張 敏，張銳青

（江蘇省宿遷環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 宿遷 223900）

引言

總氮是指以各種形態(tài)存在于水體中的無機氮和有機氮的總稱，水體中無機氮有很多形式，除了無機氮還有有機氮，例如有機胺，氨基酸有機氮。當?shù)乇硭杏袪I養(yǎng)成分的氮磷超標時，水中的物質(zhì)會大量繁殖，因而造成水體的富營養(yǎng)化。水中總氮的含量高低是反映水體受污染程度的重要指標，所以測定并掌握水體中總氮的含量非常重要[1]，總氮測量可以為水體自凈能力的評價和水體污染狀況的掌握提供數(shù)據(jù)支撐。

當前總氮的分析方法主要有3種：堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法、氣相分子吸收光譜法和流動注射法。在這三種方法中，前兩種方法在實驗室分析中的應(yīng)用最為普遍。本文通過測定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法和氣相分子吸收光譜法兩種方法的標準曲線、準確度和精密度，對濃度高中低的實際樣品以及加標實驗進行分析，對兩種方法測定水中總氮含量進行方法驗證。最終結(jié)果顯示兩種方法均滿足實驗要求，均能真實準確地測定出水中的總氮值[2]。

1 實驗的過程

1.1 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法、氣相分子吸收光譜法的原理

堿性過硫酸鉀紫外分光光度法和氣相吸收光譜法的原理都是在固定溫度下，利用堿性過硫酸鉀溶液消解，將水樣中的含氮化合物氧化成硝酸鹽[3]。氣相分子吸收光譜法則是在固定濃度的鹽酸介質(zhì)中，在70±2 ℃的溫度條件下，將含氮化合物與三氯化鈦反應(yīng)生成的硝酸鹽分解后生產(chǎn)NO，用空氣吸入吸光管中，在214 nm處測得樣品的吸光度，再根據(jù)朗伯比爾定律，計算出水體中總氮的含量。水中溶解的有機物對總氮的測定會產(chǎn)生干擾，紫外分光法根據(jù)有機物在220 nm和275 nm波長處均有吸收，而硝酸根離子僅在220 nm波長處有吸收，測定溶解后的溶液在220 nm、275 nm處的波長吸光值并進行校正計算，測定的水中總氮含量和校正吸光度成正比，即可定量測定水中總氮的含量[3]。

1.2 儀器、試劑和實驗方法

儀器：氣相分子法用AJ-3700型全自動氣相分子吸收光譜儀，紫外分光光度法用UV-1900型紫外可見分光光度計。

試劑：氣相分子法：無氨水、鹽酸、氫氧化鈉、過硫酸鉀、三氯化鈦、無水乙醇、四硼酸鈉；紫外分光光度法：無氨水、鹽酸、氫氧化鈉、過硫酸鉀

實驗方法：采用《水質(zhì) 總氮的測定氣相分子吸收光譜法》（HJ/T 199-2005）（以下簡稱氣相分子法）、《水質(zhì) 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》（HJ 636-2012）（以下簡稱紫外分光法）[2-3]

2 分析結(jié)果

2.1 標準曲線

按照堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法和氣相分子吸收光譜法的國家標準要求，進行標準曲線的測定，測定結(jié)果如表1所示。

表1 氣相分子法和紫外分光法的標準曲線

從表1可以看出，氣相分子吸收光譜法標準曲線的測定范圍比堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法小，可以對低濃度樣品進行測量。兩種方法標準曲線的相關(guān)系數(shù)均大于0.999 5，表示兩種方法的標準曲線相關(guān)性都很好。

2.2 檢出限的測定

按照紫外分光法和氣相分子法測定總氮的實驗步驟，對濃度為0.20 mg/L的樣品進行實驗室平行測定7次，計算這7次平行值的標準偏差。再根據(jù)《環(huán)境監(jiān)測 分析方法標準制修訂技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 168-2010）對檢出限、測定下線的測定結(jié)果進行計算，結(jié)果如表2。

表2 氣相分子法和紫外分光法的檢出限和測定下線的測定比較

從表2可以看出，氣相分子吸收光譜法測定出的檢出限為0.008 mg/L，測定下限為0.035 mg/L；紫外分光光度法測定出的檢出限為0.03 mg/L，測定下限為0.13 mg/L。

2.3 標準樣品準確度和精密度的測定

選取在用的標準樣品中高中低濃度的3個標準樣品進行總氮的精密度測定，每個樣品測定6次，標準值分別為濃度1，203274（0.311±0.037 mg/L）、濃度2，203286（2.48±0.14 mg/L）、濃度3，203287（11.6±0.7 mg/L）。

這幾種標準樣品都為實驗室正常在用的。按照實驗步驟測定出三種濃度結(jié)果的平均值、標準偏差、相對標準偏差、相對誤差如表3所示。

表3 準確度、精密度測定結(jié)果

從表3的數(shù)據(jù)可以得出，消解紫外分光法和氣相分子法對標標準樣品的測定結(jié)果均在標準值范圍內(nèi)，相對誤差的絕對值都小于5%，準確度符合方法要求。

氣相分子法和紫外分光法對標標準樣品測定的相對標準偏差為：1.01%、0.81%、0.82%（氣相分子吸收光譜法），1.38%、1.44%、1.09%（紫外分光光度法），均小于5%，精密度滿足實驗要求。

2.4 實際樣品的精密度和加標回收實驗

不同濃度的實際樣品從采集到交接，整個流程應(yīng)嚴格按照《污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ 91.1-2019）以及《地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ 91.2-2022）進行規(guī)范操作。在選取實際樣品后，用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法和氣相分子吸收光譜法需要分開進行精密度實驗和加標回收實驗，實驗結(jié)果見表4。

表4 氣相分子法和紫外分光法的加標回收實驗結(jié)果

從表4可以看出，堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法和氣相分子吸收光譜法的精密度實驗的相對標準偏差均小于5%。加標回收率分別為氣相分子吸收光譜法為96.5%～99.8%和95.0%～98.0%，這兩種方法都在95%～105%范圍內(nèi)，所以這兩種方法得到的實際樣品的精密度及加標回收率都滿足實驗方法的要求。

3 實驗過程比較

3.1 取樣過程

氣相分子法是直接倒取樣品，取樣量大約超過取樣管的一半即可，不用定量，因為實驗儀器會自動定量吸取。紫外分光法需要量取10 mL的樣品，在取樣時要十分精確，因為取樣量是參與計算的，所以應(yīng)盡可能地減少系統(tǒng)誤差。當樣品量大時，氣相分子法的取樣時間會大大縮短。取相同的樣品量時，紫外分光法的取樣時間約為氣相分子法的5倍。

3.2 實驗過程

氣相分子法在實驗過程中不需要稀釋定容和配置曲線，而是機器自動配置曲線，其過程簡單而且數(shù)據(jù)精確。而紫外分光法需要實驗人員配置曲線，在消解和加入試劑后需要稀釋至25 mL，所以在此過程中會有偏差，曲線的線性受影響比較大。經(jīng)比較可知氣相分子法更便捷，也更精確。

總氮的紫外分光法是將10 mL樣品中加入5 mL的堿性過硫酸鉀溶液，塞緊管塞，旋轉(zhuǎn)一下，用紗布和線繩扎緊管塞，為了防止管塞彈出，線繩一定要扎緊，很多時候需要在這一步將管塞打開，在消解后需要重新取樣再做。扎緊后將比色管放在高壓蒸汽滅菌器中，加熱至120 ℃，在工作壓力為1.1～1.4 kg/cm2，工作溫度為120～124 ℃時保持30分鐘，室溫冷卻，待氣壓達到101 kPa后開閥放氣，移去外蓋，這時候要防止燙傷，帶隔熱手套取比色管，冷卻至室溫，摁住管塞將比色管中的液體顛倒混勻幾次。這個過程會因為比色管的管塞開口而增加樣品的作廢量，作廢的樣品需要重新取樣，再重復(fù)一遍氣相分子法的操作步驟，以減少了樣品作廢的幾率，從而大大提高了分析的效率[4]。

紫外分光法從高壓蒸汽滅菌器中取出樣品后，冷卻至室溫，整個冷卻過程比較耗時。冷卻后向每個比色皿中加入（1+9）鹽酸溶液，用去離子水稀釋到25 mL，蓋好管塞混勻比色皿中的試劑，靜置后用10 mm的石英比色皿，用水作參比，在紫外分光光度計上進行比色。對于比色的步驟，總氮紫外分光法需要手工將每個樣品放入紫外分光光度計中測定220 nm和275 nm波長處的吸光度，每個樣品測定時需要潤洗擦拭比色皿，因而樣品多時耗時很長。氣相分子法可以將這些步驟都省略，大大提高了實驗分析的效率。

3.3 實驗時間

氣相分子法上機后，5分鐘出一個樣品值，相比較紫外分光法節(jié)省了消解時間、冷卻時間和比色時間。在樣品量大時，可以中途直接添加樣品，操作簡單，大大提高了分析效率。以25個樣品計算實驗時間，紫外分光法取樣需要30分鐘，加試劑需要20分鐘，加壓冷卻需要90分鐘，比色需要25分鐘，計算需要20分鐘，一共需要185分鐘可以得出數(shù)據(jù)，有時還會出現(xiàn)廢品，所以需要重新做。同樣25個樣品，氣相分子法取樣需要10分鐘，上機器后120分鐘直接出數(shù)據(jù)，共計需要130分鐘。在實驗過程中紫外分光法需要實驗人員一直操作，而氣相分子法取樣后，就不需要再進行實驗操作，實驗人員可以高效地節(jié)約時間，大大提高了實驗效率。

3.4 實驗儀器的比較

氣相分子法用AJ-3700型全自動氣相分子吸收光譜儀，自動化程度高，操作簡單。實驗前要配置好載流液和消解液，裝滿實驗所需要的純水，開機后配置好系統(tǒng)，在系統(tǒng)預(yù)熱的時間，取好樣品，并將樣品放在相應(yīng)的位置，將總氮的標準溶液和質(zhì)控樣分別放在相應(yīng)的位置，在一二位置放上純水，開始實驗。在實驗過程中可以隨時添加樣品，操作簡單，實驗人員在實驗過程中可以空出時間處理數(shù)據(jù)或者其他事宜。紫外分光光度法用UV-1900型紫外可見分光光度計，在實驗過程中還會用到高壓蒸汽滅菌器，工作溫度為120～124 ℃時保持30分鐘，具有一定的危險性。兩種方法中氣相分子法的儀器操作更簡單，也更安全。

3.5 實驗試劑的比較

氣相分子法的總氮需要總氮載流液和總氮消解液。總氮載流液由3 mol/L鹽酸225 mL，三氯化鈦225 mL和50 mL無水乙醇，經(jīng)充分搖勻或超聲混勻后，靜置2小時以上形成?？偟庖河?5 g過硫酸鉀，2.5 g氫氧化鈉和5 g四硼酸鈉分別溶解后冷卻定容至500 mL形成。其他3 mol/L鹽酸，直接用濃鹽酸與水按照體積1∶3混合均勻而成，一次配置可用于50個樣品的測量。紫外分光法需要配置堿性過硫酸鉀溶液，是將40 g過硫酸鉀溶于600 mL水中，并需要置于50 ℃的水浴中加熱至全部溶解，單獨稱取15 g氫氧化鈉固體溶解到300 mL水中，待氫氧化鈉溶液的溫度冷卻至室溫時混勻兩種溶液，再次加水稀釋至1 000 mL，存放于聚乙烯瓶中，放入恒溫箱。實驗中還需要用到（1+9）鹽酸溶液，直接用純水和濃鹽酸按體積混合均勻即可。兩種方法用到的試劑種類不同，都是實驗室常用試劑。質(zhì)控樣試劑是一樣使用的，但是氣相分子法的標準溶液直接配置4 mg/L，由機器自動稀釋做出曲線。紫外分光法需要按照規(guī)范手工配置曲線的6個點，這一步驟耗時較多，而會出現(xiàn)的系統(tǒng)誤差[5]。

4 結(jié)論

從實驗過程可以看出，紫外分光法和氣相分子法測定總氮的數(shù)值，標準曲線的相關(guān)性、準確度以及精密度、檢出限和測定下限這幾個重要的衡量標準都符合國家標準方法要求，而在不同濃度的實際樣品測定以及加標回收等方面，實際樣品精密度都小于5%，氣相分子吸收法為96.5%～99.5%，紫外分光法為97.0%～102%，這兩種方法都能夠準確測定水中的總氮含量。

由實際分析可以得出，紫外分光法的前處理時間耗時較長，遠高于氣相分子法，樣品的分析時間也比氣相分子吸收法更耗時，所以在實驗過程中，紫外分光法會使實驗人員的工作量增大，而且容易出現(xiàn)廢樣。所以在都能夠滿足實驗要求的情況下，氣相分子吸收法更快，也更便捷。