王 非

(河北省水文勘測(cè)研究中心，石家莊 050031)

1 引言

水中的總氮主要以無(wú)機(jī)氮(NO3-、NO2-和NH4+) 和有機(jī)氮(蛋白質(zhì)、氨基酸和有機(jī)胺)的形式存在，近年來(lái)，隨著工業(yè)發(fā)展和人類活動(dòng)的加劇，使水中的總氮含量增加，而對(duì)總氮含量進(jìn)行測(cè)定，有助于評(píng)價(jià)水體污染狀況，衡量水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象[1]。目前, 水中總氮的測(cè)定方法較多。氣相分子吸收光譜法相對(duì)于其他方法，使用試劑少，并且不使用有毒試劑，不受待測(cè)水樣濁度影響，準(zhǔn)確性和重復(fù)性較好，計(jì)算簡(jiǎn)便，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水質(zhì)中總氮的測(cè)定[2-4]。在水質(zhì)總氮測(cè)定的過(guò)程中，消解是影響測(cè)定指標(biāo)的關(guān)鍵因素之一，不同的消解方法，操作難度不同，消解效果也有所差異[5]。本研究采用儀器消解和手工消解兩種方式對(duì)水質(zhì)樣品進(jìn)行消解，通過(guò)比較不同消解方式對(duì)總氮消解效果的影響，為利用氣相分子吸收法測(cè)定水質(zhì)總氮時(shí)消解方式的選擇提供參考。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

AJ-3700型氣相分子吸收光譜儀，AJ-200型總氮紫外消解器(上海安杰環(huán)保科技股份有限公司)。

總氮載流液: 將12mol/L鹽酸稀釋至6mol/L，于500mL試劑瓶中，加入250mL的6mol/L鹽酸、100mL的0.15g/mL三氯化鈦和20mL無(wú)水乙醇, 密塞充分混合。將其裝入無(wú)色透明的試劑瓶中待用；

消解液(堿性過(guò)硫酸鉀溶液): 稱取1g 氫氧化鈉、1.9g 四硼酸鈉(硼砂), 溶解于200mL水中，再加入6g過(guò)硫酸鉀，密塞充分混合并放氣；

總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液:編號(hào)GSB 04-2837-2011(b)，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；所有實(shí)驗(yàn)用上均為超純水，所有實(shí)驗(yàn)試劑均為分析純。

2.2 方法依據(jù)及原理

儀器消解：在堿性介質(zhì)中，水樣在95±2℃、紫外線照射下，被過(guò)硫酸鹽將水樣中的氨、銨鹽和亞硝酸鹽以及大部分的有機(jī)氮化合物氧化成硝酸鹽。

手工消解：水樣置于50mL容量瓶中，加入堿性過(guò)硫酸鉀消解液密塞搖勻后，將容量瓶放入高壓蒸汽消毒器中，加熱至蒸汽壓力107.8～127.4kPa，高壓50min消解，冷卻至室溫待測(cè)。

在2.5～5mol/L的鹽酸介質(zhì)中，于70℃±2℃溫度下，用三氯化鈦將水樣中硝酸鹽快速還原分解，生成的NO用載氣載入氣相分子吸收光譜儀的吸光管中，測(cè)得的吸光度與總氮濃度遵守朗伯比爾定律。

3 結(jié)果與分析

3.1 兩種消解方式實(shí)驗(yàn)操作及工作效率比較

根據(jù)兩種消解方式實(shí)驗(yàn)操作及工作效率的比較，手工消解的優(yōu)勢(shì)是消解用儀器設(shè)備簡(jiǎn)單，但手工消解操作相對(duì)儀器消解步驟多，時(shí)間長(zhǎng)，消解過(guò)程受外界干擾和實(shí)驗(yàn)員經(jīng)驗(yàn)和水平限制，過(guò)程的重復(fù)性較差。自動(dòng)消解雖然有一定的儀器成本，但每個(gè)樣品消解時(shí)間幾乎可以忽略，并使得每個(gè)樣品從上機(jī)到數(shù)據(jù)產(chǎn)出僅需幾分鐘時(shí)間，大大提高了工作效率。并且儀器消解的自動(dòng)化較強(qiáng)，避免了人工干擾，保證了測(cè)定結(jié)果的一致性和可靠性(表1)。

表1 兩種消解方式比較

3.2 兩種消解方法的準(zhǔn)確度及精密度比較

分別稱取標(biāo)準(zhǔn)樣品各5份，利用儀器消解，手工消解兩種方法，分別進(jìn)行消解實(shí)驗(yàn)，消解后均使用1.1所示氣相分子吸收光譜儀進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2所示。兩種消解方法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品1、2、3檢測(cè)均有較好的消解效果，測(cè)定值均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，準(zhǔn)確性較好。但對(duì)于3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品，儀器消解的精密性均好于手工消解(表2)。

表2 兩種消解方法的準(zhǔn)確度及精密度比較

3.3 實(shí)際水質(zhì)樣品的測(cè)定

采用兩種消解方法對(duì)不同水樣進(jìn)行消解，每個(gè)樣品測(cè)定5份，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。與手工消解相比，儀器消解的精密度較高。尤其在對(duì)較低濃度樣本進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，手工消解測(cè)定的精密度較低，而儀器消解效果更好。

表3 實(shí)際水質(zhì)樣品測(cè)定結(jié)果

3.4 儀器消解方式的優(yōu)化

根據(jù)上述比較的結(jié)果，儀器消解與手工消解相比具有一致性好，精密度高的優(yōu)點(diǎn)，而儀器消解程度與數(shù)據(jù)測(cè)定的準(zhǔn)確性有著密切的關(guān)系。消解時(shí)間越長(zhǎng)，消解越徹底。但消解時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也會(huì)影響工作效率，延長(zhǎng)總體測(cè)試時(shí)間。為保證完全消解，一般設(shè)置消解時(shí)間為5min，為進(jìn)一步優(yōu)化儀器消解，在保證消解完全的基礎(chǔ)上，盡量減少消解時(shí)間，以達(dá)到優(yōu)化工作效率的目的。

實(shí)驗(yàn)選取標(biāo)準(zhǔn)樣品1(0.515±0.055mg/L)，在泵的轉(zhuǎn)速和消解管路一致的條件下，通過(guò)程序改變紫外燈加熱裝置處的停留時(shí)間，分析總氮消解程度與停留時(shí)間的關(guān)系。

如圖1所示，紫外燈加熱裝置處的停留時(shí)間大于2min，樣品中的總氮基本可以完全消解。為保證完全消解，同時(shí)提高測(cè)試效率，因此，優(yōu)化消解時(shí)間可設(shè)置為2min。

圖1 紫外燈加熱裝置處的停留時(shí)間與總氮測(cè)定值的關(guān)系

4 結(jié)語(yǔ)

從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，利用氣相分子吸收光譜法測(cè)量水質(zhì)總氮時(shí)，采用儀器消解方法進(jìn)行消解具有精密度高和準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)。并且與手工消解相比，儀器消解所需時(shí)間短，前處理環(huán)節(jié)簡(jiǎn)便，易于操作，并能大批量的處理樣品, 有效減少人力投入和操作強(qiáng)度，可快速的對(duì)實(shí)際水樣中的總氮作出準(zhǔn)確分析與評(píng)價(jià)，并且避免了人工操作不當(dāng)帶來(lái)的影響，使檢測(cè)的精密度和準(zhǔn)確性也大大提升，同時(shí)為更好的提高工作效率，通過(guò)消解時(shí)間差異分析對(duì)儀器消解方式進(jìn)行了優(yōu)化。