TOC／TN分析仪测定水质中总氮的方法研究及应用

2015-02-03冯烨王逸璇屈晓芳杨霞冉照宽

油气田环境保护 2015年3期

关键词：冀东硫酸钾分析仪

冯烨王逸璇屈晓芳杨霞冉照宽

（1.中国石油冀东油田分公司钻采工艺研究院；2.中国石油冀东油田分公司开发技术公司）

TOC／TN分析仪测定水质中总氮的方法研究及应用

冯烨1王逸璇2屈晓芳2杨霞2冉照宽2

（1.中国石油冀东油田分公司钻采工艺研究院；2.中国石油冀东油田分公司开发技术公司）

目前测定水中总氮（TN）含量采用的是HJ636—2012《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》，其实验条件要求较为苛刻。用TOC／TN分析仪测定水质中总氮含量，测定样品的相对标准偏差为0.72%～4.64%，加标回收率为97.5%～103.0%，测定标准样品的相对误差为-4.33%～7.00%，精密度、准确度均能达到标准要求。该方法简化了实验步骤，提高了工作效率，可代替标准方法。

水质；总氮；紫外分光光度法；TOC／TN分析仪；精密度；准确度

0 引言

在地表水、地下水、工业废水和生活污水中，氮以亚硝酸盐、硝酸盐、无机铵盐、溶解态氮等无机态氮和蛋白质、氨基酸、尿素等有机态氮形式存在。总氮（TN）是指水质中所有含氮化合物的总和，即亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、无机铵盐、溶解态氮及有机含氮化合物中的氮的总和［1］。TN是反映水质污染程度，衡量水质、水体富营养化程度的重要指标之一［2］。为了保护水资源，控制水质质量，我国已将水的TN含量列入正式的环境监测项目，制订了环境质量标准和污水排放标准，作为水质评价的重要指标［3-4］。目前测定水中TN含量采用的是HJ636—2012《水质TN的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》（以下简称标准），虽然其操作步骤较为简单，但实验条件要求较为苛刻。本文采用TOC／TN分析仪测定水质中TN含量，确保了测定数据的准确度和精密度，简化了实验步骤，提高了工作效率。

1 环境标准中水质中TN测定存在的问题

过硫酸钾试剂的质量标准中要求使用的过硫酸钾试剂含氮量应小于0.0005%，我国大部分厂家生产的试剂未达到要求［5-6］。

碱性过硫酸钾配制过程中的影响温度过高会导致过硫酸钾分解失效，因此要控制水浴温度在60℃以下，而且应待氢氧化钠溶液温度冷却至室温后，再将其与过硫酸钾混合，然后应缓慢加水同时搅拌，防止氢氧化钠放热使溶液温度过高引起局部过硫酸钾失效［5］。碱性过硫酸钾溶液的存储条件过硫酸钾易吸潮，放出氧气，应存放于聚乙烯瓶中，避免与还原性物质、硫、磷等混合存放。

消解过程由于在碱性介质下，消解易产生氨气，使TN的测定结果偏低。

实验用水为了避免水中有机物的影响，应选用无氨水。

玻璃器皿的纯净度所有的玻璃器皿应先用（1+9）盐酸浸泡后，再用无氨水冲洗数次，才能使用，否则会造成空白值及平行性较差。

实验环境 TN分析应在无氨的环境中进行，应避免与氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮等实验项目同处一室。人员操作人员操作不规范。

2 TOC／TN分析仪测定水质中TN

2.1 TOC／TN分析仪工作流程

TOC／TN分析仪工作流程如图1所示。

图1 TOC／TN分析仪工作流程

2.2 测定TN的工作原理

测量采用燃烧氧化-化学发光法。

TNM-1中的臭氧发生器使用电火花在50℃从作为载气的空气中产生O3，NO被O3激发成NO2：

当NO2返回到基态时，将发射光（590～2500 nm），由化学发光检测器（硅光二级管检测器）测定。

2.3 最佳实验条件

氧气压力0.2～0.4MPa；进样体积300μL；根据待测试样特性编辑其所需的最大吹扫时间为120s；选择积分时间为200s；调节自动进样器的进样位置及进样深度（X=85mm，Y=470mm，Z=1335mm）；流量进出保持在160±10mL／min；炉温800℃。

2.4 绘制标准曲线

根据标准方法要求，配制系列标样浓度，利用TOC／TN分析仪测定的标准曲线，如图2所示。由图中的标准曲线信息可看出，TOC／TN分析仪测定TN标准曲线的相关系数r为0.99964，符合标准中相关系数的要求［5］。

图2 TOC／TN分析仪绘制标准曲线

2.5 精密度

表1中列出了不同类型样品测定数据的相对标准偏差。由表1中数据可看出，相对标准偏差0.72%～4.64%，符合标准中规定的当样品TN含量≤1.00mg／L时相对标准偏差≤10%、TN含量＞1.00mg／L时相对标准偏差≤5%的要求［5］。

表1 测定结果的精密度

为了确保实验数据的准确可靠，标准中规定，每批样品需测定一个标准曲线中间点。本次实验选择测定标准点浓度为3.00mg／L的标准溶液，由表1可看出测定结果为3.22，计算得出相对误差为7.33%。结果满足标准中相对误差≤10%的要求［5］，证明TOC／TN分析仪测定TN所得分析结果可靠。

2.6 准确度

由于不同类型水样中TN含量不同，环境标准检测方法的测定范围为0.05～7.00mg／L，而冀东油田各类水中TN的最低含量在0.5mg／L左右，为了验证实验数据的准确度，选择了浓度范围为0.100～7.00mg／L的标准样品，数据如表2所示。由表2数据可看出，测定标准样品的相对误差为-4.33%～7.00%，符合《水和废水监测分析方法（第四版）》（增补版）中关于标准样品浓度小于1.00mg／L的相对误差在±10%以内，大于1.00mg／L的标准样品的相对误差在±5%以内的规定［2］。

2.7 加标回收率

表3中列出了生化水、地下水、生活污水等不同类型样品的加标回收率实验数据。由表3数据可看出，样品的加标回收率为97.5%～103.0%，符合标准中加标回收率为90%～110%的要求［5］。

表2 测定标准样品的相对误差

表3 测定样品的加标回收率

3 应用

随着石油的大力开采，冀东油田生活污水及工业废水产生量急剧增加，水中有机氮和无机氮化合物含量增加，会造成生物和微生物类的大量繁殖，消耗水中的溶解氧，使水体质量恶化，水中含氮、磷量较高时，会使浮游生物大量繁殖，出现富营养化状态。因此定期监测地表水、地下水中的TN，了解并掌握TN变化情况，为避免TN污染给周围环境及人员造成危害具有重要意义。采用TOC／TN分析仪测定地表水、地下水及生活污水的结果见表4。