分光光度法測定大氣降水中亞硝酸鹽方法的改進(jìn)

邢書才，楊 永，岳亞萍

(國家環(huán)境保護(hù)污染物計量和標(biāo)準(zhǔn)樣品研究重點(diǎn)實驗室 環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所，北京 100029)

0 引 言

大氣降水中亞硝酸鹽的測定，國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法為GB13580.7-1992《大氣降水中亞硝酸鹽測定N-（1-萘基）-乙二胺光度法》[1]。作為大氣降水環(huán)境監(jiān)測的代表性分析方法，該方法已經(jīng)頒布實施了20多年。在實際應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)該標(biāo)準(zhǔn)分析方法在校準(zhǔn)曲線的制備、分析方法的測定范圍等方面都存在一些問題，使分析方法的應(yīng)用以及樣品的測定質(zhì)量受到影響[2-6]。對光度法測定水中亞硝酸鹽的方法研究試驗，以往已有相關(guān)文獻(xiàn)報道，但主要涉及分析方法的應(yīng)用測定、實驗器皿的改變和方法比對方面[7-13]。對于大氣監(jiān)測的重要指標(biāo)—大氣降水亞硝酸鹽測定方法的研究，目前還少有報道。本工作針對大氣降水中亞硝酸鹽測定分光光度法中存在的問題，進(jìn)行了改進(jìn)性研究，使關(guān)鍵性測定條件得到了改良，提高了分析方法校準(zhǔn)曲線的精密度，重新確定了測定范圍，在合理的測定范圍內(nèi)降低了測定下限，提高了測定靈敏度，使測定范圍控制在合理的濃度區(qū)間。改進(jìn)后的測定方法，不僅優(yōu)化了分析測定條件，同時使測定方法的技術(shù)指標(biāo)得到了顯著性提高。

1 材料與方法

1.1 主要儀器和試劑

Cary 300 UV-Vis 型紫外可見分光光度計（美國安捷倫公司）；Ae-240型精密電子天平（瑞士Mettler公司）。各種規(guī)格移液管、容量瓶（德國，Brand公司）；25 mL成套具塞比色管（天津玻璃儀器廠）。

亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液 1（1 000 μg/mL，批號 212055-023，美國 Accu Standard 公司）；亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液2（1 000 mg/L，批號 178020-2 國家有色金屬及電子材料分析測試中心）；亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)使用液（10.00 μg/mL，2.00 μg/mL，用亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液1逐步稀釋制成）。

水質(zhì)亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)樣品（標(biāo)準(zhǔn)編號GSB 07-3165-2014，批號206148，環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所）；實驗室自制高純水，電導(dǎo)率小于 0.05 μs/cm（25 ℃）。

對氨基苯磺酸溶液（10 g/L）：稱取 0.5 g 對氨基苯磺酸，溶于35 mL（1+6）鹽酸中，用純水稀釋至50 mL。鹽酸 N-（1-萘基-）乙二胺溶液（1 g/L）：稱取 0.1 g 鹽酸 N-（1-萘基-）乙二胺，溶于 100 mL 純水中。

1.2 實驗方法

分別用原測定方法[1]和改進(jìn)后的測定方法制備校準(zhǔn)曲線，并以改進(jìn)后的測定方法對實際樣品進(jìn)行測定，用以檢驗改進(jìn)方法的精密度和準(zhǔn)確度技術(shù)指標(biāo)。

1.2.1 校準(zhǔn)曲線的繪制

1）原測定方法制備校準(zhǔn)曲線：分別加入濃度為10.00 μg/mL 的亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)使用液 0 ，0.50，1.00 ，2.50 ，5.00，10.00 mL 于 25 mL 比色管中，加水至標(biāo)線，各加入1.0 mL 對氨基苯磺酸溶液，搖勻，放置5 min。加入 1.0 mL 鹽酸 N-（1-萘）-乙二胺溶液，加水至刻度，混勻。于波長540nm 處，以水作參比，用1 cm 比色皿，測定吸光度，繪制校準(zhǔn)曲線。

2）改進(jìn)后的測定方法制備校準(zhǔn)曲線：分別加入濃度為 2.00 μg/mL 的亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)使用液 0 ，0.50，1.00，2.00，4.00，8.00，10.00 mL 于 25 mL 比色管中，加水至約 10 mL，各加入 0.50 mL 對氨基苯磺酸溶液，搖勻，放置 5 min。加入 0.5 mL 鹽酸 N-（1-萘）-乙二胺溶液，加水至刻度，混勻。于波長540 nm處，以水作參比，用1 cm 比色皿，測定吸光度，繪制校準(zhǔn)曲線。

1.2.2 樣品的測定

1）改進(jìn)后方法的樣品測定：取樣品 10～15 mL，超低濃度樣品可取20 mL（含有亞硝酸根不超過20 μg），按照改進(jìn)后方法進(jìn)行測定，將吸光度帶入改進(jìn)后的校準(zhǔn)曲線查得亞硝酸鹽含量。

2）改進(jìn)后方法的精密度測定：用亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液2制備濃度為0.040 0 （與方法測定下限濃度相近），0.400，0.700 mg/L 3 個濃度的樣品，用改進(jìn)后的測定方法對樣品進(jìn)行平行測定，檢驗測定方法的精密度。

3）改進(jìn)后方法的準(zhǔn)確度測定：以水質(zhì)亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)樣品為被測定樣品，按照改進(jìn)后方法進(jìn)行測定，并和原測定方法進(jìn)行比對實驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 校準(zhǔn)曲線質(zhì)量及測定范圍的比對

用Accu Standard公司生產(chǎn)的亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液為檢測標(biāo)準(zhǔn)，分別按照1.2.1的1）～2）的方法，對所制備的校準(zhǔn)系列進(jìn)行測定，根據(jù)測定結(jié)果繪制校準(zhǔn)曲線，如圖1和圖2所示。

圖1 原測定方法校準(zhǔn)曲線

圖2 改進(jìn)后的校準(zhǔn)曲線

從圖1可見，原測定方法繪制的校準(zhǔn)曲線存在幾個方面的問題，最明顯的是測定范圍問題。圖1顯示出整條曲線呈彎曲狀，方法給出的測定范圍為0.185～3.70 mg/L；其測定下限的吸光值約為 0.2，顯而易見，這個測定下限不是通過測定檢出限計算而得到的，而是人為設(shè)定的。再分析測定上限3.70 mg/L濃度點(diǎn)，從圖1可以看出，在達(dá)到0.92 mg/L濃度點(diǎn)（圖中第4個點(diǎn)）之前，曲線早已發(fā)生了彎曲，達(dá)到3.70 mg/L濃度點(diǎn)時吸光值已達(dá)到3.0以上；測定時，當(dāng)吸光度＞2.0后，讀數(shù)發(fā)生跳動已無法正常讀取數(shù)據(jù)。按分光光度法規(guī)則，當(dāng)吸光值大于0.7 時應(yīng)稀釋樣品[14]。因此，原測定方法的校準(zhǔn)曲線，是一條彎曲的曲線，精密度較差，不符合比爾定律，也無法達(dá)到分析校準(zhǔn)的技術(shù)要求。

從曲線2可以看出，改進(jìn)后的校準(zhǔn)曲線，回歸系數(shù)r2=0.999 6，測定范圍為 0.040～0.80 mg/L。比對結(jié)果表明，改進(jìn)后校準(zhǔn)曲線的線性質(zhì)量好，精密度高；有效測定范圍也得到了合理性的拓寬。

2.2 檢出限和測定下限的比對

依據(jù)《環(huán)境監(jiān)測 分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定的計算方法[15]，以扣除空白值后與0.01吸光度相對應(yīng)的濃度值作為方法的檢出限，計算公式為MDL=0.01/b。由改進(jìn)前后校準(zhǔn)曲線所計算出的檢出限和測定下限見表1。

從表1可見，改進(jìn)后的測定方法，無論從檢出限還是測定下限都比改進(jìn)前降低了25%，表明在分析方法的檢出限和測定下限方面，改進(jìn)后的測定方法，技術(shù)指標(biāo)優(yōu)勢明顯。斜率的數(shù)據(jù)也表明，在靈敏度上，改進(jìn)后的測定方法較改進(jìn)前提高了30%以上。

表1 分析方法的檢出限和測定下限

2.3 校準(zhǔn)曲線標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)置

從原測定方法的校準(zhǔn)曲線還可以看出，由零濃度點(diǎn)（0 mg/L）到第 1 個濃度點(diǎn)（0.185 mg/L）距離很遠(yuǎn)，也就是說，實際的測定下限不是第1個濃度點(diǎn)0.185 mg/L。所帶來的問題是，校準(zhǔn)曲線中濃度點(diǎn)的設(shè)置不合理，其結(jié)果就是將使校準(zhǔn)曲線的質(zhì)量受到影響。按照分光光度法的規(guī)則，在不考慮選擇性因素條件下，對于一條校準(zhǔn)曲線，最低濃度點(diǎn)應(yīng)與方法的測定下限接近。因此，第1個濃度點(diǎn) 0.185 mg/L與測定下限相去甚遠(yuǎn)，不符合分光光度法的基本原則。同時，對于校準(zhǔn)曲線上濃度點(diǎn)的設(shè)置，應(yīng)該是兩端密中間疏，可以提高校準(zhǔn)曲線的質(zhì)量和精密度。原測定方法在校準(zhǔn)曲線上端濃度點(diǎn)的設(shè)置，不僅超出了符合比爾定律的上限，也沒有對濃度點(diǎn)的密集問題予以考慮；同樣，在校準(zhǔn)曲線的下端，不僅沒有考慮濃度點(diǎn)的密集問題，而且低濃度點(diǎn)的設(shè)置在測定下限附近都是缺失的。因此，改進(jìn)后的方法在校準(zhǔn)曲線標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)置上，更注重測定下限以及測定上限處密集度（見圖2），用以提高校準(zhǔn)曲線的質(zhì)量和可靠性。

2.4 測定體系的體積與靈敏度

從1.2.1 的1）中可見，原方法測定體系的體積為27.0 mL，操作方式是在25 mL比色管中加入樣品，然后先定容至25 mL，再加入顯色劑等試劑2.0 mL，共27 mL。如果因顯色劑為易生泡沫溶液或相關(guān)因素影響25 mL體積定容，可以采取這種方式。但在本測定項目中不存在這種影響，因此這種處理方式缺乏合理性。改進(jìn)后的方法加入樣品后，以純水調(diào)節(jié)至10 mL左右，然后加入顯色劑等試劑后用純水定容至25 mL。改進(jìn)后，不僅簡化了操作，便于質(zhì)量濃度的計算，也使方法的靈敏度提高8%以上。

2.5 改進(jìn)方法的精密度和準(zhǔn)確度測定

用亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液2制備濃度為0.040 0，0.400，0.700 mg/L 樣品，以 Accu Standard 公司提供的亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液1為測試標(biāo)準(zhǔn)，對0.040 0 mg/L等3個濃度的樣品進(jìn)行6次平行測定，對改進(jìn)后的測定方法進(jìn)行精密度評估，測定結(jié)果見表2。同時對水質(zhì)中亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測定，以檢驗方法的準(zhǔn)確度，并與原測定方法進(jìn)行比對，測定結(jié)果如表3所示。

表2 精密度測定結(jié)果1） mg/L

從表2可見，改進(jìn)后的測試方法，精密度測定值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于3%，說明樣品的測定值一致性良好，精密度測試結(jié)果符合要求。由表3可見，原測定方法的測定結(jié)果均值為0.600 mg/L，與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行t檢驗，檢驗結(jié)果t實驗=106.73，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于臨界值t0.05,5=2.57，與標(biāo)準(zhǔn)值0.661 mg/L存在顯著性差異。并且原測定方法的所有測定值都低于標(biāo)準(zhǔn)值的測定下限，說明原測定方法在測定準(zhǔn)確度上無法達(dá)到技術(shù)要求。改進(jìn)法準(zhǔn)確度測定結(jié)果的均值為0.668 mg/L，經(jīng)檢驗，t實驗=2.04，小于臨界值t0.05,5=2.57（95% 置信限），與標(biāo)準(zhǔn)值 0.661 mg/L 無顯著性差異。表明改進(jìn)后的測定方法測定準(zhǔn)確。

表3 準(zhǔn)確度測定結(jié)果1） mg/L

3 結(jié)束語

依照HJ 168-2010《環(huán)境監(jiān)測 分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修訂技術(shù)導(dǎo)則》的技術(shù)要求，對GB13580.7-1992《大氣降水中亞硝酸鹽測定N-（1-萘基）-乙二胺光度法》進(jìn)行了改進(jìn)。從方法學(xué)角度，對原測定方法中存在的測定范圍問題，校準(zhǔn)曲線標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)置問題，以及檢出限和測定下限等方面的問題進(jìn)行深入的討論。改進(jìn)后的測定方法，校準(zhǔn)曲線的精密度高，在合理的測定范圍內(nèi)拓寬了方法的測定范圍；通過對測定體系體積的改進(jìn)，提高了測定靈敏度。以高、中、低不同濃度的樣品進(jìn)行精密度測定，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差 RSD ＜3.0 %；以亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行準(zhǔn)確度測定，測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值一致性良好。改進(jìn)后的分析方法更加簡便易于操作，適合于大氣降水以及其他水體批量樣品的分析測定。