孫 瑞

（太原水質(zhì)監(jiān)測(cè)站有限公司，山西 太原 030009）

近些年來(lái)，我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程迅猛發(fā)展，然而人類過(guò)度消耗各種資源，生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，環(huán)境逐步惡化，水資源短缺及突發(fā)性水質(zhì)污染事件頻發(fā)就是諸多證明之一[1]。環(huán)境監(jiān)測(cè)是對(duì)人類和環(huán)境有影響的物質(zhì)含量、排放量的檢測(cè)，可以說(shuō)，進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)是開(kāi)展一切環(huán)境工作的前提?？偟═N）是水中各種形態(tài)無(wú)機(jī)和有機(jī)氮的總量，主要反映了水體受污染的程度和自凈狀況，是水體污染監(jiān)測(cè)體系中主要的污染指標(biāo)之一，也是衡量水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)化的重要指標(biāo)，水體中總氮監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。

1 我國(guó)水污染現(xiàn)狀及總氮測(cè)定方法

1.1 水污染現(xiàn)狀

水污染是由有害化學(xué)物質(zhì)造成水的使用價(jià)值降低或喪失。人類活動(dòng)會(huì)使大量工業(yè)、生活廢棄物等排入水中造成水污染，尤其工業(yè)廢水是水域的重要污染源[2]。國(guó)家水利部公布的2010 年—2020 年全國(guó)污水排放總量顯示，我國(guó)污水排放總量逐年增加，水質(zhì)惡化嚴(yán)重，如圖1 所示。同時(shí)，國(guó)家生態(tài)環(huán)境部公布的2020 全國(guó)地表水質(zhì)量狀況顯示，我國(guó)優(yōu)質(zhì)Ⅰ類水源僅占7%，Ⅳ類、Ⅴ類及劣Ⅴ類水源仍占17%，如圖2 所示。此外，我國(guó)還是現(xiàn)今世界13 個(gè)缺水國(guó)家之一，水污染使水質(zhì)的惡化更使水短缺雪上加霜。

圖1 2010 年—2020 年全國(guó)污水排放總量

圖2 2020 全國(guó)地表水質(zhì)量狀況

目前，隨著城市化進(jìn)程加速，人們對(duì)水資源的需求和要求日益加大，而我國(guó)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展受到了“量”與“質(zhì)”的雙重限制。針對(duì)目前的水資源污染較為嚴(yán)峻的狀況，如何預(yù)防并解決水污染問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行合理分析并且提出相應(yīng)的治理措施，對(duì)改善水質(zhì)具有十分重要的意義。

1.2 總氮測(cè)定方法

總氮常被用來(lái)表示水體受營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)污染的程度，實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中總氮監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。在水質(zhì)總氮監(jiān)測(cè)方面，我國(guó)發(fā)展較晚，技術(shù)相對(duì)不夠成熟，主要有取水樣在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行離線檢測(cè)（氣相分子吸收光譜法）、工作人員自帶便攜式儀器檢測(cè)（堿性過(guò)硫酸鉀紫外分光光度法）等，但是都很難滿足現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展對(duì)水質(zhì)實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)的需求。目前市面上水質(zhì)總氮測(cè)定方法如表1。

表1 總氮測(cè)定方法表

其中，氣相分子吸收光譜法操作簡(jiǎn)便、分析速度快，但儀器損耗大、維護(hù)成本較高；連續(xù)流動(dòng)分析法操作簡(jiǎn)便、易于自動(dòng)分析，但準(zhǔn)確性欠佳；GB 11894—89 重復(fù)性好、可靠性高，但連續(xù)使用精度欠佳；離子色譜法檢測(cè)限低、相關(guān)性較好，但連續(xù)檢測(cè)性能較差。綜合對(duì)比幾種總氮測(cè)定方法，GB1849-89 總氮測(cè)定是得到實(shí)踐應(yīng)用較好的一種方法，但長(zhǎng)期使用會(huì)存在二極管檢測(cè)精度下降，導(dǎo)致結(jié)果偏差過(guò)大[3]。

因總氮含量超標(biāo)引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化帶來(lái)的損失不可估量，因此我國(guó)制定了相關(guān)政策，加大了對(duì)水質(zhì)總氮實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的總體投入，鼓勵(lì)相關(guān)人士研究具有高效、快速和實(shí)時(shí)性的水質(zhì)總氮監(jiān)測(cè)設(shè)備。

2 水質(zhì)總氮檢測(cè)研究現(xiàn)狀

2.1 順序注射法

順序注射法在溶液處理及分析領(lǐng)域是技術(shù)革新，是在1990 年由Ruzicka 和Marshall 在流動(dòng)分析法基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)而來(lái)。該方法采用注射泵作為流路進(jìn)樣等流程的動(dòng)力來(lái)源，并將順序注射法應(yīng)用于同一裝置（不需要改變流路的控制），最終實(shí)現(xiàn)樣品的定量檢測(cè)及分析[4]。

順序注射法是一種新型的過(guò)程控制分析法，改進(jìn)了流動(dòng)注射法的不足之處，采用多通道法實(shí)現(xiàn)流路切換、試劑順序進(jìn)樣的功能，更易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)試劑流量、流速及反應(yīng)時(shí)間的控制，無(wú)需改變控制系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)流路的自動(dòng)化檢測(cè)，更易于實(shí)現(xiàn)痕量檢測(cè)，適合多組樣品自動(dòng)化檢測(cè)，具有準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好、操作簡(jiǎn)單、二次排放與污染少，且可使系統(tǒng)高度集成化和微型化等優(yōu)勢(shì)，特別適用于環(huán)境方面的檢測(cè)分析，對(duì)便攜式水質(zhì)檢測(cè)儀的發(fā)展意義重大。

2.2 光譜分析法

光譜法對(duì)吸收光譜定性定量分析的基本依據(jù)是朗伯比爾定律，即不同的物質(zhì)存在不同的結(jié)構(gòu)特性，對(duì)不同波長(zhǎng)光會(huì)出現(xiàn)選擇性吸收，通過(guò)采集信號(hào)值可以獲得其吸收光譜曲線，從而根據(jù)待測(cè)水樣的吸收光譜進(jìn)行分析計(jì)算水樣成分。相同條件下采用同一種物質(zhì)和波長(zhǎng)光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可采用控制變量法對(duì)干擾因素進(jìn)行區(qū)分以及定性定量分析。很多情況下，物質(zhì)的吸收光譜曲線可能會(huì)出現(xiàn)多個(gè)吸收峰，影響分析結(jié)果，為了解決這個(gè)問(wèn)題，進(jìn)一步提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性，可采用整波段吸收光譜曲線，通過(guò)吸收峰偏移現(xiàn)象對(duì)光譜檢測(cè)分析進(jìn)行補(bǔ)償。

目前，一般吸收光譜曲線由200 nm～1 100 nm波長(zhǎng)范圍的光組成，包括了200 nm～400 nm 紫外光、400 nm～760 nm 可見(jiàn)光及760 nm～1 100 nm 紅外光區(qū)段。

3 國(guó)內(nèi)外水質(zhì)總氮檢測(cè)設(shè)備研究現(xiàn)狀

在我國(guó)早期，水質(zhì)監(jiān)測(cè)主要為人工現(xiàn)場(chǎng)取水樣，實(shí)驗(yàn)室利用儀器檢測(cè)分析，雖然在很大程度上促進(jìn)了我國(guó)環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，但這種傳統(tǒng)式的水質(zhì)檢測(cè)手段效率極低，尤其是實(shí)時(shí)性較差，而且潛在隱患極大。而國(guó)外總氮監(jiān)測(cè)發(fā)展歷史較長(zhǎng)，技術(shù)相對(duì)成熟，處于主導(dǎo)地位。值得慶幸的是，在近幾年國(guó)家政策大力扶持與科學(xué)家鉆研下，對(duì)于水質(zhì)總氮監(jiān)測(cè)設(shè)備的研發(fā)不遺余力，水質(zhì)總氮實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)得到快速發(fā)展，諸多類型的水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備已經(jīng)逐步走向市場(chǎng)，助力國(guó)家建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)[5]。

經(jīng)過(guò)大量文獻(xiàn)調(diào)研和實(shí)際調(diào)研顯示，目前總氮水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器主要由進(jìn)口產(chǎn)品和國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品兩類組成。國(guó)內(nèi)外市面上水質(zhì)總氮檢測(cè)設(shè)備具體如下：

3.1 國(guó)外水質(zhì)總氮檢測(cè)設(shè)備

國(guó)外技術(shù)相對(duì)趨于成熟，其有相對(duì)專業(yè)的研發(fā)廠商和機(jī)構(gòu)，例如，法國(guó)SERES 公司研發(fā)的MP200型號(hào)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀，美國(guó)Hydrolab 公司的Hydorlaba系列在線水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備等。其中，SERE200 總氮分析儀將氮元素氧化為亞硝酸根離子進(jìn)行間接測(cè)量，可適應(yīng)較為惡劣的水體環(huán)境；Hydorlaba 系列在線水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備采用較為先進(jìn)的傳感器技術(shù)，其操作水可深達(dá)225 m。國(guó)外總氮檢測(cè)設(shè)備特點(diǎn)如表2 所示。

表2 國(guó)外水質(zhì)總氮檢測(cè)設(shè)備

3.2 國(guó)內(nèi)水質(zhì)總氮檢測(cè)設(shè)備

近年來(lái)，我國(guó)市面上水質(zhì)總氮檢測(cè)設(shè)備主要有上海哈希NPW-160 總氮測(cè)定儀、北京華美沃特HM-850 總氮快速檢測(cè)儀、青島路博偉業(yè)LB-CNPT總氮測(cè)定儀、北京連華科技LH-TN200 總氮測(cè)定儀等，設(shè)備型號(hào)及參數(shù)信息如表3 所示。

表3 國(guó)內(nèi)水質(zhì)總氮檢測(cè)設(shè)備

其中，北京連華 LH-TN200 總氮測(cè)定儀、天津眾科MI-50S 總氮快速測(cè)定儀儀器尺寸最小，方便攜帶；上海哈希NPW-160 總氮測(cè)定儀、上海博取TNG-3020 總氮分析儀儀器尺寸較大。

4 我國(guó)水質(zhì)總氮檢測(cè)設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)

綜上所述，縱觀國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)目前使用的水質(zhì)總氮檢測(cè)設(shè)備，進(jìn)口設(shè)備充分利用現(xiàn)代化技術(shù)及先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，在性能、穩(wěn)定性及準(zhǔn)確性占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。相比較而言，國(guó)內(nèi)水質(zhì)總氮監(jiān)測(cè)設(shè)備由于各種客觀因素存在大的局限性，如設(shè)備體積偏大、功耗大、維護(hù)成本較高，不同類型的環(huán)境下會(huì)對(duì)設(shè)備的精確度、穩(wěn)定性影響較大，在檢測(cè)過(guò)程中所消耗樣品、試劑過(guò)多造成廢液量比較大，不利于實(shí)現(xiàn)水質(zhì)總氮大面積網(wǎng)絡(luò)化部署，對(duì)環(huán)境造成二次傷害性大等。為此，對(duì)于我國(guó)而言，結(jié)合各種設(shè)備的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)分析，研制出具有高集成度、高穩(wěn)定性、高檢測(cè)精度、高適應(yīng)性的水質(zhì)總氮檢測(cè)設(shè)備意義重大。