气相分子吸收光谱法在水质无机氮测定中的应用

来源:用户上传      作者:曲翊

　　摘   要：气相分子吸收光谱法是一种利用被测组分转化生成的气相物质对光的吸收强度与被测组分浓度间的关系来实现测定的监测方法，目前在水质监测中得到应用。本文介绍了气相分子吸收光谱法的原理和发展历史，对该技术在水质无机氮检测中的应用进行了研究，并对该方法的未来发展提出了建议。
　　关键词：气相分子吸收光谱法  水质  无机氮
　　1  气相分子吸收光谱原理
　　气相分子吸收光谱法的理论基础是朗伯-比尔定律（Lambert-Beer law），是一种利用被测组分转化生成的气相物质对光的吸收強度与被测组分浓度间的关系遵循比耳定律来实现测定的监测方法。
　　基于以上原理，水中的离子或者分子可以通过某种特定化学反应转化为气体。气体分子接收到特定波长的光辐射，很容易产生相应的分子震动。在测定时，可通过反应将被测定成分转化为对应的某种气体，选择合适的波长，利用基态分子对该特征波长的分子振动吸收与浓度成正比的特性，从而得出被测成分的含量[1]。
　　2  气相分子吸收光谱在环境分析中的应用
　　气相分子吸收光谱法具有测定成分浓度范围宽， 测定结果准确可靠，抗干扰性强，所用化学试剂少等特点，被测组分从液相转入气相的过程是一个简便快速分离干扰物质的过程， 因而避免了复杂的化学分离手续，无需去除样品色度和浑浊物的干扰，是一种不产生二次污染的绿色分析技术。气相分子吸收光谱技术发展至今，已广泛应用于多种行业的多种检测项目[2，3]。
　　早期的气相分子吸收光谱法，所采用的的检测工具是原子吸收光谱，缺点是灵敏度低，仪器成本较高。随着仪器技术的发展，气相分子吸收光谱采用紫外-可见分光光度计作为主要检测器， 大幅降低了成本。采用气相色谱与气相分子吸收光谱联用技术，可实现对多种物质的分离测定。气相分子吸收光谱技术在20世纪80年代末引入我国。首先是由张寒琦使用于氯离子的测定，检出限为2μg/mL，具有实用性。王联社等人使用气相分子吸收光谱法测定水中硫化物，虽检出限较低，但由于受到水样干扰，重现性较差。为解决这一问题，臧平安将方法进行改良，设计出专用气相分子吸收光谱仪。目前， 商业化仪器已可实现对NO2- 、NO3- 、NH3-、S2- 、Cl- 、Br-、I-、SO23-、CN-、Hg+等测定。使用气相分子吸收光谱法测定水体中亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、氨氮、凯氏氮、总氮、硫化物等水质指标已成为我国环境监测领域的标准方法[4-6]。
　　3  气相分子吸收光谱法在水质无机氮检测中的应用
　　目前，适用于凯氏氮、总氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氣及氨氮的常用分析方法有分光光度法、流动注射分析法、离子色谱法、和气相分子吸收光谱法。分光光度法的优点是操作简便，易掌握。但显色剂配置麻烦，有毒有危险（如测亚硝酸盐氮所用的萘基乙二胺盐酸盐对人体有害）。水样中含氯化物、有机物和碳酸盐都会干扰吸光度的测定。流动注射分析法的优点是适用于大批量样品的测定，精度高，效率高。但仪器价格昂贵，维护复杂，且前期准备过程长，不适用于少量样品的测定。由于流动注射仪进样管细小，不能直接分析有色、浑浊的水样，也不适用于高浓度样品的测定。离子色谱法的优点是可以在一次进样中同时测定很多项目，但由于有机物能与离子色谱柱亲和，不能直接测定含有机物的水体。目前，气相分子吸收光谱法能很好地解决以上方法的局限性，其配置的流动注射分析系统，采用自动加样方式，排除了人为偶然误差，使测定结果更稳定、数据重复性更好。通过控制相对稳定的载气流，能够提高分析精度。现将气相分子吸收光谱技术在水质无机氮分析中的应用介绍如下。
　　3.1 铵离子
　　目前采用的测定原理是在碱性条件下可用次溴酸钠将水样中氨和铵盐氧化成等量亚硝酸盐， 通过亚硝酸盐的气相分子吸收光谱法测定。该法的检出限为0.002mg/L，已被国家环保总局确定为我国环境监测的统一方法。
　　3.2 亚硝酸盐
　　利用亚硝酸钠与盐酸反应产生的二氧化氮等多种氮氧化物和亚硝酰氯在紫外区能够产生吸收作用的性质，可实现亚硝酸盐的气相分子吸收光谱法检测。该方法不需要使用易致癌试剂乙二胺二盐酸盐，在0.15～0.25 mol/L柠檬酸溶液中使用无水乙醇作催化剂， 可迅速将亚硝酸盐全部分解成密集的二氧化氮气体， 通过测定二氧化氮的吸光度确定亚硝酸盐的含量，该法已被采纳为我国环境监测的统一方法。
　　3.3 硝酸盐
　　硝酸盐可通过多种反应体系转化为挥发性物质实现气相分子吸收光谱法测定。利用硝酸盐与硫酸钛在室温下反应， 将硝酸盐转化为氨气， 通过氨气的气相分子吸收光谱法检测间接计算出样品的硝酸盐含量。臧平安等用硝酸盐在盐酸或浓硫酸条件下下被三氯化钛还原分解迅速定量生成一氧化氮气体的性质， 建立了硝酸盐的气相分子吸收光谱法， 该方法已纳为环境监测的行业标准。
　　3.4 氨氮
　　将被测水样加入稀HCl、乙醇催化剂及氧化剂，通过化学反应生成NO2 气体，利用气液分离装置将反应气体转入气相载入吸光管，使用NH3- N 或亚硝酸盐氮标准溶液制作一条NH3- N 除亚氮法曲线，通过软件控制，还可同步测定出被测水样的亚硝酸盐氮和NH3- N含量。
　　4  气相分子吸收光谱的未来发展方向
　　气相分子吸收光谱法自诞生至今已有虽已有40多年的历史，但其在常规监测领域的应用有限， 但还没有得到有效推广。现阶段，推广的难点是仪器所做项目有限，检出限较高，某些项目的反应速率较慢。针对以上问题，气相分子吸收光谱法在以下几个方面仍有改进的余地，应加强如下的研究：
　　（1）建立多通道分析技术，进一步简化操作过程，加强联用技术。
　　（2）建立新的反应体系， 开发新测定项目，拓展气相分子吸收光谱法的应用范围。
　　（3）加强预富集技术，提高富集效率和抗干扰能力，进一步提高方法的灵敏度，降低检出限。
　　参考文献
　　[1] CRESSER M.S， ISAACSON P.J . The analytical potential of gas-phase molecular absorption spectrometry for the determination of anions in solution[J]. Talanta，1976 （23）：885-888.
　　[2] 环境保护部科技标准司.水质硝酸盐氮的测定：GB 7480-1987 酚二磺酸分光光度[S].北京：中国环境科学出版社，1987.
　　[3] 环境保护部科技标准司.水质硝酸盐氮的测定：HJ /T 346 - 2007 紫外分光光度法.[S].北京：中国环境科学出版社，2007.
　　[4] 张寒琦，赵丽巍，袁湘林，等.二氧化硫的气态分子吸收法测定[J].吉林大学：自然科学学报，1996，3（8）：79-82.
　　[5] 王联社，周鹏，郑迪英，等.气态-紫外分光度法则定水和废水中硫化物[J].分析化学，1993，21（4）：425-427.
　　[6] 国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会水和废水监测分析方法[M].4版.北京：中国环境科学出版社， 2006.
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