張 艷

（深圳市深水光明水務(wù)有限公司，廣東 深圳 518106）

隨著工業(yè)化和城市化的發(fā)展，城市污水排放問(wèn)題日益突出，加重了水環(huán)境污染程度?？偟侵杆畼又兴行螒B(tài)的氮元素的總和，包括無(wú)機(jī)氮和有機(jī)氮。水體中總氮含量能在一定程度上反映水體富營(yíng)養(yǎng)化和有機(jī)污染的問(wèn)題，也是評(píng)估水體污染程度的重要指標(biāo)之一[1]。傳統(tǒng)的總氮分析方法是很成熟的分析方法，例如高溫消解 - 紅外法以及Kjeldahl 法等，由于其分析過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力且操作煩瑣，因此無(wú)法滿足日常檢測(cè)工作需求。流動(dòng)注射分析（FIA）作為一種快速、高效、準(zhǔn)確的分析方法，逐漸被應(yīng)用于水環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其是污水中總氮的測(cè)定，不僅保證檢測(cè)的精密度和準(zhǔn)確度高，還提高了工作效率，為環(huán)境保護(hù)和水質(zhì)監(jiān)測(cè)提供技術(shù)支持。該文以總氮分析具體工作實(shí)踐為研究背景，對(duì)流動(dòng)注射分析儀測(cè)定污水中總氮的方法進(jìn)行分析。

1 方法原理

1.1 流動(dòng)注射分析儀工作原理

流動(dòng)注射分析主要是由進(jìn)樣器、消解器空氣泵、冷凝機(jī)以及檢測(cè)器組成的。其工作原理是使用蠕動(dòng)泵抽取待測(cè)樣品，通過(guò)進(jìn)樣針進(jìn)入進(jìn)樣器（總氮測(cè)定時(shí)，通常采用2 號(hào)進(jìn)樣針），在密閉的管路中樣品按特定的順序和比例進(jìn)行混合，經(jīng)過(guò)消解器空氣泵發(fā)生蒸餾、消解、萃取等反應(yīng)，顯色完成后檢測(cè)液體中的吸光度，從而得到分析結(jié)果[2]。其核心原理是在連續(xù)流動(dòng)的控制條件下，將樣品和試劑按一定比例混合，并通過(guò)檢測(cè)器對(duì)所生成的反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行測(cè)量。

1.2 化學(xué)反應(yīng)原理

將樣品與過(guò)硫酸鉀溶液混合加熱，當(dāng)加熱至60℃以上時(shí)，過(guò)硫酸鉀被分解成氫離子和氧，加入氫氧化鈉來(lái)中和混合液中的氫離子，完全分解混合液中的過(guò)硫酸鉀。在高溫堿性介質(zhì)條件下，以過(guò)硫酸鉀作為氧化劑，使其與樣品中的總氮和亞硝酸鹽發(fā)生氧化反應(yīng)，生成產(chǎn)物，將樣品中的大部分有機(jī)氮化合物氧化成硝酸鹽（NO3-）。然后通過(guò)在線紫外消解器，在540nm 處測(cè)定其吸光度，從而確定樣品中總氮的含量。

1.3 儀器流程

標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品通過(guò)采樣器被蠕動(dòng)泵吸出，流過(guò)整個(gè)系統(tǒng)，最終排出廢液。同時(shí)蠕動(dòng)泵連續(xù)不斷地輸送各分析方法所需的試劑，并吸入空氣，將流體分割成片段。其工作流程如圖1 所示。

圖1 流動(dòng)注射分析儀工作流程

2 材料與方法

2.1 材料與試劑

在污水的總氮測(cè)定過(guò)程中，試驗(yàn)中使用的水均為去離子水，具體步驟如下：1）過(guò)硫酸鉀溶液。將25g 過(guò)硫酸鉀和10g硼酸溶解在約800mL 的去離子水中。然后加入4mL5N 氫氧化鈉，用去離子水稀釋至1000mL。如果需要，將pH 值調(diào)節(jié)至8.0。在陰涼處穩(wěn)定1 個(gè)月。2）硫酸。慢慢加入12mL 硫酸到約150mL 去離子水中混合。冷卻至室溫，稀釋至200mL，穩(wěn)定1年。3）總氮標(biāo)準(zhǔn)使用液（100mg/L）。從總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液500mg/L（BW20008-500W-50）中吸取10mL，加入適量的去離子水稀釋至50mL。4）50% TritonX-100。加入50mL 的 TritonX-100到50mL 的異丙醇。充分混合，直到溶液均勻。每6 個(gè)月準(zhǔn)備新鮮。5）咪唑。將30g 咪唑溶于約800mL 去離子水中。然后加入4.0mL 的硫酸和充滿高達(dá)1000mL 的去離子水。加入1mL 50%Triton X-100 混合均勻。每個(gè)月都準(zhǔn)備新鮮的。6）顯示劑。將5.0g 磺胺和0.25gN-1-萘基乙二胺二鹽酸鹽溶解在約400mL 去離子水中，加入50mL 鹽酸并混合均勻。用離子水稀釋至500mL。穩(wěn)定3 個(gè)月。

2.2 儀器與設(shè)備

該方法主要用到以下儀器與設(shè)備：1）主體設(shè)備。連續(xù)流動(dòng)分析儀包括樣品分析單元、自動(dòng)進(jìn)樣器、多通道蠕動(dòng)泵、泵管、混合反應(yīng)圈、紫外消解裝置、比色檢測(cè)器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及打印機(jī)等。2）特殊設(shè)備。微波爐、PVC 泵管、紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)、660nm 濾光片、pH 計(jì)、精度為0.0001g 的天平等。3）其他設(shè)備。其他實(shí)驗(yàn)室常用儀器和設(shè)備。

2.3 試驗(yàn)方法

按照操作說(shuō)明在儀器上設(shè)置樣品數(shù)、進(jìn)樣速率及時(shí)間、清洗時(shí)間等。

2.3.2 參數(shù)設(shè)置

流動(dòng)注射分析儀的參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 流動(dòng)注射分析儀參數(shù)設(shè)置

2.4 操作步驟

2.4.1 開(kāi)機(jī)

正確打開(kāi)所有儀器的開(kāi)關(guān)（消解器需等到水進(jìn)入側(cè)面的三通管時(shí)才開(kāi)），卡好蠕動(dòng)泵上的泵管，泵管不能錯(cuò)位，必須上下對(duì)應(yīng)，連接2 號(hào)進(jìn)樣針的進(jìn)樣管，打開(kāi)電腦，打開(kāi)操作軟件，確保連機(jī)正常。

2.4.2 走純水

卡好泵管后，將總氮所需用到的試劑管插進(jìn)裝有去離子水的瓶子里，檢查流路是否通暢，打開(kāi)System，點(diǎn)擊圖表選擇總氮對(duì)話框，選定后，進(jìn)樣器的進(jìn)樣針開(kāi)始運(yùn)作，待窗口內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)橫線時(shí)關(guān)掉除總氮外的窗口。調(diào)快泵速，25min 就能打開(kāi)消解器開(kāi)始走藥劑。同時(shí)將試驗(yàn)所需藥劑進(jìn)行解凍。

在試驗(yàn)蛋白水平下，大刺鰍幼魚(yú)胃蛋白酶活性范圍為10.56～14.49 U/mg prot.。隨著飼料蛋白水平增加呈現(xiàn)先上升后平穩(wěn)的趨勢(shì)，胃蛋白酶活性在P6組達(dá)到最大值，其中P6、P7處理組胃蛋白酶活性顯著高于P1～P4處理組（P＜0.05），與P5處理組差異不顯著（P＞0.05）。

2.4.3 走試劑

開(kāi)啟消解器后，換上各試劑對(duì)應(yīng)專(zhuān)用瓶蓋，將所需試劑管插入對(duì)應(yīng)試劑內(nèi)，走大約40 min。待基線穩(wěn)定后，在窗口內(nèi)點(diǎn)擊右鍵選擇建立基線。

2.4.4 取樣

有明顯渾濁的水樣必須用針管過(guò)濾處理后才能用于檢測(cè)，總氮的樣品管在樣品架里的擺放為豎排偶數(shù)位。做曲線時(shí)，曲線管放前7 個(gè)位，7 號(hào)位固定為最高濃度點(diǎn)，最多可做59 個(gè)樣品，如果超過(guò)，就從1 號(hào)位開(kāi)始依次替換，7 號(hào)位除外。需要注意，在取樣過(guò)程中，必須專(zhuān)管專(zhuān)用，不可以混用，以免影響檢測(cè)結(jié)果。

2.4.5 設(shè)立運(yùn)行程序

關(guān)閉System，進(jìn)入儀器分析界面，選擇總氮方法，編輯方法樣品表，啟動(dòng)分析。

2.4.6 清洗

分析完成后，關(guān)掉消解器，將試劑管拔出，用紙巾擦凈后放入純水中，重新打開(kāi)圖表用以調(diào)快泵速走純水，走20min左右后，將試劑管拿出純水瓶清洗流路70min～80min，排空管路。排空完畢后，將分析儀跟空氣泵關(guān)掉，打開(kāi)黑色壓蓋，將泵管從泵上松開(kāi)，關(guān)閉電源。

2.4.7 找回曲線

測(cè)量完畢后，點(diǎn)擊曲線按鈕，選擇當(dāng)天的程序，即可看到結(jié)果表格、標(biāo)準(zhǔn)曲線和譜圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 樣品采集與預(yù)處理

從污水處理系統(tǒng)中采集樣品，為避免采集的污水樣品受到其他因素影響，試驗(yàn)中所用聚乙烯瓶需用洗滌劑洗凈，依次采用自來(lái)水、去離子水將其沖洗干凈，然后再用采集的污水樣品清洗3～4 次，確保樣品具有代表性，蓋嚴(yán)瓶塞，以保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。根據(jù)樣品的特性，對(duì)污水樣品進(jìn)行預(yù)處理，去除樣品中的懸浮物、顆粒物和有機(jī)物等干擾物。常用的預(yù)處理方法包括過(guò)濾、沉淀以及稀釋等，這樣可以保證樣品進(jìn)入流動(dòng)注射分析儀時(shí)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。采集的污水樣品需要盡快進(jìn)行分析。如果沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行分析，可在樣品中加入濃硫酸，使樣品pH 值小于2，并冷藏于5℃以下的環(huán)境中。但是酸化的樣品在分析前應(yīng)將pH 調(diào)節(jié)至中性，才可以使用。

3.2 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線

從上述準(zhǔn)備的試驗(yàn)材料中，分別吸取濃度為100mg/L 的總氮標(biāo)準(zhǔn)使用液0.0mL、0.5mL、0.7mL、1.0mL、3.0mL、5.0mL、7.0mL 于同系列100mL 的聚乙烯瓶中，加入適量的去離子水稀釋至刻度，將溶液配制成濃度分別為0.0mg/L、0.5mg/L、0.7mg/L、1.0mg/L、3.0 mg/L、5.0mg/L、7.0mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)溶液。通過(guò)2 號(hào)進(jìn)樣針按程序設(shè)定順序進(jìn)入進(jìn)樣器，分2 次測(cè)得不同濃度下總氮的峰高信號(hào)值，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同濃度下總氮峰高信號(hào)值

由表2 的試驗(yàn)結(jié)果可知，本次試驗(yàn)中總氮標(biāo)準(zhǔn)曲線工作的相關(guān)系數(shù)r=0.9996。在第一次總氮測(cè)定中，采用紫外可見(jiàn)光分光光度計(jì)測(cè)定其吸光度值，測(cè)定的吸光度值見(jiàn)表3[3]。以橫坐標(biāo)為總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，縱坐標(biāo)為吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線如圖2 所示，線性回歸方程y=-1.055467+1.492342×104x，相關(guān)系數(shù)r=0.9996。

表3 測(cè)定的吸光度值

圖2 第一次測(cè)定總氮標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

在第二次總氮測(cè)定中，吸光度值測(cè)定方法與第一次相同，本次測(cè)定的吸光度值見(jiàn)表4。同樣，以橫坐標(biāo)為總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，縱坐標(biāo)為吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線如圖3 所示，線性回歸方程y=-1.201981+1.665954×104x，相關(guān)系數(shù)r=0.9996。

表4 測(cè)定的吸光度值

圖3 第二次測(cè)定總氮標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

結(jié)論：由圖2 和圖3 的曲線趨勢(shì)綜合分析可知，在兩次總氮測(cè)定中，相關(guān)系數(shù)r=0.9996，且總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度在0mg/L～8mg/L，與吸光度表現(xiàn)良好的線性關(guān)系。綜上所述，采用流動(dòng)注射分析儀測(cè)定總氮具有良好的線性關(guān)系。

3.3 檢出限

從上述準(zhǔn)備的試驗(yàn)材料中，吸取濃度為100mg/L 的總氮標(biāo)準(zhǔn)使用液于100mL 的聚乙烯瓶中，加入適量的去離子水稀釋至刻度，將其配制成與空白濃度比較接近的0.04mg/L 標(biāo)準(zhǔn)溶液，連續(xù)測(cè)定7 次，總氮含量測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 總氮的最低檢出限（單位：mg/L）

根據(jù)表5 中測(cè)定的數(shù)據(jù)結(jié)果可知，總氮的標(biāo)準(zhǔn)偏差S為0.0010 mg /L，t（6，0.9）值為3.143。按照方法檢出限MDL=t（n-1，0.9）×S計(jì)算公式，最終計(jì)算總氮的方法檢出限為0.003mg/L[4]。

結(jié)論：由表5 計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度接近空白濃度時(shí)，采用流動(dòng)注射分析儀，能夠測(cè)定總氮的最低檢出限。

3.4 方法精密度

從上述準(zhǔn)備的試驗(yàn)材料中，吸取濃度為100mg/L 的總氮標(biāo)準(zhǔn)使用液于3 個(gè)同系列的100mL 聚乙烯瓶中，加入適量的去離子水稀釋至刻度，將總氮標(biāo)準(zhǔn)使用液分別配制成濃度為0.25mg/L、1.0mg/L、2.5mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)溶液，連續(xù)測(cè)定6 次，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 總氮精密度測(cè)定結(jié)果

結(jié)論：由表6 測(cè)定結(jié)果可知，0.25mg /L、1.0mg /L、2.5mg /L三種濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液的平均值分別為0.245mg /L、1.00mg/L、2.54mg /L；標(biāo)準(zhǔn)偏差S分別為0.0082mg/L、0.0097mg/L、0.0258mg/L。根據(jù)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差公式計(jì)算公式，可以計(jì)算3 種不同濃度下總氮的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，分別為3.3%、1.0%、1.0%[5]。測(cè)定結(jié)果表明，總氮的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均在規(guī)定范圍內(nèi)。由此可見(jiàn)，采用流動(dòng)注射分析儀測(cè)定總氮的精密度更高。

3.5 加標(biāo)回收率

從上述準(zhǔn)備的試驗(yàn)材料中，吸取濃度為100mg/L 的總氮標(biāo)準(zhǔn)使用液于3 個(gè)同系列的100mL 聚乙烯瓶中，加入適量的去離子水稀釋至刻度，將總氮標(biāo)準(zhǔn)使用液配制成濃度為0.10mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液。將污水樣品分成6 份，加入濃度為0.10mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)行加標(biāo)測(cè)定，6 次加標(biāo)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 總氮加標(biāo)回收率的測(cè)定結(jié)果

結(jié)論：由表7 測(cè)定結(jié)果可知，加標(biāo)量濃度為0.10mg /L 污水加標(biāo)樣品的加標(biāo)回收率范圍在91.0%～104%。由此可見(jiàn)，采用流動(dòng)注射分析儀測(cè)定總氮的加標(biāo)回收率結(jié)果較為滿意[6]。

4 結(jié)論

通過(guò)上述試驗(yàn)，采用流動(dòng)注射分析儀測(cè)定污水中的總氮，標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)性、檢出限、精密度以及加標(biāo)回收率結(jié)果令人滿意，試驗(yàn)操作方便、高效、快速、自動(dòng)化程度高。通過(guò)該試驗(yàn)得到以下4 個(gè)結(jié)論：1）流動(dòng)注射分析儀測(cè)定總氮，根據(jù)不同濃度下總氮峰高信號(hào)值，得出相關(guān)系數(shù)r=0.9996，并且當(dāng)溶液濃度0～8mg/L 時(shí)，與吸光度表現(xiàn)為良好的線性關(guān)系。2）流動(dòng)注射分析儀測(cè)定總氮方法檢出限為0.003mg/L，與傳統(tǒng)分光光度法相比，檢出限更低。3）對(duì)0.25mg/L、1.0mg/L、2.5mg/L 3 個(gè)濃度不同的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行精密度測(cè)定，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為3.3%、1.0%以及1.0%，具有較高的精密度。4）在污水樣品中加入濃度為0.10mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行加標(biāo)測(cè)定，加標(biāo)回收率范圍在91.0%～106%，加標(biāo)回收率較高。