不同消解方式对气相分子吸收光谱法检测总氮的影响

王 非

(河北省水文勘测研究中心，石家庄 050031)

1 引言

水中的总氮主要以无机氮(NO3-、NO2-和NH4+) 和有机氮(蛋白质、氨基酸和有机胺)的形式存在，近年来，随着工业发展和人类活动的加剧，使水中的总氮含量增加，而对总氮含量进行测定，有助于评价水体污染状况，衡量水质富营养化现象[1]。目前, 水中总氮的测定方法较多。气相分子吸收光谱法相对于其他方法，使用试剂少，并且不使用有毒试剂，不受待测水样浊度影响，准确性和重复性较好，计算简便，已经广泛应用于水质中总氮的测定[2-4]。在水质总氮测定的过程中，消解是影响测定指标的关键因素之一，不同的消解方法，操作难度不同，消解效果也有所差异[5]。本研究采用仪器消解和手工消解两种方式对水质样品进行消解，通过比较不同消解方式对总氮消解效果的影响，为利用气相分子吸收法测定水质总氮时消解方式的选择提供参考。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

AJ-3700型气相分子吸收光谱仪，AJ-200型总氮紫外消解器(上海安杰环保科技股份有限公司)。

总氮载流液: 将12mol/L盐酸稀释至6mol/L，于500mL试剂瓶中，加入250mL的6mol/L盐酸、100mL的0.15g/mL三氯化钛和20mL无水乙醇, 密塞充分混合。将其装入无色透明的试剂瓶中待用；

消解液(碱性过硫酸钾溶液): 称取1g 氢氧化钠、1.9g 四硼酸钠(硼砂), 溶解于200mL水中，再加入6g过硫酸钾，密塞充分混合并放气；

总氮标准溶液:编号GSB 04-2837-2011(b)，国家有色金属及电子材料分析测试中心；所有实验用上均为超纯水，所有实验试剂均为分析纯。

2.2 方法依据及原理

仪器消解：在碱性介质中，水样在95±2℃、紫外线照射下，被过硫酸盐将水样中的氨、铵盐和亚硝酸盐以及大部分的有机氮化合物氧化成硝酸盐。

手工消解：水样置于50mL容量瓶中，加入碱性过硫酸钾消解液密塞摇匀后，将容量瓶放入高压蒸汽消毒器中，加热至蒸汽压力107.8～127.4kPa，高压50min消解，冷却至室温待测。

在2.5～5mol/L的盐酸介质中，于70℃±2℃温度下，用三氯化钛将水样中硝酸盐快速还原分解，生成的NO用载气载入气相分子吸收光谱仪的吸光管中，测得的吸光度与总氮浓度遵守朗伯比尔定律。

3 结果与分析

3.1 两种消解方式实验操作及工作效率比较

根据两种消解方式实验操作及工作效率的比较，手工消解的优势是消解用仪器设备简单，但手工消解操作相对仪器消解步骤多，时间长，消解过程受外界干扰和实验员经验和水平限制，过程的重复性较差。自动消解虽然有一定的仪器成本，但每个样品消解时间几乎可以忽略，并使得每个样品从上机到数据产出仅需几分钟时间，大大提高了工作效率。并且仪器消解的自动化较强，避免了人工干扰，保证了测定结果的一致性和可靠性(表1)。

表1 两种消解方式比较

3.2 两种消解方法的准确度及精密度比较

分别称取标准样品各5份，利用仪器消解，手工消解两种方法，分别进行消解实验，消解后均使用1.1所示气相分子吸收光谱仪进行检测，测定结果见表2所示。两种消解方法对标准样品1、2、3检测均有较好的消解效果，测定值均在标准范围内，准确性较好。但对于3个标准样品，仪器消解的精密性均好于手工消解(表2)。

表2 两种消解方法的准确度及精密度比较

3.3 实际水质样品的测定

采用两种消解方法对不同水样进行消解，每个样品测定5份，测定结果见表3。与手工消解相比，仪器消解的精密度较高。尤其在对较低浓度样本进行检测时，手工消解测定的精密度较低，而仪器消解效果更好。

表3 实际水质样品测定结果

3.4 仪器消解方式的优化

根据上述比较的结果，仪器消解与手工消解相比具有一致性好，精密度高的优点，而仪器消解程度与数据测定的准确性有着密切的关系。消解时间越长，消解越彻底。但消解时间过长也会影响工作效率，延长总体测试时间。为保证完全消解，一般设置消解时间为5min，为进一步优化仪器消解，在保证消解完全的基础上，尽量减少消解时间，以达到优化工作效率的目的。

实验选取标准样品1(0.515±0.055mg/L)，在泵的转速和消解管路一致的条件下，通过程序改变紫外灯加热装置处的停留时间，分析总氮消解程度与停留时间的关系。

如图1所示，紫外灯加热装置处的停留时间大于2min，样品中的总氮基本可以完全消解。为保证完全消解，同时提高测试效率，因此，优化消解时间可设置为2min。

图1 紫外灯加热装置处的停留时间与总氮测定值的关系

4 结语

从以上实验结果可以看出，利用气相分子吸收光谱法测量水质总氮时，采用仪器消解方法进行消解具有精密度高和准确度高的特点。并且与手工消解相比，仪器消解所需时间短，前处理环节简便，易于操作，并能大批量的处理样品, 有效减少人力投入和操作强度，可快速的对实际水样中的总氮作出准确分析与评价，并且避免了人工操作不当带来的影响，使检测的精密度和准确性也大大提升，同时为更好的提高工作效率，通过消解时间差异分析对仪器消解方式进行了优化。