曾興宇，劉靜，周東星

(國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所，天津 300192)

海水養(yǎng)殖污染已給海洋生態(tài)環(huán)境帶來了嚴(yán)重的影響，養(yǎng)殖廢水中大量的營養(yǎng)鹽和污染物已成為引起海水富營養(yǎng)化的主要來源，并且對海洋生態(tài)環(huán)境和人類健康造成危害，目前已是世界各國備受關(guān)注的環(huán)境問題，因此及時(shí)快速地測定海洋養(yǎng)殖廢水中總氮和總磷指標(biāo)顯得十分重要。目前經(jīng)典的養(yǎng)殖廢水中總氮、總磷的測定依據(jù)海洋監(jiān)測規(guī)范GB 17378.4-2007［1］或海洋調(diào)查規(guī)范GB／T 12763.4-2007)［2］，這些方法操作繁瑣，分析時(shí)間長，準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性較差，不能滿足海水養(yǎng)殖廢水的批量連續(xù)分析及在線監(jiān)測。流動(dòng)注射分析(FIA)［3-4］是通過蠕動(dòng)泵壓縮不同管徑的泵管，將反應(yīng)試劑和待測樣品按比例注入一個(gè)密閉的連續(xù)流動(dòng)載流中，在化學(xué)反應(yīng)單元中發(fā)生顯色反應(yīng)，在檢測器中測得其信號值，按照標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定待測樣品的濃度，該法具有分析速度快、準(zhǔn)確度和精密度高，全部操作由軟件控制，可以減少人為因素造成的誤差，操作過程簡單，檢測效率高等優(yōu)點(diǎn)，在國內(nèi)外已應(yīng)用于總氮或總磷的監(jiān)測［5-10］和檢測標(biāo)準(zhǔn)［11-12］。但尚未見紫外消解-流動(dòng)注射分光光度法測定海水養(yǎng)殖廢水中總氮和總磷的有關(guān)報(bào)道。

筆者將一臺進(jìn)樣器與兩臺流動(dòng)分析儀進(jìn)行整合，使得樣品經(jīng)過進(jìn)樣器后分流到兩臺流動(dòng)分析儀，在紫外光照射下，過硫酸鉀氧化、在線消解后同時(shí)測定樣品中總氮和總磷的含量。該法只需要10 mL樣品就能同時(shí)測定水樣中的總氮和總磷，具有簡便、快速、準(zhǔn)確、靈敏等優(yōu)勢，可以廣泛應(yīng)用在海洋環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域中大量快速分析海水養(yǎng)殖水樣的氮磷指標(biāo)，尤其適用于少量體積水樣分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

總氮自動(dòng)檢測依據(jù)如下反應(yīng)：樣品與過硫酸鉀／氫氧化鈉溶液在硼砂緩沖器中混勻，加入到UV消化器中加熱消化生成硝酸鹽，透析后經(jīng)過鎘銅柱，硝酸鹽被還原成亞硝酸鹽，再通過Griess反應(yīng)(亞硝酸鹽與二氨基苯磺酸結(jié)合成重氮化合物，重氮化合物與二氯萘基乙烯二胺形成一個(gè)高級偶氮基染色物)檢測硝酸鹽含量。在540 nm處測定吸光度。

總磷自動(dòng)檢測依據(jù)如下反應(yīng)：樣品與過硫酸鉀混合，有機(jī)磷在UV光下分解，硫酸加入樣品流，溶液升溫后，復(fù)合無機(jī)磷被消化成正磷酸鹽，加入氫氧化鈉中和后，溶液通過蒸餾水透析。在酒石酸銻鉀和稀磷酸溶液的酸性介質(zhì)中七水合鉬酸銨催化生成銻-磷酸鹽-鉬酸鹽復(fù)合物，該復(fù)合物與抗壞血酸維生素C作用呈現(xiàn)深藍(lán)色，在880 nm處測定吸光度。

1.2 主要儀器與試劑

流動(dòng)注射分析儀：SAN++型，荷蘭Skalar儀器有限公司；

堿性過硫酸鉀(K2S2O8)溶液：用少量無氨水充分溶解12.00 g的氫氧化鈉，稱取40.00 g過硫酸鉀溶于900 mL無氨水，再加入氫氧化鈉溶液，以無氨水定容至1 000 mL；

酸性過硫酸鉀(K2S2O8)溶液：稱取9.90 g過硫酸鉀溶于800 mL蒸餾水，加入85.00 mL濃硫酸H2SO4(95%～97%)，再加入蒸餾水定容至1 000 mL；

氮、磷混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱取7.218 g優(yōu)級純硝酸鉀(KNO3，110℃干燥2h)溶于800 mL無氨水中，定容至1 000 mL，此溶液含氮為1 000 mg／L。稱取4.394 g磷酸二氫鉀(KH2PO4，110℃干燥2h)溶于800 mL蒸餾水，定容至1 000 mL，此溶液含磷為1 000 mg／L。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要可逐級稀釋成氮、磷混合標(biāo)準(zhǔn)使用液；

緩沖溶液：在800 mL蒸餾水中溶解氯化銨(NH4Cl)，用氨水(25% NH4OH )調(diào)節(jié)溶液pH為8.2±0.1，加蒸餾水定容至1 000 mL，加1.00 mL聚氧乙烯月桂醚(Brij35表面活性劑，30%)，混勻；

顯色溶液：用800 mL蒸餾水稀釋100.00 mL鹽 酸(HCl，32%)，加10.00 g磺 胺(C6H8N2O2S)和0.50 g二氯萘基乙烯二胺(C12H16Cl2N2)溶解，混勻，加蒸餾水定容至1 000 mL；

鉬酸銨溶液：取40.00 mL濃硫酸(H2SO4，95%～97%)溶于800 mL蒸餾水，加入4.80 g鉬酸銨[(NH4)6Mo7O24·4H2O]溶解，定容至1 000 mL，加入2.00 mL單(雙)十二烷基硫酸鹽二苯氧鈉(FFD6)，混勻；

酒石酸銻鉀溶液：溶解酒石酸銻鉀300 mg [K(SbO)C4H4O6·?H2O]于80.00 mL蒸餾水，定容至100 mL；

L(+)抗壞血酸維生素C溶液：溶解18.00 g L(+)抗壞血酸維生素C(C6H8O6)于800 mL蒸餾水，加入20.00 mL酒石酸銻鉀溶液，定容至1 000 mL；

水質(zhì)總氮標(biāo)準(zhǔn)：2.99 mg／L，編號GSBZ50026-94，環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所；

水質(zhì)總磷標(biāo)準(zhǔn)：1.46 mg／L，編號GSBZ50033-95，環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所；

中國標(biāo)準(zhǔn)海水：鹽度值分別為5，20，30，35，40，GBW(E)130011-1-5，國家海洋標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量中心；

實(shí)驗(yàn)所用試劑除特殊說明外均為分析純；

實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

1.3 樣品采集、保存與預(yù)處理

樣品采集和保存［13-14］：采用UPVC材質(zhì)的卡蓋式采水器采集樣品，采集后的水樣應(yīng)立即放入冰箱中或低于4℃的條件下保存，但不得超過24 h，并盡快測定，所有水樣均應(yīng)貯存在玻璃瓶中。

樣品預(yù)處理：清潔水樣可直接取樣進(jìn)行分析，水樣混濁時(shí)，為保持進(jìn)樣器和各化學(xué)反應(yīng)單元通暢、無沉積，可將水樣用孔徑為0.45 μm的微孔濾膜過濾后進(jìn)行測定。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 水樣的紫外消解

樣品由自動(dòng)進(jìn)樣器進(jìn)入分液器，然后分別進(jìn)入總氮、總磷紫外消解器，消解后的水樣流入比色管并經(jīng)脫氣后測定。

1.4.2 總氮的測定

消解后水樣在載流的載帶下，流過銅-鎘柱被還原后，與顯色溶液在反應(yīng)管中匯合、反應(yīng)，檢測器在波長540 nm處測定吸光度，排出廢液。

1.4.3 總磷的測定

消解后水樣在載流的載帶下，與酒石酸銻鉀溶液在反應(yīng)管中匯合，再與L(+)抗壞血酸維生素C溶液在反應(yīng)管中匯合、反應(yīng)、顯色，檢測器在波長880 nm處測定吸光度，排出廢液。

2 結(jié)果與討論

2.1 海水鹽度的影響

采用不同鹽度(鹽度0～40)標(biāo)準(zhǔn)海水配制同一濃度(1.00 mg／L)的總氮、總磷混合標(biāo)準(zhǔn)使用溶液，通過自動(dòng)進(jìn)樣器引入流動(dòng)注射體系中，試驗(yàn)結(jié)果見表1。由表1可見，體系鹽度的變化對化學(xué)顯色反應(yīng)產(chǎn)生的信號無影響。

表1 鹽度對總氮、總磷檢測結(jié)果的影響

2.2 試樣注入體積的選擇

在進(jìn)樣速度不變的情況下，通過調(diào)節(jié)進(jìn)樣時(shí)間控制進(jìn)樣體積，分別測定濃度為1.00 mg／L的總氮、總磷混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，進(jìn)樣時(shí)間由30 s增至70 s時(shí)，吸光度顯著提高；從70 s增至100 s時(shí)，吸光度基本恒定。從靈敏度和分析速度兩方面考慮，實(shí)驗(yàn)選擇進(jìn)樣時(shí)間為70 s。

圖1 不同進(jìn)樣時(shí)間的吸光度

2.3 自動(dòng)進(jìn)樣器清洗時(shí)間的選擇

保障樣品測定不出現(xiàn)交叉污染，通過調(diào)節(jié)清洗時(shí)間控制進(jìn)樣器清洗，分別測定濃度為1.00 mg／L的總氮、總磷混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同清洗時(shí)間的吸光度

從圖2中可知，清洗時(shí)間由30 s增至90 s時(shí)，吸光度有顯著降低趨勢；從90 s增至140 s時(shí)，吸光度降低趨勢緩慢。從靈敏度和分析速度兩方面考慮，實(shí)驗(yàn)選擇清洗時(shí)間為90 s。

2.4 工作曲線與檢出限

配制總氮和總磷混合標(biāo)準(zhǔn)樣品，其中總氮標(biāo)準(zhǔn) 系 列 為0.050，0.100，0.500，1.00，2.00，4.00，5.00 mg／L，總磷標(biāo)準(zhǔn)系列為0.020，0.100，0.500，1.00，2.00，4.00，5.00 mg／L。在鹽度為35，進(jìn)樣時(shí)間為70 s，清洗時(shí)間為90 s的試驗(yàn)條件下，測定混合標(biāo)樣中的總氮、總磷含量，以相對峰高y為縱坐標(biāo)，對應(yīng)的質(zhì)量濃度ρ為橫坐標(biāo)，繪制校準(zhǔn)曲線，計(jì)算回歸方程。依據(jù)環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修定技術(shù)導(dǎo)則［15］規(guī)定，在測定方法檢出限時(shí)，最少測定7個(gè)重復(fù)的空白實(shí)驗(yàn)，并按分析方法的全過程進(jìn)行處理和測定。方法檢出限(MDL)：MDL=t(n-1，0.99)S(其中S為樣品n次平行測定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，t為參數(shù)，當(dāng)n=7時(shí)，查表得t=3.143)。工作曲線方程、檢出限和線性范圍結(jié)果見表2。

表2 回歸方程、檢出限和線性范圍

2.5 方法的精密度

按照實(shí)驗(yàn)方法，將國家環(huán)?？偩謽?biāo)準(zhǔn)樣品研究所研制的環(huán)境標(biāo)樣配制成總氮和總磷混合標(biāo)樣，按實(shí)驗(yàn)方法測定，結(jié)果見表3。由表3可知，總氮和總磷的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.15%，0.60%，說明該方法具有良好的精密度。

表3 精密度試驗(yàn)結(jié)果

2.6 實(shí)際水樣分析與回收試驗(yàn)

采集7個(gè)不同點(diǎn)位海水養(yǎng)殖廢水水樣，將采集的水樣經(jīng)孔徑為0.45 μm的微孔濾膜過濾，按實(shí)驗(yàn)方法測定，測定結(jié)果及加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果見表4。由表4可知，該方法具有較高的準(zhǔn)確度。

表4 樣品測定與回收試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)語

采用紫外消解-流動(dòng)注射分光光度法測定海水養(yǎng)殖廢水中總氮和總磷，方法靈敏度高，檢出限低，重現(xiàn)性好，操作簡便快捷，試劑用量少，檢測范圍寬，每小時(shí)可連續(xù)分析15～20個(gè)樣品，其方法的線性、精密度、準(zhǔn)確度和加標(biāo)回收率符合分析監(jiān)測要求。該法適用于海洋環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域中大量快速分析海水養(yǎng)殖水樣的氮磷指標(biāo)，尤其適用于少量體積水樣分析。

［1］GB 17378.4-2007 海洋監(jiān)測規(guī)范 第4部分：海水分析［S］.

［2］GB／T 12763.4-2007 海洋調(diào)查規(guī)范 第4部分：海水化學(xué)要素調(diào)查［S］.

［3］Ruzicka J，Hansen E H. Flow injection analysis［M］. 2nd. New York: John Wiley and Sons，1988.

［4］方肇倫.流動(dòng)注射分析法［M］.北京：科學(xué)出版社，1999.

［5］呂清.連續(xù)流動(dòng)分析-分光光度法測定水和廢水中總氮［J］.環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，2014，26(1): 42-45.

［6］王慶霞，蘇苓，黃曉菊.流動(dòng)注射氯化亞錫還原光度法測定水中總磷［J］.環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)，2006，18(3): 21-22.

［7］谷曉明，郝龍騰，王慶飛.順序注射平臺-分光光度法測定水中總磷［J］.中國環(huán)境監(jiān)測，2014，30(4): 151-154.

［8］韓雙來，項(xiàng)光宏，唐小燕，等.基于順序注射分析技術(shù)的總氮在線分析儀［J］.中國環(huán)境監(jiān)測，2013，29(3): 94-98.

［9］王如海，錢薇，朱小芳，等.流動(dòng)注射法同時(shí)測定水中的氮磷指標(biāo)［J］.分析試驗(yàn)室，2013，32(12): 32-36.

［10］黃晶，黃瑩，凌玲.流動(dòng)注射在線UV 消解測定環(huán)境水體中的總氮研究［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2014，39(2): 91-93.

［11］HY／T 147.1-2013 海洋監(jiān)測技術(shù)規(guī)程第1部分：海水［S］.

［12］Arnold E Greenberd, Lenore S Clesceri, Andrew D. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater［M］.18 nd. Alexandria, USA:Water Environment Federation, 1992.

［13］GB 11894-1989 水質(zhì) 總氮的測定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法［S］.

［14］GB 11893-1989 水質(zhì) 總磷的測定鉬酸銨分光光度法［S］.

［15］HJ 168-2010 環(huán)境監(jiān)測 分析方法標(biāo)準(zhǔn)制修定技術(shù)導(dǎo)則［S］.