海水中总氮分析方法比对

王敏敏，周玉香，张琪，曾建，洪晔

(江苏省南通环境监测中心，江苏南通 226000)

氮以多种形态存在，包括游离氨态氮(NH3-N)、铵盐态氮(NH4+-N)、硝酸盐氮(NO3-N)和亚硝酸盐氮(NO2-N)等无机氮和氨基酸、尿素、蛋白质等有机氮。含氮化合物通过物理和生化作用进入水体，其含量被用来反映水体受营养物质污染的程度。海水中总氮是指可溶性及悬浮颗粒中的含氮量，是海洋环境状况的一个重要指标，氮含量控制着海洋生态系统的初级生产过程[1]。

海水盐度高且组分复杂，目前测定海水中总氮的分析方法主要有过硫酸钾氧化法[2]、离子色谱法[3]、高温氧化-化学发光检测法[4]、连续流动分析法[5]和气相分子吸收光谱法[6]。过硫酸钾氧化法是测定海水中总氮的国家标准方法，但该法需人工操作消解样品，实验步骤繁琐，耗时长[7]，易受试剂选择、实验器皿清洗、环境氨氮等多因素影响，造成空白值偏高。连续流动分析法和气相分子吸收光谱法均能实现样品在线、密闭、全自动分析，分析速度快。为探讨连续流动分析法和气相分子吸收光谱法测定海水中总氮结果的可比性，笔者分别采用连续流动分析法和气相分子吸收光谱法分析海水中总氮含量，从实验方法、标准曲线、标准样品和实际样品测定结果等方面进行比对，分析两种方法的优缺点，以期为大量海水样品中总氮的分析提供参考。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

气相分子吸收光谱仪：GMA3386 型，配有XJTN20 总氮在线消解模块，上海北裕分析仪器有限公司。

全自动连续流动化学分析仪：SAN++型，荷兰SKALAR 公司。

电子天平：STX1202ZH 型，感量为0.01 g，奥豪斯仪器(常州)有限公司。

超纯水机：MILLI-Q 型，美国密理博公司。

氢氧化钠、葡萄糖、柠檬酸三钠、硼酸、氯化铵、氨水、磷酸、磺胺、硼砂、三氯化钛溶液(质量分数为15.0%～20.0%)：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

盐酸：优级纯，国药集团化学试剂有限公司。

过硫酸钾：CAS 号为7727-21-1，德国默克公司。

N-(1-萘基)乙二胺二盐酸盐：CAS 号为1465-25-4，日本东京化成工业株式会社。

月桂醇聚氧乙烯醚溶液：质量分数为30%，CAS 号为9002-92-0，荷兰SKALAR 公司。

总氮标准溶液：100 mg/L，编号为GNMSNO3N-002b-2013，国家有色金属及电子材料分析测试中心。

总氮标准样品：编号为GSB 07-3168-2014，生态环境部标准样品研究所。

实验用水为超纯水机提供的高纯二次水。

1.2 溶液配制

总氮氧化试剂：(A)称取12 g 氢氧化钠，用水溶解，加入40 g 过硫酸钾，用水定容至1 L；(B)分别称取2.5 g 葡萄糖、5 g 柠檬酸三钠，溶于200 mL 盐酸溶液(1∶2)中。

硼酸试剂：称取24 g 硼酸溶于1 L 水中。

月桂醇聚氧乙烯醚稀释液：移取1 mL 月桂醇聚氧乙烯醚溶液于1 L 水中，混合均匀。

氯化铵缓冲溶液：称取50 g 氯化铵溶解于800 mL 水中，用氨水调节pH 至8.2±0.1，用水定容至1 L，加入1 mL 月桂醇聚氧乙烯醚稀释液。

显色剂：将150 mL 磷酸用水稀释至800 mL，加入10 g 磺胺和0.5 gN-(1-萘基)乙二胺二盐酸盐，用水定容至1 L。

总氮消解液：分别称取7 g 过硫酸钾、1.9 g 硼砂，溶于200 mL 水中，溶解后加入1 g 氢氧化钠，继续溶解。

三氯化钛盐酸溶液：将盐酸、水、三氯化钛溶液以体积比1∶1∶4 混合均匀。

总氮系列标准工作溶液：取适量的总氮标准溶液，用超纯水稀释成质量浓度为20 mg/L 的总氮标准中间液，依次移取1.00、5.00、10.00、15.00、20.00、25.00、50.00 mL 总氮标准中间液，分别置于7 只100 mL 容量瓶中，用水定容至标线、摇匀，配制成质量浓度分别为0.20、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、10.0 mg/L 的总氮系列标准工作溶液。

1.3 仪器工作条件

1.3.1 气相分子吸收光谱仪

镉空心阴极灯；载气：氮气，流量为0.5 L/min；工作波长：214.4 nm；读数方式：峰高；延迟时间：25 s；测量时间：20 s。

1.3.2 全自动连续流动化学分析仪

温度：110 ℃；检测波长：540 nm；泵速：25 r/min；模块进样时间：80 s；冲洗时间：160 s；起始忽略时间：900 s；最长追踪时间：1 800 s。

1.4 样品采集与预处理

选择6 个点位采集海水样品，按GB 17378—2007 《海洋监测规范》)[2]要求采集、贮存和运输，采样前检查样品瓶的本底空白。样品采集后，加入浓硫酸使样品pH 值小于2，并立即送往实验室。检测前将采集好的样品摇匀，用20 g/L 氢氧化钠或0.5 mol/L 硫酸调节pH 值为5～9。

1.5 实验方法

分别采用HJ 667—2013[8]和HJ/T 199—2005[9]方法测定。启动仪器预热，取适量待测试样于样品反应瓶中，在进液管中加入对应试剂，在软件上编辑空白溶液、总氮系列标准工作溶液浓度点及待测样品编号，仪器自动进样分析并拟合标准工作曲线，计算海水样品中总氮含量。

连续流动分析法中样品与试剂在蠕动泵的推动下进入化学反应模块，在密闭的管路中连续流动、混合，经碱性过硫酸钾氧化、紫外在线消解，氮元素全部转化为硝酸根离子[10]，硝酸根离子经过镉铜柱被还原成亚硝酸盐[11]，再通过Griess 偶联反应[12]检测硝酸盐含量，测定540 nm 波长处的吸光度。气相分子吸收光谱法经紫外在线消解，由三氯化钛溶液还原硝酸根离子，生成一氧化氮，测定一氧化氮气体于214.4 nm 波长处的吸光度，测得的吸光度与硝酸盐氮浓度遵守朗伯-比耳定律[13-14]。

2 结果与讨论

2.1 标准工作曲线比较

分别采用连续流动分析法、气相分子吸收光谱法检测总氮系列标准工作溶液，以总氮质量浓度为横坐标(x)、以仪器峰高值为纵坐标(y)，拟合标准工作曲线，计算线性方程和相关系数，结果见表1。由表1 可知，两种方法在一定的质量浓度范围内线性良好。

表1 两种分析方法的标准工作曲线

2.2 方法检出限

在纯水样品中加入适量总氮标准溶液，平行配制7 份总氮质量浓度为0.20 mg/L 的加标样品，分别采用连续流动分析法和气相分子吸收光谱法测定，计算方法检出限[15]，结果见表2。由表2 可知，连续流动分析法测定总氮的检出限为0.016 mg/L，气相分子吸收光谱法测定总氮的检出限为0.010 mg/L。

表2 检出限试验结果

2.3 有证标准样品分析

分别用连续流动分析法和气相分子吸收光谱法对两种总氮标准样品(批号分别为203269、203271)平行测定6 次，结果见表3。由表3 可知，两种方法的测定值均在标准值不确定度范围内，相对误差均小于5%，测定结果的相对标准偏差均小于2%，满足精密度和准确度要求。不论是总氮质量浓度高(4.30 mg/L)的样品，还是总氮质量浓度低(0.525 mg/L)的样品，气相分子吸收光谱法的精密度均优于连续流动分析法，但对于总氮质量浓度高的样品，连续流动分析法的准确度优于气相分子吸收光谱法，对于总氮质量浓度低的样品，气相分子吸收光谱法的准确度优于连续流动分析法。

表3 有证标准样品测定结果

2.4 实际样品分析

选取6 份海水样品，分别采用连续流动分析法和气相分子吸收光谱法测定总氮质量浓度，结果见表4。由表4 可知，两种方法测定结果的相对偏差为0.8%～4.0%，满足分析要求。

表4 海水样品测定结果

利用SPSS20.0 软件对连续流动分析法和气相分子吸收光谱法测定海水样品总氮结果进行t检验，结果见表5。由表5 可知，两种方法的相关系数为0.993，结果呈显著相关。计算t= 0.745，查表得t0.05，5= 2.571，则t＜t0.05，5，说明两种方法测定结果的准确度无显著性差异。

表5 实际海水样品检测数据t 检验结果

2.5 加标回收试验

在实际海水样品中加入适量总氮标准溶液，配制加标样品，分别采用连续流动分析法和气相分子吸收光谱法进行测定，结果见表6。由表6 可知，两种方法的加标回收率分别为95.5%和97.8%，均满足水质监测质量控制要求90%～110%[16]，说明两种方法均适合海水样品中总氮分析。

表6 加标回收试验结果

2.6 比对结果

连续流动分析法和气相分子吸收光谱法比对结果见表7。由表7 可知，连续流动分析法操作步骤复杂，影响因素较多。气相分子吸收光谱法检出限低，试剂品种较少，操作简便，实验时间短，影响因素少。

表7 连续流动分析法和气相分子吸收光谱法比对结果

3 结语

采用连续流动分析法和气相分子吸收光谱法测定海水中总氮，不需要手工预处理样品，可直接上机分析，线性关系良好，方法检出限低，重现性好。两种方法对标准样品的测定值均在标准值不确定范围内，对实际海水样品的测定结果具有较好的一致性，方法准确度高。相比连续流动分析法，气相分子吸收光谱法更简便，对于总氮质量浓度低的样品，其准确度和精密度均较理想，满足海洋环境质量标准要求，具有一定推广价值。气相分子吸收光谱法可以中途增加样品量，对总氮质量浓度超出线性范围的样品，仪器可自动稀释，减少了等待时间，提高了检测效率[19]。