高压密封消解-流动注射同时测定海水中总氮和总磷

陈克红，张晴，刘展新，王敏

(连云港市海洋环境监测预报中心，江苏 连云港 222000)

随着近岸养殖业的发展，海水养殖过程中形成的营养盐和污染物对海洋生态环境造成了严重的影响，成为海水富营养化的主要原因。总氮和总磷是衡量水质富营养化的重要指标之一[1]，因此在环境监测中建立一种快速、简便的测定总氮和总磷的方法意义重大。与传统的《海洋调查规范》(GB/T 12763.4—2007)中总氮和总磷样品测定方法相比[2-4]，现采用特制聚四氟乙烯密封消解罐取代比色管进行消解，通过压力蒸汽灭菌锅精确控制消解温度及时间，解决了比色管的磨口塞在高温高压时容易弹出、消解气体容易逸出、传统压力锅的时间及温度难以准确控制，造成数据误差的问题，通过高压消解锅一次性消解水样后，经流动注射检测单元同时测定海水中的总氮和总磷，操作简单、测定快速、响应灵敏、消解完全、数据准确，可一次性消解大批水样，适用于大量快速测定海水中的总氮和总磷[5-10]。

1 实验部分

1.1 实验原理

水样在高压消解锅中，在碱性条件下，经过硫酸钾氧化后，水质中的无机氮和有机氮均被氧化成硝酸盐，在酸性条件下，有机磷和无机磷被过硫酸钾氧化为正磷酸盐。消解后的水样被自动进样器分别吸入总氮、总磷分析模块，总氮水样进入铜-镉还原柱后，硝酸盐被还原为亚硝酸盐，与磺胺/N-(1-萘基)-乙二胺盐酸盐(NEDD)反应生成红色络合物,在波长550 nm处测定；总磷水样中的正磷酸根与钼酸盐反应生成磷钼杂多酸 ,被抗坏血酸还原后 ,形成蓝色络合物 ,在波长800 nm处测定。

1.2 仪器与试剂

1.2.1 仪器

QUAATRO型流动注射分析仪(德国SEAL公司)；BKQ-B75Ⅱ型压力蒸汽灭菌锅(山东博科科学仪器有限公司)；100 mL聚四氟乙烯密封消解罐(南京滨正红仪器有限公司)。

1.2.2 试剂

实验中所用试剂见表1。

表1 实验用试剂①

① “国药”为国药集团化学试剂有限公司，“阿拉丁”为上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2.3 试剂配制

氧化剂：将9.0 g氢氧化钠溶于700 mL水中，加入40.0 g过硫酸钾，搅拌溶解后，用超纯水定容至1 000 mL。

咪唑溶液：将15.0 g咪唑溶于500 mL水中，加入2.0 mL硫酸、0.25%的硫酸铜溶液0.3 mL、50%的聚氧乙烯-8-辛基苯基醚1.0 mL，用超纯水定容至500 mL。

磺胺溶液：取5.0 g磺胺溶于200 mL水中，加入50 mL盐酸，用超纯水定容至500 mL。

显色剂：取0.5 g N-1-萘基乙二胺二盐酸溶于水中，加入5 mL盐酸和1 mL 50%的聚氧乙烯-8-辛基苯基醚，用超纯水定容至500 mL。

钼酸钠溶液：取钼酸钠4.5 g，酒石酸锑钾0.09 g溶于水中，加入25 mL硫酸和1 mL十二烷基硫酸盐二苯氧钠(FFD6)，用超纯水定容至500 mL。

抗坏血酸：取抗坏血酸12.0 g，加入 1 mL十二烷基硫酸盐二苯氧钠(FFD6)，用超纯水定容至500 mL。

实验用水为超纯水(25 ℃，18.2 MΩ·cm)。

1.3 实验步骤

1.3.1 样品保存与预处理

水样采集后储存于玻璃瓶，低于4 ℃冷藏保存，并于24 h内完成测定。清洁水样摇匀后直接取样分析，水样混浊有沉淀时，因流动注射管路较细，为防止堵塞，可将水样以8 000 r/min离心10 min后再测定。

1.3.2 标准曲线配制

将500.0 mg/L的总磷标准溶液及500.0 mg/L的总氮标准溶液，用去离子水稀释至8.0 mg/L的混合标准使用液，再配置标准系列样品，并和样品一同消解处理。

1.3.3 水样消解

取一定体积的水样于聚四氟乙烯密封消解罐内，加入碱性过硫酸钾，拧紧瓶盖，放入高压蒸汽灭菌锅内，设置好程序(120 ℃消解30 min)。多次实验证明二次消解较完全,待自然冷却至压力表指示为“0”时取出消解罐振荡后放入高压消解锅内，并再次在120 ℃下消解30 min后取出上机测定。

1.3.4 水样测定

连接所有试剂管路，启动流动注射分析仪，将所有试剂管放入去离子水中，待基线稳定后，将试剂管放入对应的试剂瓶里，运行5 min后打开铜-镉还原柱，运行至基线再次稳定后，启动设置好的分析程序进行样品分析。

2 结果与讨论

2.1 工作曲线与检出限

配制总氮与总磷的混合标准溶液，质量浓度为0.000，0.160，0.320，0.640，1.28，1.60，2.40，3.20 mg/L。结果表明，在浓度范围内总氮、总磷线性关系良好，总氮回归方程为y=6.94×10-5x-0.484,相关系数r=0.999 7,总磷回归方程为y=6.55×10-5x-0.423，相关系数r=0.999 9。

由于空白样中的总氮、总磷可以明显检出，所以检出限(MDL)的测定根据对试剂空白样连续7次平行测定得出，检出限计算公式为：MDL=t(n-1,0.99)×S，式中t(n-1,0.99)为自由度为n-1，置信度为99%时的t分布(单侧)，n为样品的平行测定次数，S为n次平行测定的标准偏差。计算总氮和总磷的检出限分别为0.012 和0.006 mg/L。

2.2 方法精密度

按照实验方法，分别对质量浓度为0.500，1.00，2.00 mg/L的总氮、总磷标准溶液，以及3个海水样品进行测定，测定结果见表2。

表2 精密度测定结果(n=3)

由表2可知，总氮的相对标准偏差为0.65%～2.59%，总磷的相对标准偏差为0.50%～6.67%，可见该方法具有较高的精密度。

2.3 加标回收实验

按照本方法对海水样品进行加标回收实验，结果见表3。由表3可知，总氮的加标回收率为97.5%～103%，总磷的加标回收率为98.8%～101%，说明本方法的准确度较高，消解完全，待测目标物损失较少。

表3 样品加标回收实验结果

3 结论

高压密封消解-流动注射法利用特别定制的聚四氟乙烯高压密封消解罐,具有密封效果好，材质无污染的优点，样品经消解后经过流动注射分析仪可同时测定海水中总氮和总磷。该方法测试总氮相关系数达到0.999 7,检出限为0.012 mg/L,相对标准偏差为0.65%～2.59%，加标回收率为97.5%～103%；总磷相关系数达到0.999 9,检出限为0.006 mg/L，相对标准偏差为0.50%～6.67%，加标回收率为98.8%～101%。该方法能够满足分析要求，提高了分析效率，减少了试剂消耗总量，适用于大批量海水样品中总氮和总磷的快速准确定量。