地表水中氨氮含量检测方案(水质分析仪)

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理化检验-化学分册8PTCA(PART B： CHEM. ANAL.)2013年第49卷工作简报 理化检验-化学分册陆佩莉等：全自动间断化学分析仪-纳氏试剂比色法测定地表水中氨氮 全自动间断化学分析仪-纳氏试剂比色法测定地表水中氨氮 陆佩莉1，吴慧庆 (1.上海市水环境监测中心闵行分中心，上海201199； 2.水尔分析仪器(上海)有限公司，上海200433) 摘 要：水中以游离态氨或铵离子存在的氨氨与纳氏试剂(K2HgI)在碱性条件下反应生成黄棕色化合物(NHHgzOI)，该化合物在波长420 nm处有吸收，据此提出了全自动间断化学分析仪-纳氏试剂比色法测定地表水中氨氮的方法。氨氮的质量浓度在0.20~5.00 mg·L-范围内与吸光度呈线性关系，检出限(3o)为0.020 mg·L-1。方法用于地表水样分析，测定值与国家标准方法测定值无显著差异，加标回收率在95.5%~105%之间。 关键词：全自动间断化学分析仪；纳氏试剂比色法；氨氮；地表水 中图分类号：O657.32 文献标志码：A 文章编号：1001-4020(2013)08-0931-03 Nessler Colorimetric Determination of Ammonia-Nitrogen in Surface Waterwith Full Automatic Batch Chemical Analyzer LU Pei-li， WU Hui-qing (1. Minhang Sub-Center of Shanghai Municipal Water Enuironmental Monitoring Center， Shanghai 201199， China；2. Seal Analytical (Shanghai) Co.， Ltd， Shanghai 200433， China) Abstract： In a basic medium， a yellowish-brown compound (NHHgOI) was formed by the reaction ofammonia nitrogen present as free ammonia or ammonium ion in water with K2HgL， having its absorption maximumat 420 nm. Based on these facts， a full-automatic batch chemical analyzer for determination of ammonia-nitrogen insurface water was proposed. Linear relationship between values of absorbance and mass concentration of ammonia-nitrogen was kept in the range of 0. 20一5.00 mg·L1， with detection limit (3o) of 0.020 mg·L-1. The proposedmethod was applied to the analysis of surface water， and the analytical results obtained by the present method wasfound to have no significant difference with those found by the GB method. Values of recovery obtained by standardaddition method were found in the range of 95.5%-105%. Keywords： Full automatic discrete analyzer； Nessler colorimetry； Ammonia-nitrogen； Surface water 当前，我国地表水体中氨氮污染情况严重，水体中氨氮含量较高时，对鱼类呈现毒害作用，对人体也有危害。因此，氨氮含量是评价水体污染程度的重要指标和工业污水排放物的控制指标，也是我国各级水体环境监测站点及企业污水排放的必检项目。 氨氮的常规测定方法为分光光度法，主要有纳 ( 收稿日期：2012-06-01 ) ( 作者简介：陆佩莉(1977一)，女，上海人，工程师，硕士，主要从 事环境监测与分析工作。E-mail：luru06@163. com ) 氏试剂比色法、靛酚蓝比色法和水杨酸-次氯酸盐法_1-2」，其中靛酚蓝比色法和水杨酸-次氯酸盐法所用试剂较多，且对试剂要求严苛，操作复杂。纳氏试剂比色法为国家标准方法，具有简便、快速、准确且试剂稳定等优点。但纳氏试剂中的汞会对人体和环境造成危害，特别是在处理大批量样品时，会消耗较多的纳氏试剂，且手工操作繁琐。随仪器自动化技术的发展，连续流动分析仪、离子色谱仪、便携式自动分析仪等L3-6也广泛应用于水中氨氮的检测。间断化学分析作为新一代的全自动分析检测技术，采 用机械手进行精确移取样品溶液和试剂，每个反应发生在独立的反应阱中，没有交叉污染。间断化学分析仪因具有简单、快速、试剂消耗量小和自动化程度高等优点，在国外水质检测领域应用较多7，其中很多方法已得到 USEPA 和 ISO等组织的认可。 本工作提出的全自动间断化学分析仪-纳氏试剂比色法测定氨氮的含量尚无文献报道，该方法既继承了经典纳氏比色反应的优势，又将测定过程完全自动化，比如自动制备标准曲线、自动稀释、自动加标等，而且每个样品消耗试剂仅微升级，极大地减 少了纳氏试剂中汞对环境和人体的影响。此方法与国家标准法原理一致，适合环境监测站点及生产单位大批量氨氮的测定。 试验部分 1.1 仪器与试剂 SEAL Analytical AQ2型间断化学分析仪。其流程图见图1。仪器主要由自动采样机械手、试剂槽、样品盘、反应阱、清洗水系统、光度计检测系统、数据处理系统等部件组成。 图1 AQ2型间断化学分析仪流程图 Fig.1 Flow-chart of the AQ2 batch chemical analyzer 酒石酸钾钠溶液：200 g·L-1，称取酒石酸钾钠20g溶于100 mL水中，加热煮沸以驱除氨污染，充分冷却后稀释至100 mL。 纳氏试剂：称取氢氧化钠8.0 g 溶于50 mL水中，冷至室温。称取碘化钾3.5 g和碘化汞5.0g溶于水中，将此溶液在搅拌下缓慢加入到上述氢氧化钠溶液中，用水稀释至100 mL。贮存于聚乙烯瓶内，用橡皮塞或聚乙烯盖子盖紧，在暗处可保存la。 硫酸锌溶液：100 g·L-1。 氢氧化钠溶液：250g·L-1。 氨氮标准溶液：5.00mg·L-1，使用前用500 mg·L-标标准储备溶液稀释配制而成。 1.2 仪器工作条件 测试类型为终点法，测定波长420 nm，反应时间600 s，反应温度37℃；品品溶液进样量为280 uL，酒石酸钾钠溶液和纳氏试剂进样量均为25puL；比色池长度10 mm。 1.3 试验方法 1.3.1 方法原理 水中以游离态的氨或铵离子等形式存在的氨氮与纳氏试剂在碱性条件下反应生成黄至棕色的化合物，其色度与氨氮含量成正比。于波长420 nm 处测量吸光度，计算出氨氮的含量。 1.3.2 样品预处理 清洁水样可直接进样测定；有悬浮物或有色度干扰的样品，需进行絮凝沉淀处理，取水样100 mL，加入100 g·L-\硫酸锌溶液 1 mL 和250g·L-氢氧化钠溶液0.2 mL，调节 pH约为10.5，混匀，离心沉淀，倾取上清液分析。 1.3.3 测试步骤 开机预热后，在 AQ2 软件界面中预先进行测试方法参数的设定。仪器启动检查合格后，编排样品测试顺序。按照测试参数的设定将酒石酸钾钠溶液、纳氏试剂、5.00mg·L-1氨氮标准溶液及样品溶液放入仪器相应的位置，激活分析项目，根据校准曲线的设定对最高浓度的标准溶液进行自动稀释并绘制校准曲线。按样品列表顺序测量吸光度，并自动计算测定结果。软件可对超出测定范围的样品设定自动稀释并给出测定结果。每个样品测定前后，仪器会自动清洗比色池，避免交叉污染。 2 结果与讨论 2.1 纳氏试剂浓度的选择 试验结果表明：纳氏试剂用量太少，显色不完全；纳氏试剂用量太多，背景空白值较大。按国家标准方法中纳氏试剂的配制，AQ2型间断化学分析仪 需进样10 uL纳氏试剂。若将纳氏试剂浓度减半，设置仪器进样量25 uL，可减少试剂盒内残留试剂对环境的危害。试验选择纳氏试剂为50 g·L-碘化汞-35g·L-1碘化钾-80g·L-氢氧化钠混合溶液。 2.2 校准曲线与检出限 AQ2型间断化学分析仪可自动稀释氨氮标准溶液。结果表明：氨氮质量浓度在0.20~5.00 mg·L-1范围内与吸光度呈线性关系，线性回归方程为A=0.08440+0.017，相关系数为0.9999。连续测定空白值12次，由3倍标准偏差计算方法的检出限(3o)为0.020 mg·L-。 2.3 准确度试验 按试验方法对标准样品进行测定，结果见表1。 表1 准确度试验结果 Tab. 1 Results of test for accuracy 标准样品 认定值 测定值 标准偏差 不确定度 p/(mg·L-1)p/(mg·L-1)p/(mg·L-1)p/(mg·L-1) 200549 0.778±0.042 0.780 0.0204 0.021 200548 1.75±0.08 1.74 0.0294 0.031 200546 2.55±0.10 2.53 0.0409 0.043 由表1可知：测定值及不确定度均在认定值范围内，而且不同浓度标准样品测定值的标准偏差均小于0.05%。 2.4 精密度试验 按试验方法测定地表水样品中氨氮的含量，平行测定6次，结果见表2。 表2 精密度试式结果(n=6) Tab. 2 Results of test for precision 样品 测定值 平均值 极差 标准偏差 RSD p/(mg·L-1) p/(mg·L-) p/(mg·L-) p/(mg·L-1) /% 1 1.19，1.20，1.21，1.22，1.21，1.14 1.20 0.08 0.029 2.4 2 2.85，3.00，2.85，2.88，2.99，2.95 2.92 0.15 0.069 2.3 3 5.96，5.87，5.93，5.87，5.82，5.89 5.89 0.14 0.049 0.8 3号样品的测定值为仪器设置稀释2倍后的测定结果。计算得出方差估计值为0.039 95，重复性r=to.975，15×√2×S_=0.156。3个不同氨氮浓度水平的样品的测定结果极差均小于r值，说明仪器性能稳定，此方法测定氨氮的重复性较好。 2.5 样品分析 采用本方法和国家标准方法1对同一批地表水样进行测定，氨氮含量超过5 mg·L-1的样品，仪器自动稀释两倍，结果见表3。 表3本法与国标法测定结果的比对试验 Tab. 3 Comparative study on the results obtained by thismethod and by the GB method 样品 国标法 本法 绝对误差 相对误差 p/(mg·L-) p/(mg·L-1) p/(mg·L-1) /% 1 4.43 4.69 0.26 5.9 2 6.46 6.54 0.08 1.2 3 1.3 1.39 0.09 6.9 4 5.28 5.56 0.28 5.3 5 0.97 0.97 0 0 6 2.48 2.51 0.03 1.2 两种方法测定结果的相对误差均在10%以内。用线性回归法求得斜率bi=0.970，截距b0二一0.057，剩余标准偏差SE=0.105；若取α=0.05， 0.975.10=2.228，则截距b的置信区间为一0.164~0.051，斜率b的置信区间为0.939~1.002。因为b的置信区间包含0，bi的置信区间包含1，所以在95%的置信度下，AQ2间断化学分析法与国家标准方法之间不存在明显的系统误差8J。 另外对水样进行仪器自动加标和手动加标试验，回收率在95.5%~105%之间。 本工作采用 AQ2 型间断化学分析仪测定氨氮，校准曲线线性相关，准确度和精密度较高，检出限较低，测定地表水中氨氮含量与国家标准方法测定结果无显著性差异。仪器自动化程度高，具有自动绘制校准曲线、自动稀释、自动加标等功能，能精确控制试液和试剂的混合和反应时间，有效地避免了手工操作的误差，同时减少了试液和试剂用量，使得整个检测过程快捷简便，具有更好的实用性，应用于地表水中氨氮的测定前景广阔。 ( 参考文献： ) ( [1] HJ 535-2009 水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度 法[S]. ) ( [2] EPA 350.1 Determination of ammonia nitrogen bysemi-automated colorimetryLS」. ) ( (下转第936页) ) 峰电流的影响。扫描速率在10~400 mV·s-1范围内，氧化峰电位随扫描速率(mV·s)的增加不断正移，与 lgv 呈线性关系，线性方程为 Epa=0.084 11 lgu-0.047 3，相关系数为0.995 3。氧化峰电流(uA)与扫描速率(mV·s-)平方根呈线性关系，线性回归方程为Ipa=3.497 7v/2+0.5556，相关系数为0.998 6。表明抗坏血酸在修饰电极上的电极过程主要受扩散控制。 2.5 干扰试验 按试验方法对40 mg·L-抗坏血酸标准溶液进行干扰测定，当相对误差在±5%范围内时，100倍的 K+、Na、Ca+、cl、So、CHCOO、NO3~，50倍的葡萄糖、谷氨酸、柠檬酸，5倍的多巴胺、尿酸不干扰测定。 2.6 标准曲线及检出限 在选定的试验条件下，测定抗坏血酸标准溶液系列，所得差分脉冲伏安图见图2。 曲线1~7对应的抗坏血酸溶液浓度依次为1.2，4，12，40，80，160，320 mg·L- 图2不同浓度的抗坏血酸溶液在 PABSA/GCE上的DPV曲线 Fig. 2DPV curves of ascorbic acid solutionwith different concentrations 试验结果表明：抗坏血酸的质量浓度在1.2~320 mg·L-1范围内与峰电流呈线性关系，其线性回归方程为 ip=0.10230+30.023，相关系数为0.9918，检出限(3S/N)为0.4mg·L一。 (上接第933页) ( 3 曾爱娣. AA3 连续流动注射法测定水中的氨氮和总磷 J].环境研究与监测，2009(22)：54-55. ) ( [4] 陆燕宁，周灵辉，徐荣.片段流动分析法测定水中氨氮 [J].理化检验-化学分册，2007，43(1)：43-44. ) ( 5 1 杨文英，王艳春.离子色谱法测定水中氨氮含量[J].中 国卫生检验，2005，15(11)：1338-1339. ) ( 6 叶树才，徐迅宇.氨氮分析仪与连续流动分析仪对测定水中氨氮的比较[J].环境监测管理与技术，2006，18 ) 2.7 电极的重现性 对 40 mg·L-抗坏血酸标准溶液平行测定10次，峰电流相对标准偏差为2.1%，表明PABSA/GCE电极具有较好的重现性。 2.8 样品分析 在烧杯中加入维生素C片(100mg·片-)一片，用少量水溶解后转移至100 mL 容量瓶中，并稀释至刻度，放置澄清后得试样溶液。移取试样溶液1.00 mL，按试验方法进行测定，并做加标回收试验，结果见表1。 表1 样品分析结果 Tab.1 Analytical results of samples 测定值 加标量 测定总量 回收率 m/mg m/mg m/mg /% 0.99 1.00 1.983 99.3 2.00 2. 952 98.1 3.00 4.122 105 ( 参考文献： ) ( [1] WU Yun， LI Nian-bing， LUO H ong-qun. S imultane - ous measurement of P b， Cd a n d Zn using differential pulse anodic strippin g voltammetry a t a bismuth/poly(p-aminobenzene sulfonic acid) film electrod e J. S en- sors and Actuators B ： Chemical，2008，133(2)：677- 681. ) ( 2 陈小印，王宗花，张菲菲，等.皮皮素在聚对氨基苯磺酸修饰电极上的电化学研究[J].青岛大学学报，2010， 25(1)：54-59. ) ( 37 樊雪梅，王书民，董文举.聚对氨基苯磺酸修饰电极测定对苯二酚[J].商洛学院学报，2009，23(2)：46-48. ) ( 樊雪梅，王书民，赵夏，等.聚对氨基苯磺酸修饰电极差 分脉冲伏安法测定多巴胺[J].理化检验-化学分册， 2010， 4 6(8)：917-919. ) ( 57 董文举，樊雪梅.聚对氨基苯磺酸修饰电极测定尿酸[J].分析试验室，2007，26(2)：6-9. ) -- 燃 (3)：44-48. ( [7] BOWES M J， S MITH J T， NEAL C. The value ofhigh-resolution nutrient monitoring： a case s tudy of t heriver frome， dorset， UKLJJ. J o urnal of H y drology， 2009，378：82-96. ) ( [8] 蒋子刚，顾雪梅.分析检验的质量保证和计量认证M].上海：华东理工大学出版社，1998：241-247. ) ·