探究總氮自動分析儀代替傳統法在環保領域的應用

高原 郭玉

（安徽省合肥生態環境監測中心，安徽 合肥 230031）

氮是生長的必須元素之一，但過量的氮元素會導致水體富營養化的發生。當氮、磷等植物營養元素大量進入湖泊、水庫、海灣等緩流水體，水體對營養元素的負荷量超出了其能夠承受的水平，刺激了水生生物活性，導致它們異常增殖，從而造成了一系列危害。因此，總氮是水體富營養化的重要指標之一。目前測定總氮最常用的方法就是國標方法HJ636-2012 堿性過硫酸鉀紫外分光光度法，但是因為該方法耗時較長，消解過程較為繁瑣，使用到高壓鍋存在安全隱患，空白值容易偏大影響測定結果準確性等原因，并不能滿足我們大批量樣品快速分析的需求。隨著人們的環保意識越來越強，國家也越來越重視環保，使得環保系統的監測任務越來越重，由傳統的手工方法逐漸地過渡到儀器方法也是大趨勢。

為了在保障分析樣品準確性和精密度的同時，有效地提升工作效率。本實驗使用哈希IL500N 自動分析儀對低濃度水樣中總氮的準確度、精密度、回收率等一系列實驗室質控要求進行了測定，同時與傳統手工法所測結果進行了長達三個月的數據比對。分析結果表明，總氮自動分析儀可以用來代替傳統法在環保領域進行準確分析。

一、實驗部分

（一）實驗所用儀器和試劑

1.使用儀器簡介

（1）儀器法：總磷自動分析儀（IL500P），美國哈希公司，該儀器由控制單元、自動進樣器和消解分析單元三部分組成。儀器一次最多可以完成36 個樣品的分析測定工作。從清洗到進樣到消解再到比色及數據計算都是由儀器自動完成，不需要人工干預。完成分析一個樣品的處理時間為7min。

（2）傳統手工法：滅菌蒸汽壓力鍋，上海中安醫療器械廠；紫外可見分光光度計UV2700i，日本島津公司。

2.實驗試劑和標準溶液

過硫酸鉀（優級純），比利時PCA 廠家；氫氧化鈉（分析純），國藥集團化學試劑有限公司；濃鹽酸（優級純），蘇州晶瑞化學股份有限公司；濃硫酸（優級純），蘇州晶瑞化學股份有限公司；四水偏硼酸鈉（優級純），阿法埃莎（中國）化學有限公司；過硫酸鈉（優級純），阿法埃莎（中國）化學有限公司；硝酸鉀標準溶液濃度500mg/L 編號200504，有效期 2023 年5 月。

（二）方法原理及檢出限

1.儀器法：總氮自動分析儀使用堿性過硫酸鈉作為氧化劑在溫度為150℃,壓力為8bar 的條件下在石英消解管中進行消解，把水樣中的有機氮和無機氮氧化成硝酸鹽，冷卻至95℃后從消解池轉移到比色皿中酸化后進行比色，通過光度計在210nm 和228nm 之間的紫外吸收差值來確定硝酸鹽的濃度。應用此方法檢測，最低檢出限為0.030mg/L，測定下限為 0.500 mg/L，測定上限為150 mg/L。

2.手工法：在 120～124℃下，堿性過硫酸鉀溶液把樣品中有機氮和無機氮氧化為硝酸鹽，采用紫外分光光度法于波長220nm 和275nm 處，分別測定吸光度 A220 和A275 的吸光度差值來確定硝酸鹽的濃度。當樣品量為 10ml 時，本方法的檢出限為 0.05mg/L，測定范圍為 0.20～7.00mg/L。

二、結果與討論

（一）標準曲線

1.儀器法標準曲線

配制50.0 mg/L 硝酸鉀標準工作溶液作為母液，手工稀釋曲線梯度為0、1、2、3、5、10、15mg/L，用信號值對應濃度繪制標準曲線。2020 年5 月-6月儀器法分析標準曲線見表1、表2 。

表1

表2

2.手工法標準曲線

配制10.0 mg/L 硝酸鉀標準工作溶液作為母液，手工配制曲線梯度為0、0.2、0.5、1.0、3.0、7.0mg/L，用微克數對應吸光度繪制標準曲線。2020年5月-6月手工法分析標準曲線見表3、表4。

表3

表4

由表1、表2、表3、表4 可知，儀器法所測的標準曲線的斜率、截距和相關性系數均能滿足標準要求，且由于儀器收到人為干擾的因素較少，精密度更好的關系，儀器法所測得的相關性系數明顯優于傳統手工方法。

（二）質量控制

1.準確度&精密度（見表5）

表5 總氮質控樣品的測定

通過對不同濃度梯度的有證標準物質的測定，由表5 可以看出儀器的6次測定結果全部在允許濃度的標準范圍內，且相對標準偏差分別為3.0%，1.9%，1.2%，儀器分析的準確度和精密度滿足標準對質控措施的要求。

2.實際樣品加標回收

分別對（0～10mg/L）之間不同濃度階梯的地表水進行加標回收實驗，測定結果見表6。

表6 不同濃度地表水加標回收實驗結果

由表6 可看出，對（0～10mg/L）之間不同濃度的地表水進行加標測定，加標量從10.0ug～100ug，加標回收率在91%～109%之間。測定結果滿足標準對質控措施的要求。

3.實際樣品結果比對

選用儀器方法和國家標準分析方法（HJ636-2012）對多種不同濃度樣品中的總氮進行分析。測定結果如表7 所示。

表7 儀器方法和國標方法的對照結果

由表7 可以看出，3 種類別的13 個水樣，不論是低濃度的清潔地表水，還是高濃度的污水在兩種分析方法下的相對誤差均在5%以內，且濃度越大的樣品，兩種方法的相對偏差越小。結果表明，儀器分析法和手工國標法的測定結果無顯著性差異。

結論

儀器分析方法對不同濃度梯度的有證標準樣品的測定結果和不同濃度地表水樣的加標回收率的測定結果均能滿足標準中對質量保證和質控措施的要求，測定有證標準樣品的儀器的精密度和準確度能滿足環保領域日常分析的需求。不同類別的同一水樣在儀器分析法和國標分析法下得到的測試結果的相對誤差在5%以內，相對偏差較小。因此，對于測定不同類別不同濃度的樣品，儀器法可以替代國標HJ636-2012 方法的測定結果。

此外儀器分析法與國標分析方法HJ636-2012相比，還有一些突出的優點：（1）儀器分析方法測得的標準曲線線性好于傳統手工方法，且儀器分析方法提供高低兩種量程,檢測范圍更廣。（2）測試速度非常快。特有的石英消解管在溫度為150℃,壓力為8bar 的條件消解,節省時間，一個樣品的整個檢測過程只需要7min，一次最多可分析36 個樣品，相比較國標分析方法而言，極大地提高了分析速度，此外消解分析過程全自動,不需要人工操作，真真正正地提高了工作效率。（3）控制器界面直接顯示待測樣品的信號值和濃度，不需要人工計算，既避免了計算錯誤導致的結果失真，又減輕了分析者的工作量。（4）試劑用量少，避免了大量使用試劑對環境造成的危害。（5）樣品前處理簡單,避免人體與有害物質接觸，也避免了消解過程使用高壓鍋帶來的危險。所以儀器法替代國標HJ636-2012 方法進行大批量的水樣分析不失為一種簡便，省時，安全，便捷的選擇。