摘" 要：水中的總氮含量是評(píng)價(jià)水質(zhì)優(yōu)劣的重要指標(biāo)，以往總氮的檢測(cè)方法多采用分光光度法。流動(dòng)注射是一種新型的水質(zhì)分析檢測(cè)方法，相比于傳統(tǒng)的分光光度法，自動(dòng)化程度高，可以省去大量手工操作，工作效率大幅提高；同時(shí)實(shí)驗(yàn)中試劑和樣品消耗量小，對(duì)環(huán)境友好。因此，實(shí)驗(yàn)采用流動(dòng)注射法測(cè)定水中的總氮含量，通過(guò)校準(zhǔn)曲線繪制、精密度、檢出限和準(zhǔn)確度等多個(gè)方面驗(yàn)證該方法的科學(xué)性，證實(shí)其能夠滿足國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)質(zhì)量控制要求，適合總氮檢測(cè)中大批量水樣的分析工作。

關(guān)鍵詞：流動(dòng)注射；自動(dòng)化；精密度；檢出限；準(zhǔn)確度

中圖分類號(hào)：X832" " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）15-0068-04

Abstract： The content of total nitrogen in water is an important indicator to evaluate the quality of water. In the past， the detection method of total nitrogen was mostly spectrophotometry. Flow injection is a new method for water quality analysis and detection; compared with traditional spectrophotometry， it has a high degree of automation， can save a lot of manual operations， and greatly improve the work efficiency. At the same time， the consumption of reagents and samples in the experiment is small and environmentally friendly. Therefore， the flow injection method was used to determine the total nitrogen content in water. The scientific nature of the method was verified through calibration curve drawing， precision， detection limit， accuracy and other aspects， and it was confirmed that it can meet the national environmental monitoring standards and related quality control requirements， and is suitable for the analysis of large quantities of water samples in total nitrogen detection.

Keywords： flow injection; automation; precision; detection limit; accuracy

總氮，簡(jiǎn)寫為TN，水中的總氮含量是評(píng)價(jià)水質(zhì)優(yōu)劣的指標(biāo)之一，一般用來(lái)衡量水體受營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)污染的程度?？偟撬懈鞣N形態(tài)有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮的總和。其中有機(jī)氮包括蛋白質(zhì)、氨基酸和有機(jī)胺等，無(wú)機(jī)氮包括硝酸鹽、亞硝酸鹽和氨氮等?？偟M成成分如圖1所示。水體中排入大量含有氮、磷的廢污水后，會(huì)造成水體富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，使得藻類大量繁殖，浮游生物代謝旺盛，迅速消耗水中的氧氣，并產(chǎn)生微囊藻毒素等有害物質(zhì)，使得其他水生生物不易生存，破壞生態(tài)環(huán)境，影響人類生活。

總氮對(duì)人體及其他生物也是有毒害的。水體中的氨可轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，對(duì)人體有潛在的威脅。許多分析表明：天然水體中的總氮，主要來(lái)源于工農(nóng)業(yè)廢水的排出，以及生活產(chǎn)生的污水、農(nóng)田排水和含氮工業(yè)廢水等。因此，考慮到人類的可持續(xù)發(fā)展，創(chuàng)建綠色家園，恢復(fù)綠水青山，對(duì)水體中含有的總氮進(jìn)行測(cè)定在環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中必不可少。

在環(huán)境地表水、水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，水質(zhì)總氮的檢測(cè)方法有氣相分子吸收光譜法、堿性過(guò)硫酸鉀紫外分光光度法，以及對(duì)氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮等各類型氮逐一測(cè)定，再將各類氮的測(cè)定值累加求和為總氮的測(cè)量結(jié)果。本文實(shí)驗(yàn)是使用流動(dòng)注射分光光度法對(duì)總氮的測(cè)定進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

1" 實(shí)驗(yàn)部分

1.1" 主要儀器

QC8500流動(dòng)注射分析儀、電子天平AR2140。

1.2" 主要試劑

氯化銨、氫氧化鈉溶液、氫氧化鈉、鹽酸溶液、濃鹽酸、氨水、磷酸、磺胺、N-（1-萘基）-乙二胺鹽酸鹽（NED）、過(guò)硫酸鉀、十水四硼酸鈉（Na2B4O7·10H2O）。

1.3" 流動(dòng)注射實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1" 流動(dòng)注射法儀器參數(shù)-參考工作條件

測(cè)定下限：0.200 mg/L，檢測(cè)依據(jù)：HJ668-2013《水質(zhì) 總氮的測(cè)定 流動(dòng)注射-鹽酸萘乙二胺分光光度法》；濾光片波長(zhǎng)：540 nm；檢測(cè)周期：90 s；消解器溫度：105 ℃；泵速：35；峰基線寬度：42 s。測(cè)量方式：峰高和積分面積。

1.3.2" 流動(dòng)注射法樣品采集和前處理

所有樣品采集后，渾濁水樣需用0.45 μm濾膜過(guò)濾后進(jìn)行上機(jī)分析測(cè)定。

1.3.3" 操作步驟

將取好的樣品按順序放置在自動(dòng)進(jìn)樣盤上，放好預(yù)先配制好的試劑，接通各條流路，按儀器指定順序開機(jī)，設(shè)置參數(shù)，消解器溫度為105 ℃，檢查整個(gè)分析流路的順暢性，開啟對(duì)自動(dòng)進(jìn)樣器的初始化操作，系統(tǒng)泵入去離子水，待溫度升至105 ℃并且穩(wěn)定后，將試劑按比例泵入管路系統(tǒng)中，待基線穩(wěn)定后，開啟工作曲線繪制及空白樣、標(biāo)樣、水樣和校準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)定，顯色后進(jìn)行檢測(cè)，最終由計(jì)算機(jī)分析水樣中總氮含量的結(jié)果。用純水清洗所涉及管路20 min，于管路中泵入空氣20 min，松開所有泵管，按順序關(guān)機(jī)。

1.4" 儀器工作原理

采用連續(xù)流動(dòng)方法，通過(guò)蠕動(dòng)泵對(duì)不同內(nèi)徑的彈性泵管進(jìn)行壓縮，進(jìn)而將試劑、樣品和載液按一定的比例，從不同的通道泵入管路中，并且混勻、消解、高溫和顯色后進(jìn)入流通檢測(cè)器進(jìn)行吸光度檢測(cè)，由光信號(hào)單向轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，進(jìn)而完成水樣的在線處理與總氮含量的測(cè)定。

1.5" 實(shí)驗(yàn)方法原理

105 ℃的高溫條件下，水樣中各種氮化合物在過(guò)硫酸鹽/紫外氧化環(huán)境下氧化為硝酸鹽，然后再經(jīng)過(guò)鎘柱還原后，硝酸鹽被轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽。在一定的酸介質(zhì)中，亞硝酸鹽與磺胺作用，發(fā)生重氮化反應(yīng)，然后再與鹽酸萘乙二胺偶聯(lián)，生成一種紫紅色化合物，該物質(zhì)在540 nm波長(zhǎng)處有最大的吸收。在一定濃度范圍內(nèi)，總氮的含量與其吸光度成正比，據(jù)此即可定量分析。

1.6" 實(shí)驗(yàn)試劑的配制

試劑的制備：除標(biāo)準(zhǔn)溶液以外，實(shí)驗(yàn)中配制的全部試劑溶液都必須通氦氣來(lái)除氣；實(shí)驗(yàn)中所用純水均為新制備的無(wú)氨水。

1.6.1" 氯化銨的緩沖溶液

分別移取52.5 mL濃鹽酸和47.5 mL的氨水放至500 mL容量瓶中，然后用純水定容至刻線。搖勻后用1 mol/L的鹽酸溶液或1 mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)其pH，直至pH=8.5。

1.6.2" 磺胺溶液

稱取20 g的磺胺和0.5 g的鹽酸萘乙二胺至250 mL燒杯中，加入適量的純水?dāng)嚢枋蛊淙芙?，然后移?00 mL容量瓶中，而后加入50 mL的85%的磷酸溶液，最后用純水稀釋至刻度線，轉(zhuǎn)移至深色的容器中。如果在使用中發(fā)現(xiàn)溶液的顏色變成紫色，則馬上停止使用。

1.6.3" 過(guò)硫酸鉀溶液

稱取29.5 g的過(guò)硫酸鉀和5 g的十水四硼酸鈉于250 mL燒杯中，加入適量純水，攪拌使其溶解后移入500 mL容量瓶中，用純水定容至刻線，搖勻后待用。

1.6.4" 消解緩沖溶液

輕微加熱，溶解12.5 g的十水四硼酸鈉和1.5 g的氫氧化鈉于450 mL的純水中，然后用氫氧化鈉或鹽酸調(diào)節(jié)其pH，使其pH=9.0，再用純水稀釋至500 mL。

2" 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1" 校準(zhǔn)曲線的測(cè)定

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度：1 000 mg/L。標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：100 mg/L。配制過(guò)程：吸取10.00 mL的1 000 ml/L的標(biāo)物于100 mL的容量瓶中，純水定容至刻度。標(biāo)準(zhǔn)使用液濃度：5 mg/L。配制過(guò)程：吸取5.00 mL的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液于100 mL的容量瓶中，純水定容至刻度。標(biāo)準(zhǔn)液：5 mg/L。配制過(guò)程：吸取5.00 mL的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液于100 mL的容量瓶中，純水定容至刻度。逐級(jí)稀釋為5.00、2.00、1.00、0.500、0.200、0.00 mg/L的梯度樣品，編碼后按照樣品測(cè)定步驟，進(jìn)行上機(jī)分析，標(biāo)準(zhǔn)系列濃度與相應(yīng)峰高間擬合的曲線如圖2所示，根據(jù)測(cè)定結(jié)果繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖3所示。

標(biāo)準(zhǔn)系列濃度與相應(yīng)的峰高的線性擬合的Y=0.079 9X+0.045 26，其中R2=0.999 88，方法重現(xiàn)性良好。

線性擬合的Y=2.236 89X+1.219 85，其中R2=0.999 97?？偟獦?biāo)準(zhǔn)使用液5.00、2.00、1.00、0.500、0.200、0.00 mg/L，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為：Y=2.236 89X+1.219 85。相關(guān)系數(shù)為0.999 97，方法重現(xiàn)性良好。

2.2" 精密度的測(cè)定

精密度是指使用特定的分析程序在受控條件下重復(fù)分析均一樣品所得測(cè)定值之間的一致程度，反映了分析方法存在的隨機(jī)誤差的大小及方法的穩(wěn)定性。在水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作中，通常用對(duì)同一樣品重復(fù)測(cè)定7次的結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)表示方法的精密度，測(cè)定結(jié)果越小，隨機(jī)誤差就越小，精密度越高，穩(wěn)定性就越好。流動(dòng)注射總氮的方法的穩(wěn)定性測(cè)試按照上述樣品分析，選用國(guó)家環(huán)境部標(biāo)樣所的2種不同濃度標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測(cè)定實(shí)驗(yàn)，2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品編號(hào)分別為203282、203281，標(biāo)準(zhǔn)值分別為2.96、1.52 mg/L。

通過(guò)對(duì)濃度為2.96 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液連續(xù)測(cè)定7次，測(cè)定結(jié)果分別為2.95、2.97、2.98、2.87、2.84、2.92、2.93。樣本平均值X平為2.92 mg/L，標(biāo)準(zhǔn)偏差S為0.047 723 695，S≈0.047 7，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為1.63%。

通過(guò)對(duì)濃度為1.52 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)溶液連續(xù)測(cè)定 7次，測(cè)定結(jié)果分別為1.51、1.50、1.49、1.53、1.56、1.48、1.47，樣本X平為1.51 mg/L，標(biāo)準(zhǔn)偏差S為0.028 713 93，S≈0.028 7，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為1.90%?？梢姳痉椒ň哂休^好的可重復(fù)性，說(shuō)明流動(dòng)注射分光光度法穩(wěn)定性良好。

2.3" 方法檢出限的測(cè)定

方法的檢出限是指使用特定分析方法在給定的置信度下可從樣品中檢出的待測(cè)物質(zhì)的最小濃度，與分析中所使用的試劑、純水、儀器的穩(wěn)定性及噪聲水平有關(guān)。實(shí)驗(yàn)中將儀器調(diào)節(jié)為最佳狀態(tài)，對(duì)以空白樣品或含氮低濃度樣品進(jìn)行平行測(cè)定。

通過(guò)對(duì)濃度為0.200 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液連續(xù)測(cè)定7次，測(cè)定結(jié)果分別為0.201、0.202、0.199、0.198、0.201、0.197、0.199。由檢測(cè)結(jié)果計(jì)算得出，7次測(cè)定的平均值為0.200 mg/L，標(biāo)準(zhǔn)偏差S=0.001 8。根據(jù)環(huán)境保護(hù)部HJ 168—2010《環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》檢出限計(jì)算方法，得出檢出限MDL=0.005 7 mg/L，低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法檢出限0.04 mg/L。結(jié)果表明，流動(dòng)注射法測(cè)定總氮的靈敏度較高，方法檢出限較低，對(duì)低濃度樣品的檢測(cè)要求能夠滿足。

2.4" 方法準(zhǔn)確度的測(cè)定

方法準(zhǔn)確度是指測(cè)定值和真實(shí)值的符合程度，反映的是分析中方法存在的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的綜合指標(biāo)。方法的準(zhǔn)確度測(cè)試按照上述樣品分析，實(shí)驗(yàn)中對(duì)2個(gè)樣品分別進(jìn)行平行測(cè)定。2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品編號(hào)及標(biāo)準(zhǔn)值分別為203282（2.96±2 mg/L）、203281（1.52±2 mg/L）。編號(hào)203282總氮保證值為2.96 mg/L（不確定度±2），見表1。編號(hào)203281，總氮保證值為1.52 mg/L（不確定度±2），見表2。

編號(hào)203282標(biāo)樣誤差范圍在-4.1%～0.68%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用流動(dòng)注射法測(cè)定總氮準(zhǔn)確度較高。經(jīng)計(jì)算，由表1可知，偏差均在5%以下，符合質(zhì)量控制要求。

編號(hào)203281標(biāo)樣誤差范圍在-3.3%～2.6%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用流動(dòng)注射法測(cè)定總氮準(zhǔn)確度較高。經(jīng)計(jì)算，由表2可知，偏差均在5%以下，符合質(zhì)量控制要求。

3" 結(jié)論

流動(dòng)注射法測(cè)定總氮的線性良好，檢出限能滿足生活飲用水的測(cè)定要求?？偟獦?biāo)準(zhǔn)系列5.00、2.00、1.00、0.500、0.200、0.00 mg/L，標(biāo)準(zhǔn)系列濃度與相應(yīng)峰高的線性擬合方程Y=0.079 9X+0.045 26，其中R2=0.999 88；標(biāo)準(zhǔn)系列濃度與相應(yīng)峰面積的線性擬合方程Y=2.236 89X+1.219 85，R2=0.999 97，線性關(guān)系良好，均可滿足工作要求。實(shí)驗(yàn)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為1.63%和1.90%，表明流動(dòng)注射法測(cè)定總氮的精密度高，穩(wěn)定性良好，能滿足生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)定要求，RSD值越低表明測(cè)定結(jié)果的精密度越好。對(duì)濃度為0.200 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液，計(jì)算得出檢出限MDL=0.005 657 4 mg/L，也低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法檢出限0.04 mg/L。由表1和表2可知，標(biāo)準(zhǔn)樣品結(jié)果誤差范圍在-4.1%～0.68%、-3.3%～2.6%，偏差均在5%以下，符合質(zhì)量控制要求，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明采用流動(dòng)注射法測(cè)定總氮檢出限低，準(zhǔn)確度高，能很好地滿足低濃度水樣總氮的檢測(cè)。

結(jié)果證實(shí)，對(duì)比國(guó)標(biāo)法，流動(dòng)注射儀分析法在進(jìn)樣、檢測(cè)、分析處理等全過(guò)程處理自動(dòng)化，樣品用量小，效率高，分析結(jié)果更為準(zhǔn)確，更適合于大批量樣品的處理。

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