紫外消解流动注射光度法测定海水养殖废水中总氮、总磷*

曾兴宇，刘静，周东星

(国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所，天津 300192)

海水养殖污染已给海洋生态环境带来了严重的影响，养殖废水中大量的营养盐和污染物已成为引起海水富营养化的主要来源，并且对海洋生态环境和人类健康造成危害，目前已是世界各国备受关注的环境问题，因此及时快速地测定海洋养殖废水中总氮和总磷指标显得十分重要。目前经典的养殖废水中总氮、总磷的测定依据海洋监测规范GB 17378.4-2007［1］或海洋调查规范GB／T 12763.4-2007)［2］，这些方法操作繁琐，分析时间长，准确性、稳定性较差，不能满足海水养殖废水的批量连续分析及在线监测。流动注射分析(FIA)［3-4］是通过蠕动泵压缩不同管径的泵管，将反应试剂和待测样品按比例注入一个密闭的连续流动载流中，在化学反应单元中发生显色反应，在检测器中测得其信号值，按照标准曲线法测定待测样品的浓度，该法具有分析速度快、准确度和精密度高，全部操作由软件控制，可以减少人为因素造成的误差，操作过程简单，检测效率高等优点，在国内外已应用于总氮或总磷的监测［5-10］和检测标准［11-12］。但尚未见紫外消解-流动注射分光光度法测定海水养殖废水中总氮和总磷的有关报道。

笔者将一台进样器与两台流动分析仪进行整合，使得样品经过进样器后分流到两台流动分析仪，在紫外光照射下，过硫酸钾氧化、在线消解后同时测定样品中总氮和总磷的含量。该法只需要10 mL样品就能同时测定水样中的总氮和总磷，具有简便、快速、准确、灵敏等优势，可以广泛应用在海洋环境监测领域中大量快速分析海水养殖水样的氮磷指标，尤其适用于少量体积水样分析。

1 实验部分

1.1 实验原理

总氮自动检测依据如下反应：样品与过硫酸钾／氢氧化钠溶液在硼砂缓冲器中混匀，加入到UV消化器中加热消化生成硝酸盐，透析后经过镉铜柱，硝酸盐被还原成亚硝酸盐，再通过Griess反应(亚硝酸盐与二氨基苯磺酸结合成重氮化合物，重氮化合物与二氯萘基乙烯二胺形成一个高级偶氮基染色物)检测硝酸盐含量。在540 nm处测定吸光度。

总磷自动检测依据如下反应：样品与过硫酸钾混合，有机磷在UV光下分解，硫酸加入样品流，溶液升温后，复合无机磷被消化成正磷酸盐，加入氢氧化钠中和后，溶液通过蒸馏水透析。在酒石酸锑钾和稀磷酸溶液的酸性介质中七水合钼酸铵催化生成锑-磷酸盐-钼酸盐复合物，该复合物与抗坏血酸维生素C作用呈现深蓝色，在880 nm处测定吸光度。

1.2 主要仪器与试剂

流动注射分析仪：SAN++型，荷兰Skalar仪器有限公司；

碱性过硫酸钾(K2S2O8)溶液：用少量无氨水充分溶解12.00 g的氢氧化钠，称取40.00 g过硫酸钾溶于900 mL无氨水，再加入氢氧化钠溶液，以无氨水定容至1 000 mL；

酸性过硫酸钾(K2S2O8)溶液：称取9.90 g过硫酸钾溶于800 mL蒸馏水，加入85.00 mL浓硫酸H2SO4(95%～97%)，再加入蒸馏水定容至1 000 mL；

氮、磷混合标准溶液：称取7.218 g优级纯硝酸钾(KNO3，110℃干燥2h)溶于800 mL无氨水中，定容至1 000 mL，此溶液含氮为1 000 mg／L。称取4.394 g磷酸二氢钾(KH2PO4，110℃干燥2h)溶于800 mL蒸馏水，定容至1 000 mL，此溶液含磷为1 000 mg／L。根据实验需要可逐级稀释成氮、磷混合标准使用液；

缓冲溶液：在800 mL蒸馏水中溶解氯化铵(NH4Cl)，用氨水(25% NH4OH )调节溶液pH为8.2±0.1，加蒸馏水定容至1 000 mL，加1.00 mL聚氧乙烯月桂醚(Brij35表面活性剂，30%)，混匀；

显色溶液：用800 mL蒸馏水稀释100.00 mL盐 酸(HCl，32%)，加10.00 g磺 胺(C6H8N2O2S)和0.50 g二氯萘基乙烯二胺(C12H16Cl2N2)溶解，混匀，加蒸馏水定容至1 000 mL；

钼酸铵溶液：取40.00 mL浓硫酸(H2SO4，95%～97%)溶于800 mL蒸馏水，加入4.80 g钼酸铵[(NH4)6Mo7O24·4H2O]溶解，定容至1 000 mL，加入2.00 mL单(双)十二烷基硫酸盐二苯氧钠(FFD6)，混匀；

酒石酸锑钾溶液：溶解酒石酸锑钾300 mg [K(SbO)C4H4O6·½H2O]于80.00 mL蒸馏水，定容至100 mL；

L(+)抗坏血酸维生素C溶液：溶解18.00 g L(+)抗坏血酸维生素C(C6H8O6)于800 mL蒸馏水，加入20.00 mL酒石酸锑钾溶液，定容至1 000 mL；

水质总氮标准：2.99 mg／L，编号GSBZ50026-94，环境保护部标准样品研究所；

水质总磷标准：1.46 mg／L，编号GSBZ50033-95，环境保护部标准样品研究所；

中国标准海水：盐度值分别为5，20，30，35，40，GBW(E)130011-1-5，国家海洋标准计量中心；

实验所用试剂除特殊说明外均为分析纯；

实验用水为二次蒸馏水。

1.3 样品采集、保存与预处理

样品采集和保存［13-14］：采用UPVC材质的卡盖式采水器采集样品，采集后的水样应立即放入冰箱中或低于4℃的条件下保存，但不得超过24 h，并尽快测定，所有水样均应贮存在玻璃瓶中。

样品预处理：清洁水样可直接取样进行分析，水样混浊时，为保持进样器和各化学反应单元通畅、无沉积，可将水样用孔径为0.45 μm的微孔滤膜过滤后进行测定。

1.4 实验方法

1.4.1 水样的紫外消解

样品由自动进样器进入分液器，然后分别进入总氮、总磷紫外消解器，消解后的水样流入比色管并经脱气后测定。

1.4.2 总氮的测定

消解后水样在载流的载带下，流过铜-镉柱被还原后，与显色溶液在反应管中汇合、反应，检测器在波长540 nm处测定吸光度，排出废液。

1.4.3 总磷的测定

消解后水样在载流的载带下，与酒石酸锑钾溶液在反应管中汇合，再与L(+)抗坏血酸维生素C溶液在反应管中汇合、反应、显色，检测器在波长880 nm处测定吸光度，排出废液。

2 结果与讨论

2.1 海水盐度的影响

采用不同盐度(盐度0～40)标准海水配制同一浓度(1.00 mg／L)的总氮、总磷混合标准使用溶液，通过自动进样器引入流动注射体系中，试验结果见表1。由表1可见，体系盐度的变化对化学显色反应产生的信号无影响。

表1 盐度对总氮、总磷检测结果的影响

2.2 试样注入体积的选择

在进样速度不变的情况下，通过调节进样时间控制进样体积，分别测定浓度为1.00 mg／L的总氮、总磷混合标准溶液，结果如图1所示。由图1可知，进样时间由30 s增至70 s时，吸光度显著提高；从70 s增至100 s时，吸光度基本恒定。从灵敏度和分析速度两方面考虑，实验选择进样时间为70 s。

图1 不同进样时间的吸光度

2.3 自动进样器清洗时间的选择

保障样品测定不出现交叉污染，通过调节清洗时间控制进样器清洗，分别测定浓度为1.00 mg／L的总氮、总磷混合标准溶液，实验结果如图2所示。

图2 不同清洗时间的吸光度

从图2中可知，清洗时间由30 s增至90 s时，吸光度有显著降低趋势；从90 s增至140 s时，吸光度降低趋势缓慢。从灵敏度和分析速度两方面考虑，实验选择清洗时间为90 s。

2.4 工作曲线与检出限

配制总氮和总磷混合标准样品，其中总氮标准 系 列 为0.050，0.100，0.500，1.00，2.00，4.00，5.00 mg／L，总磷标准系列为0.020，0.100，0.500，1.00，2.00，4.00，5.00 mg／L。在盐度为35，进样时间为70 s，清洗时间为90 s的试验条件下，测定混合标样中的总氮、总磷含量，以相对峰高y为纵坐标，对应的质量浓度ρ为横坐标，绘制校准曲线，计算回归方程。依据环境监测分析方法标准制修定技术导则［15］规定，在测定方法检出限时，最少测定7个重复的空白实验，并按分析方法的全过程进行处理和测定。方法检出限(MDL)：MDL=t(n-1，0.99)S(其中S为样品n次平行测定值的标准偏差，t为参数，当n=7时，查表得t=3.143)。工作曲线方程、检出限和线性范围结果见表2。

表2 回归方程、检出限和线性范围

2.5 方法的精密度

按照实验方法，将国家环保总局标准样品研究所研制的环境标样配制成总氮和总磷混合标样，按实验方法测定，结果见表3。由表3可知，总氮和总磷的相对标准偏差分别为1.15%，0.60%，说明该方法具有良好的精密度。

表3 精密度试验结果

2.6 实际水样分析与回收试验

采集7个不同点位海水养殖废水水样，将采集的水样经孔径为0.45 μm的微孔滤膜过滤，按实验方法测定，测定结果及加标回收试验结果见表4。由表4可知，该方法具有较高的准确度。

表4 样品测定与回收试验结果

3 结语

采用紫外消解-流动注射分光光度法测定海水养殖废水中总氮和总磷，方法灵敏度高，检出限低，重现性好，操作简便快捷，试剂用量少，检测范围宽，每小时可连续分析15～20个样品，其方法的线性、精密度、准确度和加标回收率符合分析监测要求。该法适用于海洋环境监测领域中大量快速分析海水养殖水样的氮磷指标，尤其适用于少量体积水样分析。

［1］GB 17378.4-2007 海洋监测规范 第4部分：海水分析［S］.

［2］GB／T 12763.4-2007 海洋调查规范 第4部分：海水化学要素调查［S］.

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［15］HJ 168-2010 环境监测 分析方法标准制修定技术导则［S］.