水樣中ＮＯ₃^－－Ｎ的間隔流動分析法

[摘要] 以SKALAR San++連續流動分析儀對水樣的NO₃^- -N濃度測定的線性范圍、精密度、準確度、方法最低檢測限、加標回收率進行了研究;并采用同一標準樣品將間隔流動分析法和國家標準方法進行比對實驗。結果顯示：間隔流動分析法測定硝酸鹽的工作曲線線性范圍為0.01～10.0mg/L，最低檢出濃度為0.0023 mg/L，重復測定的相對標準偏差小于5%，方法的精密度、準確度優良。與國標方法的離子色譜法進行比對實驗，兩種方法的測定結果在統計學上無顯著性差異，方法性能參數符合國家環境保護總局編制的《水和廢水監測分析方法》對方法的要求。該方法經進一步的驗證和權威機構的審批發布后可作為水樣中NO₃^- -N含量測定的環境監測行業標準方法。

[關鍵詞] 硝酸鹽 間隔流動分析 環境監測 分光光度法

制革、酸洗的廢水、某些生化處理設施的出水及農田排水中常含有大量硝酸鹽，人體攝入硝酸鹽后，經腸道中微生物作用轉變成亞硝酸鹽[1，2]。亞硝酸鹽可與仲胺類反應生成具致癌性的亞硝胺類物質，是一種毒性較強的污染物。硝酸鹽常用的測定方法有酚二磺酸分光光度法、鎘柱還原法、戴氏合金還原法、離子色譜法、紫外分光光度法、離子選擇電極法和氣相分子吸收光譜法等[3-6]。隨著經濟的發展和生活水平的提高，國家和地方不斷制定出更加嚴格的環境污染物控制標準，使得環境監測的任務日益繁重，要求也越來越高，一些手工操作的傳統化學分析方法在速度和準確性等方面漸漸適應不了形勢的發展，自動化監測已成為監測技術發展的大趨勢。

20世紀50年代末期，間隔流動分析首次用于實驗室的自動化分析和在線監測，并具有微量、快速、靈敏、準確、平穩、操作簡單的特點，特別適用于大批量常規樣品的分析，并可實現多組分的同時測定，其各類性能指標不亞于傳統的化學分析方法。有鑒于此，該領域的研究備受關注[7-14]。ISO和EPA正考慮將一些SFA方法作為標準分析方法。目前，國內對間隔流動分析的探討集中在介紹性的推廣和某些技術指標的討論，缺乏整體應用技術的規范和驗證，影響了該項技術在中國環境監測的應用和推廣。開展硝酸鹽的SFA分析方法研究，對于實現該方法的標準化以及在環境監測領域的推廣應用具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 儀器

SKALAR San++連續流動分析儀，540nm濾光片（荷蘭 SKALAR公司），PHS-3C型精密酸度計及pH玻璃電極（廈門分析儀器廠）。

1.2 試劑

磺胺，α-萘基乙二胺（AR，國藥集團化學試劑有限公司）。硝酸鹽氮標準溶液（編號200818，稀釋25倍后濃度為3.32± 0.17mg/L;編號200819，稀釋25倍后濃度為0.421±0.020mg/L;編號200820，稀釋50倍后濃度為0.555±0.010mg/L;編號200821，稀釋25倍后濃度為9.49±0.27mg/L），100mg/L的亞硝酸鹽（以氮計）標準溶液，500mg/L的硝酸鹽（以氮計）標準溶液(均由國家環境保護總局標準樣品研究所出品)。實驗用水均為二次去離子水，其余所用到的化學試劑均為分析純。

0.5g/L的α-萘基乙二胺溶液。pH為8.5的NH3-NH4Cl緩沖液。濃度為10.0mg/L的NO₃^- -N臨時儲備液Ⅰ，濃度為1.00mg/L的NO₃^- -N臨時儲備液Ⅱ。濃度為0.10mg/L的NO₃^- -N標準溶液。濃度為1.00mg/L的NO₂^- -N臨時儲備液Ⅰ，濃度為0.10mg/L的NO₂^- -N標準溶液。

1.3 儀器分析條件

啟動SKALAR San++連續流動分析儀的數據轉換器、光度計和電腦主機，打開Flow Access文件，選擇NO₂^-–N項目并打開，設定進樣時間、濃度曲線等；制定分析表格，選擇對應的通道，進入觀察曲線狀態。檢查流程圖中各管道、回路和空氣泵是否完好，相應的比色皿放入流通池比色器中。開啟全自動進樣器和反應池，先使試劑管道及進樣管道抽取二次去離子水，檢查各管道和回路是否漏水，同時觀察溶液流動的基線是否平穩[13]。通入顯色劑和NH3-NH4Cl緩沖液，當以上溶液充滿整個系統管路時，打開還原鎘柱閥門，使還原鎘柱接入到管路系統中，確保緩沖液足量不抽空；待基線平穩后，將樣品相應地倒入SKALAR San++連續流動分析儀采樣器樣品盤上對應的塑料取樣管中，點擊Flow Access文件，進行SFA自動分析。儀器分析條件:進樣時間為60s，清洗時間為90s，進樣速度為1mL/min，數據處理采用Flow Access軟件；全部結束后，先關閉鎘柱閥，才能提起緩沖液管放入蒸餾水中清洗模板。

1.4 標準曲線繪制

準確移取體積分別為：0，0.5，1，2，4，6，8，10，15，20，25mL的1.00mg/LNO₃^- -N臨時儲備液Ⅱ；0，1，5，10，20，50，80，90，100mL的10.0mg/LNO₃^- -N臨時儲備液Ⅰ于100mL容量瓶中;分別用二次去離子水定容至刻度，搖勻;然后分別移取約10mL試液于樣品盤的塑料取樣管中，用SKALAR San++連續流動分析儀測定并分別做工作范圍為0.01~0.25mg/L和0.1~10.0mg/L的NO₃^- -N標準曲線。

1.5 方法精密度的測定

按測定上限濃度0.25mg/L，配制0.025mg/L，0.125mg/L，0.225mg/L的NO₃^- -N標準溶液，每份標準溶液平行雙份，每份按方法步驟用SKALAR San++連續流動分析儀平行測定6次。

1.6 方法準確度的測定

將編號分別為200818，200819，200821的硝酸鹽氮環境標準樣品稀釋25倍，每個標準樣品用SKALAR San++連續流動分析儀平行測定6次。

1.7方法最低檢測限的測定

移取0.50mL的1.00mg/L硝酸鹽氮臨時儲備液Ⅱ配制濃度為0.005mg/L的硝酸鹽氮標準溶液；參照美國EPA對方法檢出限的規定，用濃度為預期方法檢出限的2~3倍的樣品（采用濃度為0.00500mg/L的硝酸鹽氮標準溶液）按方法步驟用SKALAR San++連續流動分析儀平行測定7次[8]。

1.8 鎘柱的還原率

鎘柱的裝柱：清洗程序是稱取SKALAR配備的鎘粒適量于150mL燒杯中，用約30mL 4M的鹽酸溶液浸泡1分鐘，立即用蒸餾水沖洗，再用50mL 2%硫酸銅溶液泡5分鐘，用蒸餾水沖洗干凈后用濾紙吸干鎘粒；裝柱程序是先將還原柱注滿緩沖液，然后將清洗好的鎘粒裝入還原柱中，鎘粒要保持在水面之下以防接觸空氣。

鎘柱的活化:將還原鎘柱從管路上拆下，用移液槍將約250mL活化溶液以每分鐘7~10mL的流速通過還原鎘柱，使之活化，然后用氯化銨緩沖溶液過柱洗滌3次，還原鎘柱即可使用，之后將還原鎘柱接入到原管路中。

鎘柱還原率的測定:按方法步驟用SKALAR San++連續流動分析儀平行測定0.10mg/L NO₃^--N標準溶液3次，之后將鎘柱脫離管路系統，再按測定亞硝酸鹽方法步驟用SKALAR San++連續流動分析儀平行測定0.10mg/L NO₂^--N標準溶液3次。

1.9方法比對

對編號為200820的NO₃^--N環境標準樣品，分別采用SFA測定法與離子色譜法[3]測定NO₃^- -N濃度并對比。

2 結果與討論

2.1 標準曲線的討論

測定結果見圖1及圖2。濃度范圍為0.010~0.250mg/L的標準曲線:相對峰高DU=1143.21C+1.005，線性相關系數為0.99977;濃度范圍為0.10~10.00mg/L的標準曲線，相對峰高DU=1191.32C-48.34，線性相關系數為0.99989。該結果符合國家環境保護總局編制的《水和廢水監測分析方法》對方法的要求[3]。

2.2 方法的精密度

從表1可以看出當NO₃^--N濃度為0.025mg/L時，其測定平均值為0.0252mg/L，相對偏差為4.59%；當NO₃^--N濃度為0.125mg/L時，其測定平均值為0.1258mg/L，相對偏差為0.74%；當NO₃^- -N濃度為0.225mg/L時，其測定平均值為0.2216mg/L，相對偏差為0.50%，這說明該方法的精密度和穩定性良好，并符合國家環境保護總局編制的《水和廢水監測分析方法》[3]對方法的要求。

2.3 方法的準確度

從表2可以看出:編號分別為200818，200819，200821的硝酸鹽氮環境標準樣品的SFA測定平均值分別為3.38mg/L，0.429mg/L，9.52mg/L，均在有證標準物質標定的3.32±0.17mg/L，0.421± 0.020mg/L，9.49±0.27mg/L范圍內，說明該方法的準確度高并符合國家環境保護總局編制的《水和廢水監測分析方法》[3]對方法的要求。

2.4 最低檢測限

采用MDL=t×SD計算方法最低檢測限，從表3可以看出水樣中NO₃^- -N的SFA測定中方法最低檢測限測定值為0.0023mg/L。

2.5方法最高檢出限

在0.10~10.00mg/L NO₃^- -N的測定范圍內，NO₃^- -N濃度為10.00mg/L的水樣仍具有良好的線性關系。測定過程中為保護SKALAR San++連續流動分析儀不受高濃度NO₂^--N的污染而影響其工作能力，故認為10.00mg/L為NO₃^- -N SFA法測定的方法最高檢出限。

2.6鎘柱還原率

鎘柱還原率可由下式計算：

從表4數據可以計算得出:經過活化后的還原鎘柱還原率為96.8%。

當R<95％時，還原柱須按上述1.8鎘柱的還原率步驟重新進行活化或重新裝柱。

2.7 測定結果的方法比對

對兩種方法測定的數據進行F檢驗和t檢驗，可以看出兩種方法測定結果均無顯著性差異。

3 結論

硝酸鹽SFA法測定的工作曲線線性范圍為0.01～10.0mg/L，最低檢出濃度為0.0023mg/L；重復測定的相對標準偏差小于5%；鎘柱還原率為96.8%。該方法的精密度、準確度優良，與國標方法的離子色譜法進行比對實驗，兩種方法測定結果在統計學上無顯著性差異，均適用于地表水監測。

可見，采用SFA法測定水樣中NO₃^- -N含量，其方法性能參數符合國家環境保護總局編制的《水和廢水監測分析方法》對方法的要求。該方法檢測速度快(尤其適合于批量樣品的分析)，需要的水樣量少，試劑消耗少，結果可信度高，偶然誤差小。該方法經進一步的驗證和權威機構的審批發布后可作為水樣中NO₃^- -N含量測定的環境監測行業標準方法，具有良好的應用前景和推廣價值。

(致謝：集美大學生物工程學院環境工程教研室林建清、巫晶晶老師提供幫助。)

參考文獻

[1] 龔正君，章竹君.環境水樣中亞硝酸鹽和硝酸鹽監測方法研究[J].西南交通大學學報，2005， 40(2):277-280.

[2] 張玉蘭，楊翠鳳.環境中硝酸鹽和亞硝酸鹽測定方法研究進展[J].浙江化工， 2005， 36(6):39-40.

[3] 國家環境保護總局水和廢水監測分析方法編委會編.水和廢水監測分析方法（第四版）[M].北京:中國環境出版社，2002.

[4] 國家環境保護總局科技標準司.中國環境保護標準匯編(1979-2000，水環境分冊)[M].北京:中國環境科學出版社，2001:284-288.

[5] 中華人民共和國國家標準GB7480-87. 硝酸鹽氮的測定. 酚二磺酸分光光度法[S].

[6] 肖文，余萍.間隔流動分析和流動注射分析在環境監測中的應用[J].環境科學動態，2003，(1):39-41.

[7] Jia-Zhong Zhang， Chris Kelble， Frank J. Millero. Gas-segmented continuous flow analysis of iron in water with a long liquid waveguide capillary flow cell [J]. Analytica Chimica Acta，2001，438:49-57.

[8]Rodjana Burakham， Mitsuko Oshima， Kate Grudpan， et al. Simple flow injection system for the simultaneous determination of nitrite and nitrate in water samples [J]. Talanta， 2004， (64):1259-1265.

[9] Zhang Jia-Zhong， Peter B O， Charles J. F. Determination of Nitrate and Nitrite in Estuarine and Coastal Waters by Gas Segmented Continuous Flow Colorimetric Analysis (Revision2.0 September 1997).USA. EPA. Method 353.4[S]. http://www.epa.gov/microbes/m353_4.pdf .

[10] Daniel A， Birot D， Lehaitre M， et al. Characterization and reduction of interferences in flow-injection analysis for the in situ determination of nitrate and nitrite in sea water [J]. Analytica Chimica Acta，1995，(308):413-424.

[11] 中華人民共和國國家標準GB17378.4—1998.海洋監測規范第四部分，海水分析[S]:156～159.

[12] 中華人民共和國環境保護行業標準HJ/T168-2004.環境監測分析方法標準制定技術指導[S].

[13] 沈兵，奚奇輝，朱洪敏，等. 統計技術在“檢測和校準結果的質量保證”中的應用[J].現代測量與實驗室管理，2005，(5):52-55.

[14] 衡俊華，盧尚禮，劉桂森.比對試驗數據處理的3種方法[J].金屬制品，2002，28(6):39- 41.