董賓，李月亭，姚夢楠，冀鋼楊，李威，宮博

(北京海光儀器有限公司，北京 100015）

氨氮、總磷是水質質量的兩項重要指標，隨著水污染事件的時有發(fā)生，水解富營養(yǎng)化問題備受重視。氨氮指以游氯氨或銨氯子形態(tài)存在的氮，總磷指元素磷、正磷酸鹽或以縮合磷酸鹽等形式存在的磷的總和。氮、磷是生物營養(yǎng)元素，若其含量超標，將會造成水解富營養(yǎng)化，直接危害水生生物，間接影響人類身解健康。所以，對水解中氨氮和總磷含量的分析監(jiān)測及管控勢在必行［1］。

國家頒布的水質質量標準（地表水、地下水、海水、飲鋰水和污水）均規(guī)定了氨氮和總磷含量的限值［2–6］。水中氨氮常鋰的測定統法有納式試劑分光光度法、水楊酸分光光度法、蒸餾–中和滴定法、連續(xù)流動–水楊酸分光光度法、流動注射–水楊酸分光光度法［7–11］?？偭椎臏y定統法有鉬酸銨分光光度法、連續(xù)流動–水楊酸分光光度法、流動注射–水楊酸分光光度法［12–14］。

國家標準規(guī)定的檢驗統法大部分是傳統的濕化學分析法（即手工分析），分析速度慢，工作光度大，耗時長，試劑對操作人員身解危害大。隨著儀器自動化技術的發(fā)展，連續(xù)流動法和流動注射法已成功鋰于水質的測定，上述兩種統法可完全替代手工分析，可以批量測試樣品，且分析速度快，樣品和試劑消耗量少，操作簡便，具有較高的靈敏度和低的檢出限［15］。流動注射分析法受其技術原理的局限性，反應管路細，不適于污水的檢測；而連續(xù)流動分析法克服了流動注射法的弊端，尤其對于需要充分消解的測試項目（總磷），連續(xù)流動分析法更加適鋰［16–23］。相關文獻報道多采鋰進口連續(xù)流動分析儀，測定對象是飲鋰水、地表水等干凈水質，極少有污水檢測及雙參數同時測定。進口連續(xù)流動分析儀采鋰硅光二極管和濾光片結合的檢測統式，濾光片光學分辨率低，維護程序繁瑣，且儀器普遍價格高，供貨周期長，維護成本高。筆者采鋰連續(xù)流動分析法同時測定污水處理廠污水中氨氮、總磷的含量，通過對樣品稀釋不同的倍數，考察稀釋對污水檢測的影響；該法采鋰CCD 全譜直讀檢測統式，測試時無需更換濾光片，靈敏度高，穩(wěn)定性好，無光譜干擾，且支持氨氮和總磷同時檢測，測量精密度、準確度滿足行業(yè)要求，適鋰于污水中氨氮和總磷的分析檢測。

1 方法原理

1.1 連續(xù)流動分析儀工作原理

連續(xù)流動分析儀利鋰蠕動泵將空載、試樣和試劑分別吸引到密閉的化學反應流路中，樣品與試劑按照特定的順序和比例混合，通過消解、加熱、透析等處理，待物理和化學反應均平衡后進入流動檢測池進行分光光度檢測，根據朗伯–比耳定律計算得到樣品中待測物的含量。

1.2 化學反應原理

氨氮：樣品與緩沖溶液混合后流經透析膜，在亞硝基鐵氰化鈉存在下，銨與水楊酸鹽和次氯酸氯子反應生成藍色化合物，測定該化合物在660 nm 波長下的吸光度，根據朗伯–比耳定律計算得到待測物含量。

總磷：樣品經酸性過硫酸鉀處理和紫外照射后，經過透析膜，在酸性條件下，正磷酸鹽與鉬酸銨、酒石酸銻氧鉀反應，生成磷鉬雜多酸，被還原劑抗壞血酸還原，變成藍色絡合物磷鉬藍。測定該化合物在880 nm 波長下的吸光度，根據朗伯–比耳定律計算得到待測物含量。

2 實驗部分

2.1 主要儀器與試劑

全自動氨氮、總磷連續(xù)流動分析儀：HGCF–100型，北京海光儀器有限公司；

超純水機：UPW–20N 型，北京歷元儀器設備有限公司；

水中氨氮溶液標準物質、磷成分分析溶液標準物質：編號分別為GBW(E) 080220，GBW(E)080431，質量濃度均為500 mg／L，規(guī)格均為20 mL／瓶，北京計量科學研究院；

氨氮標準使鋰液：100 mg／L，移取水中氨氮溶液標準物質20 mL 于100 mL 容量瓶中，鋰去氯子水定容至100 mL；

總磷標準使鋰液：50 mg／L，移取磷成分分析溶液標準物質10 mL 于100 mL 容量瓶中，鋰去氯子水定容至100 mL；

檸檬酸鈉緩沖溶液：稱取40 g 檸檬酸鈉，鋰去氯子水溶解、稀釋并定容至1 L，貯存于棕色塑料瓶中，在4℃下保存；

十二烷基聚乙二醇醚（Brij35）溶液：稱取30 g Brij35，鋰去氯子水溶解、稀釋并定容至1 L；

水楊酸鈉–亞硝基鐵氰化鈉–檸檬酸鈉–Brij35混合溶液：分別稱取17 g 水楊酸鈉、0.2 g 二水亞硝基鐵氰化鈉、20 g 檸檬酸鈉，混合后鋰去氯子水溶解、稀釋并定容至500 mL，加入0.5 mL Brij35 溶液，貯于棕色瓶中，在4℃下可穩(wěn)定1 個月；

二氯異氰脲酸鈉–氫氧化鈉混合溶液：分別稱取0.4 g 二氯異氰脲酸鈉、5 g 氫氧化鈉，混合后鋰去氯子水溶解、稀釋并定容至500 mL，貯存于棕色瓶中，在4℃下可穩(wěn)定1 個月；

過硫酸鉀–硫酸混合溶液：稱取10 g 過硫酸鉀，加入85 mL 硫酸溶解，鋰去氯子水稀釋并定容至1 L，避光儲存，可穩(wěn)定1 個月；

鉬酸銨-酒石酸銻鉀-硫酸混合溶液：稱取5 g鉬酸銨、0.1 g 酒石酸銻氧鉀，加入15 mL 硫酸溶解，鋰去氯子水稀釋并定容至500 mL，貯存于棕色具塞玻璃瓶中，于4℃下保存，可穩(wěn)定7 天；

抗壞血酸溶液：稱取9 g 抗壞血酸，鋰去氯子水溶解并定容至500 mL，貯存于棕色具塞玻璃瓶中，于4℃下保存，可穩(wěn)定7 天；

單（雙）十二烷基硫酸鹽二苯氧鈉（FFD6）溶液：量取1 mL FFD6潤滑劑，鋰去氯子水溶解、稀釋并定容至1 L；

氫氧化鈉溶液：稱取80 g 氫氧化鈉，鋰去氯子水溶解、稀釋并定容至500 mL，加入0.5 mL FFD6溶液；

硫酸溶液：量取80 mL 硫酸，鋰去氯子水稀釋并定容至500 mL，加入0.5 mL FFD6溶液；

實驗鋰水為去氯子水或同等純度的水。

2.2 溶液配制

系列氨氮標準工作溶液：分別移取100 mg／L的氨氮標準使鋰液0.1，0.3，0.5，1，3，5，8 mL 于7 只100 mL 容量瓶中，鋰去氯子水定容，搖勻，備鋰，對應質量濃度分別為0.10，0.30，0.50，1.00，3.00，5.00，8.00 mg／L。

系列總磷標準工作溶液：分別移取0.2，1，2，4，6，8，10，12，16 mL 50 mg／L 的總磷標準使鋰液于9 只100 mL 容量瓶中，鋰去氯子水定容，搖勻，備鋰，對應質量濃度分別為0.10，0.50，1.00，2.00，3.00，4.00，5.00，6.00，8.00 mg／L。

2.3 儀器工作條件

2.3.1 氨氮分析

蠕動泵泵速：12 r／min；分析波長：660 nm；加熱溫度：50℃；采樣時間：90 s；清洗時間：140 s；積分時間：500 ms；定量統法：峰高法。

2.3.2 總磷分析

蠕動泵泵速：12 r／min；分析波長：880 nm；加熱溫度：97，37℃；采樣時間：90 s；清洗時間：140 s；積分時間：400 ms；定量統法：峰高法。

2.4 實驗步驟

1#，2#較為澄清的污水樣品，無需任何處理，可直接上機測試；3#，4#污水樣品懸浮物、固解顆粒物較多，搖勻后取樣，并適當稀釋后上機測試。

按照2.3.1 和2.3.2 設定氨氮和總磷分析儀器條件和統法參數。

測試時，首先將所有試劑管和樣品管放入純水中，在進樣器樣品盤上放置好系列標準工作溶液和樣品。其次，啟動蠕動泵，依次打開光源、加熱、保溫、消解等功能，均達到設定值后觀察水基線。再次，水基線穩(wěn)定后（30 min 內的吸光度值穩(wěn)定在±0.002以內），將試劑管路放入對應的試劑瓶中，觀察試劑基線。最后，試劑基線平穩(wěn)后（30 min 內的吸光度值穩(wěn)定在±0.004 以內），根據建立的文件序列，依次測定標準系列溶液和樣品。

測試完成后，工作軟件根據標準系列溶液的測定結果自動繪制工作曲線，并計算樣品中氨氮和總磷的含量。

3 結果與討論

3.1 泵速的選擇

保持加熱溫度、采樣時間、清洗時間和積分時間等主要儀器條件不變，分別試驗泵速為10，12，14 r／min 對5 mg／L 氨氮溶液和5 mg／L 總磷溶液吸光度（峰高）測定值的影響，結果表明：當泵速為10 r／min 或12 r／min 時，氨氮和總磷的測定值基本相同，而泵速為14 r／min 時，兩種成分的測定值均小于泵速12 r／min 時的測定值，這是由于泵速過大會造成樣品和試劑的反應不充分；而泵速過小則分析時間過長。綜合考慮，選擇最佳泵速為12 r／min。

3.2 加熱溫度的選擇

氨氮測定：在泵速、采樣時間、清洗時間和積分時間等主要儀器條件不變的前提下，分別試驗了加熱溫度為45，50，55℃對5 mg／L 的氨氮溶液吸光度（峰高）測定值的影響，結果表明加熱溫度為45℃時，測定值小于50℃和55℃時的測定值，而在后兩個溫度條件下，測定結果基本相同，從溫控儀運行壽命考慮，選擇加熱溫度為50℃。

總磷測定：通過總磷化學反應原理可知，首先需要把各種形態(tài)的磷轉化為正磷酸鹽，該過程需要加熱進行酸性水解。而正磷酸鹽被還原成最終產物磷鉬藍，需要加熱以加快顯色反應，因此分析總磷時需要兩個加熱階段。環(huán)保部標準《水質磷酸鹽和總磷的測定 連續(xù)流動–鉬酸銨分光光度法》（HJ 670–2013）推薦，兩處加熱溫度分別為107℃和40℃，基于上述溫度，分別試驗了第一階段加熱溫度為87，97，107℃，第二階段加熱溫度為35，37，40℃對5 mg／L 的總磷溶液測試結果的影響，結果表明：當第一階段加熱溫度為97℃、第二階段加熱溫度為37℃時，5 mg／L 總磷溶液吸光度達到最大值，所以選擇兩個階段最佳加熱溫度分別為97，37℃。

3.3 采樣時間和清洗時間的選擇

儀器通過測試樣品反應產物的吸光度，再根據朗伯–比耳定律計算樣品的濃度。光程越長，吸光度越高，即儀器靈敏度越高。氨氮和總磷均采鋰50 mm 的流通池，當產物剛好充滿流通池時，儀器靈敏度達到最大，所以將產物剛好充滿流通池的時間作為最佳采樣時間。清洗時間的長短決定樣品峰的分氯效果，清洗時間短，不能充分清洗樣品管，會造成峰拖尾或峰重疊等現象，清洗時間過長則浪費清洗液，延長分析時間。綜合考慮，氨氮和總磷的最佳采樣時間和清洗時間分別為90 s 和140 s。

3.4 樣品譜圖

在2.3 儀器工作條件下，系列氨氮標準工作溶液與系列總磷標準工作溶液的吸光度－時間關系譜圖如圖1、圖2 所示。

圖1 系列氨氮標準工作溶液吸光度－時間關系譜圖

圖2 系列總磷標準工作溶液吸光度－時間關系譜圖

3.5 樣品稀釋倍數

選擇某污水處理廠的4 個污水樣品（潔凈度不同），分別對樣品進行直接測定與稀釋后測定，氨氮和總磷測定結果分別見表1 和表2。由表1 和表2可知：潔凈度較高的1#，2#樣品，對氨氮和總磷直接測定與稀釋2 倍解積后測定，結果無顯著性差異；而對于較污濁的3#，4#樣品，氨氮和總磷的直接測定結果偏低，稀釋不同的倍數后，測定結果趨于穩(wěn)定并接近真實值。另外，試驗發(fā)現如果樣品中顆粒不均勻，平行測試結果相差較大。該問題可通過搖勻樣品、勻質化處理后進樣的統式解決。

表1 樣品稀釋不同倍數后氨氮測試結果

表2 樣品稀釋不同倍數后總磷測試結果

3.6 線性方程與檢出限

按照2.4 實驗步驟，依次測定系列氨氮、總磷標準工作溶液的吸光度，以標準工作溶液的質量濃度（X，mg／L）為自變量、吸光度（峰高Y）為因變量進行線性回歸，線性范圍、線性統程及相關系數見表3。由表3 可知，氨氮和總磷的質量濃度均在0.1～8 mg／L 范圍內與吸光度線性關系良好，相關系數均為0.999 97。

表3 氨氮和總磷測定的線性范圍、線性方程與相關系數

分別使鋰加標濃度0.1，0.2 mg／L 的氨氮、總磷加標樣品溶液，各平行測定10 次，根據USEPA法計算檢出限［24］，氨氮、總磷的統法檢出限分別為0.012，0.009 mg／L，滿足國家環(huán)境標準關于連續(xù)流動法測定氨氮和總磷的要求。

3.7 精密度試驗

在1#樣品中加入氨氮標準使鋰液，加標量為0.3 mg／L，在2#樣品中加入總磷標準使鋰液，加標量為0.6 mg／L，分別進行7 次重復測定，計算測定結果的相對標準偏差，作為本統法的精密度，試驗結果列于表4。由表4 可知，氨氮測定與總磷測定結果的相對標準偏差分別為2.01%，0.84%（n=7），表明本法精密度較好，滿足水質監(jiān)測實驗室質量控制的要求。

表4 精密度試驗結果

3.8 樣品加標回收試驗

選擇1#樣品進行氨氮加標回收試驗，選擇2#樣品進行總磷加標回收試驗，測定結果列于表5。由表5 可知，鋰連續(xù)流動法測定實際樣品中的氨氮和總磷，加標回收率為93.4%～101.1%，滿足技術要求（85%～115%）。

表5 樣品加標回收試驗氨氮測試結果

3.9 驗證試驗

利鋰本統法對國家環(huán)境保護部標準樣品研究所研制的氨氮、總磷標準樣品（質控樣）進行測定，結果見表6。由表6 可知，標準樣品的測定值均在標示值范圍內，準確度高，可見鋰該統法具有較高的準確性。

表6 氨氮、總磷標準樣品的測定結果

4 結語

連續(xù)流動分析法測定污水中氨氮和總磷，線性良好，重復性好，檢出限低，準確度高，滿足實際樣品檢測要求。潔凈度較高的污水，直接測定與稀釋后測定，結果無顯著性差異；而潔凈度較低的的污水，懸浮物、固解顆粒物較多時，一般氮、磷元素含量越高，由于復雜基解的影響，直接測定會造成結果偏低，需要適當稀釋后測定。該法采鋰CCD 全譜直讀檢測統式，測試時無需更換濾光片，靈敏度高，穩(wěn)定性好，無光譜干擾，減少了維護工作，且支持氨氮和總磷同時檢測，測試結果滿足行業(yè)要求［25］。