連續(xù)流動分析法測定淡水中亞硝酸鹽、硝酸鹽和氨氮實驗研究

高 琰，葉林安，任 敏，張玉順，金余娣，魯 水

(國家海洋局寧波海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，浙江 寧波 315040)

1 引言

一定濃度的營養(yǎng)鹽可以促進生物生長，有利于生態(tài)環(huán)境的平衡。但是近年來生活污水、工業(yè)廢水排放等原因導致水體中的營養(yǎng)鹽濃度過高，引起水體富營養(yǎng)化，對生態(tài)系統(tǒng)平衡造成損傷，對環(huán)境造成極大的損害。因此營養(yǎng)鹽是水質監(jiān)測中非常重要的一環(huán)，準確測定淡水中亞硝酸鹽、硝酸鹽、氨氮的含量可以有效評價水質的污染程度。目前測定淡水中亞硝酸鹽、硝酸鹽、氨氮的方法有很多，其中測定亞硝酸鹽氮的分析方法有高效液相色譜法[1，2]、紫外可見分光光度法[3]、

離子選擇電極法[4]，測定亞硝酸鹽和硝酸鹽的有流動注射法[5，6]，而作為傳統(tǒng)手工方法的分光光度法，在多個環(huán)節(jié)，具有容易沾污，不確定性較大，試劑毒性大易對分析者造成傷害等缺點，隨著現(xiàn)如今樣品數(shù)量的增加，手工法已滿足不了準確測定大批量樣品的需求[7]。

連續(xù)流動注射分析法自提出以來經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)越來越成熟，有越來越多的學者使用該方法[8～13]。相比于傳統(tǒng)手工的分光光度法，連續(xù)流動分析法的自動化程度高，分析速度快，樣品分析的準確度和效率更高，該法實現(xiàn)了實驗室檢測的自動化，減少了人為操作帶來的實驗誤差和環(huán)境污染，極大地提高了工作效率[14]。可以有效用于測定地表水、地下水、生活污水和工業(yè)廢水中的亞硝酸鹽、硝酸鹽、氨氮的含量。

2 材料與方法

2.1 實驗儀器

采用QUAATRO型連續(xù)流動分析儀(德國SEAL公司生產)，該儀器包含自動進樣器、化學反應模塊(蠕動泵、泵管、混合反應圈、加熱器等)與數(shù)據(jù)分析模塊。

2.2 連續(xù)流動分析儀的工作原理

將固定比例的試樣與試劑在蠕動泵的作用下以相同的時間間隔在密閉的化學反應模塊中按特定的順序混合、反應后，以峰高為響應值，在對應的檢測器中進行吸光度的測定。

2.3 化學反應原理

(1)亞硝酸鹽反應原理。亞硝酸鹽與磺胺發(fā)生重氮化反應，再與N-1-萘基乙二胺鹽酸鹽形成紫紅色化合物，在540 nm波長處測定吸光度。

(2)硝酸鹽反應原理。 將樣品通過鎘-銅還原柱，在咪唑緩沖溶液中將樣品中含有的硝酸鹽全部還原成亞硝酸鹽，亞硝酸鹽與磺胺發(fā)生重氮化反應，再與N-1-萘基乙二胺鹽酸鹽形成紫紅色化合物，在540 nm波長處測定吸光度。需要注意的是該方法測定的是硝酸鹽與亞硝酸鹽濃度之和，硝酸鹽濃度需要減去亞硝酸鹽濃度，該亞硝酸鹽濃度由不通過鎘圈的程序測定。

(3) 氨鹽反應原理。 在堿性條件下，樣品中含有的氨鹽與二氯異氰尿酸鈉釋放出的游離氯離子反應，生成的氯胺在存在亞硝基鐵氰化鈉的情況下，與水楊酸鈉反應生成藍綠色化合物，在660 nm波長處測定吸光度。

2.4 實驗試劑

亞硝酸鹽，硝酸鹽，氨鹽標準物質(國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心生產)，無氨水，分析所需試劑按照儀器方法配置。

3 實驗結果討論

3.1 方法線性

按照前文所述實驗條件，使用無氨水對混合標準溶液進行定容。擬合后的標準曲線見圖1。

圖1 亞硝酸鹽、硝酸鹽、氨氮的校準曲線

從圖1中可以看出，采用連續(xù)流動分析法進行亞硝酸鹽、硝酸鹽、氨氮三項營養(yǎng)鹽線性擬合后的工作曲線測定的結果，相關系數(shù)都達到0.9999及以上，在給定的濃度范圍內具有良好的線性關系，符合在質控要求中4～6個點時，校準曲線線性大于0.99的要求，可以用于分析測定。

3.2 方法檢出限

方法檢出限是指采用某一特定分析方法在適當?shù)闹眯潘絻龋軌驈臉悠分袡z測出被測組分的最小濃度。根據(jù)HJ 168-2010《環(huán)境監(jiān)測分析方法標準制修訂技術導則》[15]規(guī)定的標準，按照儀器方法配置試劑，重復n(n≥7)次空白試驗，將測定結果換算為樣品的濃度或含量，計算n次空白平行測定的標準偏差，在置信水平為99%時按公式(1)計算方法檢出限。

MDL=t(n-1，0.99)×SD

(1)

式(1)中：MDL為方法檢出限；n為樣品的平行測定次數(shù)；t為自由度為n-1、置信度為99%時的t分布(單側)；S為n次平行測定的標準偏差。

根據(jù)測定結果與計算公式可以得出亞硝酸鹽的方法檢出限為1.2 μg/L；硝酸鹽的方法檢出限為1.4 μg/L；銨鹽的方法檢出限為1.7 μg/L。連續(xù)流動分析法的方法檢出限相較于國家海洋監(jiān)測規(guī)范標準方法[16]的方法檢出限更低，對于低濃度樣品的檢測更為準確(表1)。

表1 方法檢出限的測定

3.3 精密度

精密度是指在同一條件下多次重復分析同一均勻樣品所測定值的一致程度。精密度由隨機誤差決定，通常用標準偏差(SD)和相對標準偏差(RSD)等指標來表示。平行測定3種不同濃度的樣品6次，計算標準偏差和相對標準偏差，結果見表2。

表2 不同樣品的標準偏差和相對標準偏差(n=6)

由表2可得，測定的亞硝酸鹽、硝酸鹽和銨鹽的相對標準偏差均小于10%，精密度符合相關質量控制的要求[17]，氨氮在較低濃度范圍時可能因為空氣中氨濃度過高等原因引起沾污，相對標準偏差較高。由測定結果表明該方法可以獲得較高的精密度。

3.4 準確度實驗

準確度表示分析結果與真值的接近程度，反映分析方法和分析測量系統(tǒng)存在的系統(tǒng)誤差和隨機誤差的大小即測量結果的可靠性。準確度常用絕對誤差、相對誤差(RE)和加標回收率表示。平行測定3種不同濃度的樣品6次，計算平均相對誤差，結果見表3。

加標回收實驗是指將一定量已知濃度的標準物質加入待測樣品中，測定加入前后樣品的濃度，用加標回收率表示，可以以此評價分析方法的準確度。實驗對3種不同濃度的樣品進行分析測試，平行測定6次，同時對樣品進行加標測試，檢驗方法回收率。

表3 本方法的平均相對誤差(n=6)

由表4分析測定結果可知，該方法硝酸鹽的加標回收率在98.5%～101%之間，亞硝酸鹽在95.0%～100%之間，銨鹽的加標回收率在95.0%～102.5%之間，均符合實驗室質量控制的要求[17]，滿足分析準確度的要求。

表4 本方法的加標回收率(n=6)

4 結論與討論

本實驗研究建立了連續(xù)流動分析法測定地表水、地下水、生活污水和工業(yè)廢水等淡水中的亞硝酸鹽、硝酸鹽、氨氮3項營養(yǎng)鹽，采用連續(xù)流動分析法的工作曲線相關系數(shù)達到0.9999以上，符合檢測分析的相關要求；亞硝酸鹽的方法檢出限為1.2 μg/L，硝酸鹽的方法檢出限為1.4 μg/L；銨鹽的方法檢出限為1.7 μg/L；亞硝酸鹽、硝酸鹽、氨氮的相對標準偏差分別在0.00%～6.44%；平均相對誤差在0.800%～10.0%；加標回收率在95%～102.5%，實驗研究結果均滿足實驗室質控標準，能夠用于三項營養(yǎng)鹽的痕量分析檢測。具有分析成本低、自動化程度高、不易受分析人員水平影響、檢測速度快、不確定因素影響少等優(yōu)點，在未來將有更廣闊的發(fā)展前景。