采用流动注射分析法测定海水中的五项营养盐

叶林安，章紫宁，朱志清，江志法，辛士河，孔定江，陈君良

(1.国家海洋局宁波海洋环境监测中心站，浙江　宁波　315040；2.海洋赤潮灾害立体监测技术与应用国家海洋局重点实验室，上海　200090)



采用流动注射分析法测定海水中的五项营养盐

叶林安1,2，章紫宁1，朱志清1，江志法1，辛士河1，孔定江1，陈君良1

(1.国家海洋局宁波海洋环境监测中心站，浙江宁波315040；2.海洋赤潮灾害立体监测技术与应用国家海洋局重点实验室，上海200090)

应用QUAATRO型三通道流动注射分析仪对海水中磷酸盐、无机氮和硅酸盐进行测定。磷酸盐、亚硝酸盐、硝酸盐、氨盐、硅酸盐5项指标的检出限分别为1.2，0.2，1.6，4.0，3.6 μg/L。测定的实际海水样品加标回收率均在96%以上，相对标准偏差在5%以内，符合实验室质量控制的要求。与国标法相比的实验结果表明，流动注射法不仅与传统的分光光度法无显著差异，且具有准确度高、精密度高、分析效率高等优点，可以快速分析大批量水样，解决传统方法日益显现的弊端。此外，还采集了东海区某海域不同站点、不同层次的样品，分别用流动注射分析法和经典方法进行测定分析。数据统计分析结果充分说明，采用流动注射分析法测定海水中5项营养盐能保证营养盐分析数据的准确性和真实性。

流动注射；无机氮；磷酸盐；硅酸盐

1　问题的提出

海水中的营养盐是海洋植物生长所必需的物质，对海洋生态系统具有重要影响。近年来，由于生活污水、工业排废及海上养殖等原因导致海水富营养化状况日趋严重，营养盐类又成为近岸海域的主要污染物质，因此营养盐成为海洋生态环境监测的重要指标[1]。

目前我国对海水中营养盐的监测主要是采用传统的采样和半自动可见分光光度法分析(以下称国标法)，GB 17378—2007《海洋监测规范》和GB/T 12763—2007《海洋调查规范》都规定了测量硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐和氨氮的标准分析方法。经过30多年的使用，传统方法的弊端日益显现：需要的人力多，工作强度较大；测试时间长，从取样到分析结束需要几十分钟到1 h；外业准备物品量大，除仪器设备外，还需要大量实验室常用设备、玻璃器皿、试剂和溶液等，缺一不可；操作步骤繁琐，样品与环境接触多，容易受到干扰和沾污，操作要求很高等。为提高工作效率和监测数据的准确性，营养盐自动分析仪应运而生。

流动注射分析法(以下简称 “仪器法”)经过了30多年来的发展，目前国内外已经普遍使用仪器分析取代传统手工分析，实现了自动化在线检测。仪器法具有分析所需水样量少，分析速度快，可避免人工操作带来的不确定因素等优点，从而提高样品的分析效率和准确度。近年来，已经有不少学者运用此方法进行无机氮、无机磷的测定[2-6]。本文采用流动注射分析法测定了海水中5项营养盐的检出限、准确度、精密度，并与国标法进行对照，对流动注射分析仪(QUAATRO型)分析测定方法进行了探讨。

2　实　验

2.1仪器

QUAATRO型流动注射分析仪(德国SEAL公司生产)包括自动进样器、三通道蠕动泵、反应模块(无机氮、无机磷、硅)、检测器、数据处理系统等。

2.2工作原理

把一定体积的液体试样经过蠕动泵驱动，间歇地注入到一个密闭的、运动着的由适当液体 (反应试剂或水) 组成的连续载流中，被注入的试样溶液流入反应模块，与载流中的试剂混合、反应，再进入到流通的检测器，定量测定样品中被测物质的含量。

2.3实验试剂

硝酸盐(NO3-N)、亚硝酸盐(NO2-N)、氨氮(NH4-N)、磷酸盐(PO4-P)、硅酸盐(SiO3-Si)混合标准物质(大连国家海洋环境监测中心标准)，无氨水，无氨人工海水。分析所用试剂，按仪器给出的方法进行配制。

2.4标准系列配制

QUAATRO型流动注射分析仪具有三通道同时测定的功能，在测定磷酸盐、亚硝酸盐和硝酸盐时配制成混合标准储备液，然后再稀释成标准系列进行标准曲线的拟合。硅酸盐标准直接采用国家海洋局第二研究所配制标准。5项营养盐标准曲线浓度系列见表1。

3　实验结果与讨论

3.1方法线性

在上述条件下,用无氨人工海水对混合标准溶液定容，校准曲线的拟合采用一次线性方程，以峰高为响应值，以浓度对峰高进行回归，得到标准曲线测定结果的线性关系。拟合后的标准曲线见图1。

图1　5项营养盐拟合后的标准曲线图

标准曲线测定结果表明，采用流动注射分析法进行5项营养盐测定时，在给定的浓度范围内具有很好的线性关系，相关系数均达到0.999 0以上，符合GB 17378—2007《海洋监测规范》第2部分(数据处理与分析质量控制)，当标准浓度点为4～6个时，相关系数不应小于0.980 0，通常应达到0.990 0以上的要求，可以用于5项营养盐的分析测定。

3.2方法检出限

方法检出限是指某一特定分析方法在给定的可靠程度内，可以从样品中检测出的待测物质的最小浓度或最小量。根据美国环境保护所(EPA)相关标准，在置信水平为99%时，重复测定浓度与方法检出限接近的水样n次，计算出标准偏差SD。

检出限(MDL)计算公式如下：

MDL=SD×t(n-1，0.99)

(1)

将标准系列第1个浓度连续测定7次，查t值表知，t(6，0.99)=3.143，按上式计算方法检出限(见表2)。

表2　方法检出限的测定表

根据表2的测定结果，分别得出磷酸盐检出限为1.2 μg/L；亚硝酸盐检出限为0.2 μg/L；硝酸盐检出限为1.6 μg/L；氨盐检出限为4.0 μg/L；硅酸盐检出限为3.6 μg/L。仪器各测项的方法检出限同国标法相比均较低，因此该仪器对于低浓度样品的分析比国标法精度更高，测定结果更准确。

3.3精密度与准确度

3.3.1精密度实验

精密度是指在同一试验条件下用同一方法对同一试样重复多次测定所得测定值的离散程度，一般用相对标准偏差(RSD)来表示。精密度的计算如下：

(2)

分别平行测定不同浓度的标准样品7次，计算标准偏差和相对标准偏差(见表3)。

表3　不同浓度标液的标准偏差和相对标准偏差表

由表3可知，测定的相对标准偏差均小于5.00%，均符合GB 17378—2007《海洋监测规范》的要求，表明了该方法可以获得较好的精密度。

3.3.2准确度实验

准确度是反映分析方法或测量系统存在的系统误差和随机误差的综合指标，并决定其分析结果的可靠性。实验对3种不同浓度的海水过滤后直接进样分析，平行测定7次，同时对海水样品进行加标，检验方法回收率，实验结果见表4。

表4　加标回收率实验结果表(n=7)

由实验测定结果可知，该方法的回收率在96.7%～108.0%，满足并符合实验室质量控制的要求，可以用于痕量化学分析。

3.4方法比对实验

3.4.1实验结果

选取某海域,在同一海域采集3个样品，用国标法和仪器法分别进行平行样比对测定实验，结果见表5。

表5　2种方法的平行样测定结果表

由表5可知，2种方法平行样比对测定的相对偏差在0.2%～3.8%(数量级为10-6时的相对偏差容许限为5.0%)[8]，分析结果较满意。

3.4.2测定结果的显著性检验

对于采用2种完全不同的方法所得到的实验结果，通过显著性差异检验，来确定2组数据之间是否存在系统误差。在以上对比实验的基础上，用t-检验计算方法对2种方法测定结果的显著性进行检验:样本数n=8，自由度f=n-1=7；t=1.346，由t值表查得t(0.05，7)=2.365，t

3.5东海区某海域的样品检测及数据统计分析

为进一步验证仪器法测定海水中5项营养盐的可行性和准确性。采集了东海区某海域不同站点，不同层次的100个样品。用国标法和仪器法分别进行分析测定，结果见表6、图2。

表6　东海区某海域的样品测定结果表　mg/L

续表6

(a)磷酸盐仪器法与国际法对比图

(b)亚硝酸盐仪器法与国际法对比图

(c)硝酸盐仪器法与手工法对比图

(d)铵盐仪器法与国际法对比图

(e)硅酸盐仪器法与国际法对比图图2　营养盐仪器法与国标法对比图

根据表6和图2可以明显发现，国标法与仪器法测得的磷酸盐、亚硝酸盐、硝酸盐、铵盐、硅酸盐数值均几乎一致，数据之间一致性程度较高，吻合程度较好。仪器法与国标法测得的数值相对偏差均在10.0%以内，参考GB 17378—2007《海洋监测规范》中的数据处理与分析质量控制要求[7]，本批次样品分析测得的数据较为理想，可以充分说明，采用流动注射分析法测定海水中5项营养盐能保证营养盐分析数据的准确性和真实性。

4　结　语

采用流动注射分析法拟合的各项营养盐的标准曲线相关系数达到0.999以上，线性关系达到各要素的检测要求；无机氮、磷酸盐和硅酸盐的相对标准偏差为0.71%～3.81%；加标回收率为96.7%～108.0%；与用国标法平行样测定比的相对偏差为0.20%～3.80%；精密度、准确度、检出限等均能够满足业务化5项营养盐样品的分析测定。

研究还采集了东海区某海域不同站点，不同层次的样品，用国标法和流动注射分析法分别进行测定分析。根据数据统计分析结果，可以充分说明采用流动注射分析法测定海水中5项营养盐能保证营养盐分析数据的准确性和真实性。此外，采用流动注射分析法测定5项营养盐不仅能自动化在线检测，且具有分析所需水样量少、分析速度快、避免人工操作带来的不确定因素影响等优点。

[1]周名江,朱明远.“我国近海有害赤潮发生的生态学、海洋学机制及预测防治”研究进展[J].地球科学进展,2006,21(7):673-679.

[2]张汪霞,张新申,缪培凯,等.流动注射测定水中氨氮条件的优化[J].皮革科学与工程，2006,16(3):29-31.

[3]叶树才,徐迅宇.氨氮分析仪与连续流动分析仪对测定水中氨氮的比较[J].环境监测管理与技术,2006,18(3):44-44.

[4]朱敬萍,郭远明,陈瑜.流动注射法测定海水中的氨氮[J].浙江海洋学院学报(自然科学版),2012,31(2):178-181.

[5]马琳,张秀妍.流动注射法测定海水中的无机氮和磷酸盐[J].现代科学仪器,2013,8(4):206-208.

[6]蒋和梅,杨东静,陈姝娟,等.流动注射法在线同时测定水中硝酸盐氮和亚硝酸盐氮[J].皮革科学与工程,2010,22(5):73-76.

[7]徐恒振,马永安,于涛,等.GB 17378—2007海洋监测规范[S].北京：中国海洋出版社，2007.

(责任编辑张书花)

Using Flow Injection Analysis for Measuring Five Nutrients in Seawater

YE Lin-an1,2，ZHANG Zi-ning1，ZHU Zhi-qing1，JIANG Zhi-fa1, XIN Shi-he1，KONG Ding-jiang1，CHEN Jun-liang1

(1.Ningbo Marine Environmental Monitoring Center of State Oceanic Administration,Ningbo 315040,Zhejiang,China; 2.Key Laboratory of Integrated Monitoring and Applied Technology for Marine Harmful Algal Blooms,S.O.A.(MATHAB),Shanghai 200090,China)

The study measured the phosphate,inorganic nitrogen and silicate in seawater by using QUAATRO type three-channel flow injection analyzer.The five index detection limit of phosphate,nitrite,nitrate,ammonium salts and silicate were 1.2，0.2，1.6，4.0，3.6 μg/L respectively.The spiked recoveries of actual measured seawater samples were more than 96%,and the relative standard deviation was within 5%,in accordance with the requirements of laboratory quality control.Compared with national standard method,the experimental results show that flow injection method has no significant difference compared with traditional spectrophotometry method,and it has the advantages of high accuracy,high precision and high analysis efficiency.It can quickly analyze large quantities of water samples and solve the increasingly apparent problems of the traditional method.In addition,the study collected samples at different sites,different levels in an area of East China Sea,measuring and analyzing by using flow injection analysis method and classical method respectively.The statistical analysis results fully explained that using flow injection analysis method for determining five nutrients in seawater can guarantee the accuracy and authenticity of analyzed data.

flow injection;inorganic nitrogen;phosphate;silicate

2015-10-21

宁波市海洋与渔业专项资金项目 (甬海办[2015]16号)。

叶林安(1990-)，男，助理工程师，大学本科，主要从事海洋环境监测工作。E-mail：Yelinan@163.com

P734

A

1008-701X(2016)03-0004-06

10.13641/j.cnki.33-1162/tv.2016.03.002