气相分子吸收光谱法与连续流动法测定总氮的研究

何嘉伟，丘浚

（广东省东莞生态环境监测站，广东东莞 523000）

总氮是水中各种形态无机氮（NH+、NO-、NO-423等）和有机氮（蛋白质、氨基酸、有机胺等）的总量。水体中总氮的来源极其复杂，除了生态系统中氮循环本身的物理化学作用和生物转换，还有人类活动产生的一些污染。而在合适的氮磷比条件下，又会诱发水体富营养化，威胁水中鱼类的生存，因此总氮是日常监测的重要指标之一。目前，水中总氮的测定方法有碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法[1]、气相分子吸收光谱法[2]、连续流动-盐酸萘乙二胺分光光度法[3]等。本文根据《环境监测分析方法标准制订技术导则》（HJ 168—2020）[4]，进一步确认气相分子吸收光谱法和连续流动注射法测定总氮的科学性和可靠性，通过分析实际应用过程中各种方法的优缺点与分析效率，为环境监测中总氮分析提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

无氨水，纯水机自制；三氯化钛、硫酸、盐酸、四硼酸钠、过硫酸钾、硼酸、氯化钠、硫酸钠、氢氧化钠、咪唑及磺胺，以上试剂均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；盐酸萘乙二胺，分析纯，罗恩试剂。

1.2 仪器与设备

450型气相分子吸收光谱仪，上海北裕分析仪器股份有限公司，包括自动进样器、在线消解模块、反应模块、气液分离器、检测模块及数据处理单元；AA3全自动连续流动分析仪，德国SEAL公司，包括自动进样器，在线高压锅，多通道蠕动泵，化学反应模块，检测模块（配备10 mm光程比色皿）及数据处理单元。

1.3 实验方法

1.3.1 标准曲线的绘制

1.3.1.1 气相分子吸收光谱法曲线配制

准确移取10.00 mL 1 000 mg/L硝酸盐氮标准溶液到100 mL容量瓶中，用无氨水稀释至刻度线，得到100 mg/L硝酸盐氮中间液。准确移取10.00 mL 100 mg/L硝酸盐氮中间液至500 mL容量瓶中，用无氨水稀释至刻度线，得到2.00 mg/L硝酸盐氮标准使用液。将2.00 mg/L硝酸盐氮标准使用液放置到自动进样器，进样器按照程序自动取样稀释，稀释浓度分别为0.00 mg/L、0.10 mg/L、0.20 mg/L、0.40 mg/L、1.00 mg/L和2.00 mg/L。

1.3.1.2 连续流动-盐酸萘乙二胺分光光度法标准曲线配制

分别移取 10.00 mL、5.00 mL、3.00 mL、1.00 mL、0.20 mL和0.00 mL硝酸盐氮标准溶液（100 mg/L）于100 mL容量瓶中，用无氨水稀释至刻度线，其对应的总氮浓度为10.00 mg/L、5.00 mg/L、3.00 mg/L、1.00 mg/L、0.20 mg/L和0.00 mg/L。将上述标准系列依次倒入自动进样器的样品瓶中，进样器按照程序自动取样。

1.3.2 检出限验证

按照《环境监测分析方法标准制订技术导则》[4]的相关规定及样品分析的全部步骤，配置总氮含量为3倍检出限（预估）的样品溶液，重复测定7次。计算7次平行测定的标准偏差及方法检出限。

1.3.3 精密度验证

按照《环境监测分析方法标准制订技术导则》[4]中6.2.2精密度的验证，选取地表水，按照样品分析的全部步骤平行测定6次，计算相对标准偏差。

1.3.4 正确度验证

1.3.4.1 使用有证标准物质验证正确度

按照《环境监测分析方法标准制订技术导则》[4]中6.2.3正确度的验证，分别选取标准样品203260[（1.41±0.09）mg/L]和 203243[（1.61±0.10）mg/L）]测定，按照样品分析的全部步骤平行测定6次，计算相对误差。

1.3.4.2 使用实际样品加标验证正确度

按照《环境监测分析方法标准制订技术导则》[4]中6.2.3正确度的验证，分别选取标地表水和生活污水加标，按照样品分析的全部步骤平行测定6次，计算平均值、加标回收率。

2 结果与分析

2.1 标准曲线

由实验可得，气相分子吸收光谱法的标准曲线为y=0.0855 4x-0.0007 5，相关系数R=0.999 3；连续流动-盐酸萘乙二胺分光光度法的标准曲线为y=4.673×103x+6.617×103，相关系数R=1.000 0，符合HJ 667—2013中相关系数R≥0.995的规定。

2.2 检出限

由表1可知，气相分子吸收光谱法计算的方法检出限为0.023 6 mg/L，优于方法检出限0.050 mg/L[2]；连续流动-盐酸萘乙二胺分光光度法计算的方法检出限为0.012 6 mg/L，优于方法检出限0.04 mg/L[3]。

表1 检出限验证结果

2.3 精密度

由表2可知，气相分子吸收光谱法相对偏差为2.12%，连续流动-盐酸萘乙二胺分光光度法相对标准偏差为1.22%，符合HJ 667—2013中总氮浓度＞1.00 mg/L，允许相对偏差≤5%的规定。

表2 精密度验证结果

2.4 正确度

由气相分子吸收光谱法和连续流动-盐酸萘乙二胺分光光度法有证标准物质验证结果可知，结果均符合标样证书的不确定度要求（表3）。分别选择用地表水、生活污水、地下水的样品进行加标实验，加标回收率为96.3%～101.0%，符合HJ 667—2013中加标回收率应在80%～120%的要求，详见表4。

表3 正确度验证（有证标准物质）

表4 正确度验证（实际样品加标）

2.5 方法选用

2.5.1 方法之间优缺点分析

通过以下3种总氮测定方法的实际运用，总结出各种方法之间的优缺点[6]，具体见表5。3种方法准确性好，操作简单，但自动化程度和单个样品分析时间存在较大的差异，为了更好地完成各种分析任务，可根据样品的数量来选择合适的分析方法，从而提高工作效率。

表5 各种方法之间的优缺点分析

2.5.2 方法效率分析

气相分子吸收光谱法适用于地表水、水库、湖泊和江河水中总氮的测定，检出限为0.050 mg/L[2]。气相分子吸收光谱法分析过程，仪器预热需要至少30 min，每个样品在线消解及分析时间为6 min，假设样品为x个，质控为实验室平行、实际样品加标和中间点校准各为10%，标准曲线点为8个，实验室空白2个，质控样1个，完成后清洗时间约为15 min，总分析时间为y1，则y1=111+7.8x。

连续流动-盐酸萘乙二胺分光光度法适用于地表水、地下水、生活污水和工业废水总氮的测定，检出限为0.04 mg/L[3]。连续流动-盐酸萘乙二胺分光光度法仪器预热及跑基线需要至少60 min，在线消解及分析时间为40 min，随后单个样品分析时间为2 min，假设样品为x个，质控为实验室平行、实际样品加标和中间点校准各为10%，初始杯1个，漂移杯2个，标准曲线点为8个，实验室空白2个，质控样1个，完成后清洗时间约为30 min，总分析时间为y2，则y2=158+2.6x。

若y1=y2，x约为9个，说明样品个数为9时，气相分子吸收光谱法分析时间与连续流动-盐酸萘乙二胺分光光度法相同；若样品个数小于9时，气相分子吸收光谱法总分析时间小于连续流动-盐酸萘乙二胺分光光度法；若样品个数大于9时，连续流动-盐酸萘乙二胺分光光度法总分析时间小于气相分子吸收光谱法。

3 结论

通过气相分子吸收光谱法与连续流动-盐酸萘乙二胺分光光度法测定总氮的线性拟合、方法检出限、精密度、准确度和实际样品加标等方法的比较，发现两种方法的准确度和精密度均能满足环境监测的要求，稳定性较好。在批量分析样品时，当样品数量超过9个，或涉及地下水、生活污水和工业废水总氮的测定时，建议选用连续流动-盐酸萘乙二胺分光光度法；考虑到样品性状较差的地表水，建议选用气相分子吸收光谱法。