基于顺序注射分析的海水亚硝酸盐快速检测方法研究

摘要 为实现海水亚硝酸盐的快速检测 ，使测量过程更适用于在线监测 ，对前期已有的顺序注射分析技 术进行了优化 ，结合自主研制的 Z 型高灵敏度液芯波导样品池和多适应环管器 ，基于分光光度检测方法 ，在 不完全显色反应的基础上 ，建立了一种海水亚硝酸盐快速全自动检测方法 。进样技术中高精度注射泵与多 通道选择阀配合 ，顺序吸入样品和试剂至储液盘管后 ，再反推至混合盘管 ，期间发生不完全显色反应 ，并最 终由注射泵将显色混合溶液缓推过 Z 型液芯波导样品池 ，同步流动检测溶液吸光度变化 ，结合朗伯比尔定 律最终获取待测亚硝酸盐溶液浓度 。为达到稳定且快速分析的目的 ，分析了测量方法中几个关键参数 ，如不 完全显色反应时间 、检测时流速和盐度对测量结果的影响 ，寻求最佳的技术及参数组合 。不完全显色反应研 究结果表明 ，在 １０ ～ ６０ s 显色时间范围内 ，吸光度检测结果的相对标准误差（RSD）均不超过 １.６４％ ，说明 １０ ～ ６０ s 的显色时间对本方法无影响 ，因此选择 １０s 作为快速检测方法的显色反应时间 。通过对不同流速情 况下样品检测结果的分析发现 ，流速过快会导致检测不稳定 ，过慢则不利于快速分析 ，选择吸光度测量较为 稳定的 １０ ，１１.６ ，１３ 和 １５ μL · s － １ 四个流速 ，对测量结果的稳定性和重复性进行分析 ，结果表明 ，上述四个 流速下的线性效果都很好 ，因此 ，选择最快的 １５ μL · s － １ 作为该方法的检测流速 。为验证该方法对盐度的敏 感性 ，以适应淡水和大范围海水为出发点 ，研究分析了 ０ ～ ３５ 盐度范围内 ，三种不同浓度（１５０ ，２５０ ，３５０ μg · L － １ ）亚硝酸盐溶液的吸光度变化情况 ，得到的 RSD 分别为 １.３９％ ，２.０３％ 和 １.２８％ ，证明盐度对本方 法的吸光度测量基本无影响 。对 ８０ ，１５０ 和 ２５０ μg · L － １ 亚硝酸盐标准溶液平行测定 １１ 次得到的 RSD 分别 为 ２.１３％ ，１. ０７％ 和 １.８３％ ，说明本方法精密度较好 。通过对空白样品进行 １０ 次平行样测量 ，计算得到本方法检出限为 ３７ μg · L － １ （约 ０.５ μmol · L － １ ） 。为验证本方法的可信度 ，利用该快速检测方法和《海洋调查 规范》标准测量方法对同一批次亚硝酸盐标准溶液制作标准曲线 ，二者的 R２ 均大于 ０.９９９ ，对同一浓度样品 两种方法得到的测量结果数据拟合线性回归方程为 y ＝ １.０４６ １ x － ０.００５ ７ ，R２ ＝ ０. ９９９ ６ ，说明两种检测方 法结果高度一致 ，更进一步验证了该研究快速测量方法的可行性和可靠性 。亚硝酸盐快速检测方法测样速 率高达 ５０ 样 · h － １ ，与传统的人工检测和流动注射分析方法相比 ，亚硝酸盐的测量耗时从十几分钟缩短到 １ min 左右 ，检测分析过程中样品和试剂消耗量极少 ，测量过程重复性好 ，整个测量过程全自动进行 ，操作更 为简单智能 ，避免了人工介入带来的误差 ，使得基于分光光度的营养盐要素在线及原位检测系统更加小巧 、 快速和低耗 ，更适用于现场在线及长时间序列监测 ，具有很广的应用范围和较好的应用前景 。

关键词亚硝酸盐;顺序注射分析;分光光度法﹔快速检测;不完全显色

引 言

海洋氮循环在海洋生物和化学研究中起着至关重要的作用［１-３］ 。亚硝酸盐作为氮循环中铵盐和硝酸盐的重要中间 物［３-４］ ，是衡量海水富营养化 、评价水质质量的重要指标之 一 ，对海洋氮循环和生态环境等问题的研究具有重要意 义［５］ ，因此亚硝酸盐的有效快速分析对近岸水质预警预告及海洋氮循环研究至关重要 。 传统的海水营养盐检测是基于《海洋调查规范》中的人工 操作方法［６］ 。该方法需要将海水贮存起来 ，然后在实验室进 行人工测定 ，样品易污染 、测量时间长 ，难以适用于长时间 序列预警监测及深远海氮循环研究 。

随着海洋环境监测技术 要求的提高 ，海水营养盐检测正逐步从实验室向现场在线全 自动化方向转移 。流动分析技术的出现和发展从根本上推动 了这一转移过程 ，从而实现样品预处理的自动化 、微型化 ， 极大地提高了整个分析过程的效率和可靠性 ，降低样品污染 风险和试剂消耗［７］ 。近些年来 ，一些科研人员利用流动注射 分析技术（flow injection analysis ，FIA）对海水营养盐的检测 进行了研究 。林坤宁等［８］ 基于自主研发的无阀连续流动分析系统建立了一种快速的海水硝酸盐检测方法 。 Feng 等［９］ 等 采用反向流动注射分析技术（reverse flow injection analysis ， rFIA）和分光光度法 ，用 １ m 的液芯波导（LWCC）作为样品 池 ，研发了海水硝酸盐和亚硝酸盐同步测量系统 。 Adornato 等［１０］ 利用 FIA 和 LWCC 研制了可测量寡营养海域痕量硝酸 盐及磷酸盐检测设备 ——— SEAS （spectrophotometric elemental analysis system） 。

Ellis ［１１］ 等采用 FIA 和分光光度法 ，对 海水 、河口和淡水水体中的硝酸盐进行了测量 。流动注射分 析技术基于蠕动泵和电磁阀 ，系统体积较大 、仪器结构及工 作控制过程复杂 、样品和试剂的物化混合均匀度和重复性 差 、试剂及样品消耗量大 。

在流动注射分析基础上发展起来的顺序注射分析 （sequential injection analysis ，SIA） ［１２］ 相比流动注射分析具有集 成度高 、流动管路少 、试剂消耗少及可控度高等优点 。目前 国外已有基于 SIA 的海水营养盐商业化仪器和分析系统 ，如Green Eyes 公司 EcoLAB II 和 NuLAB 多通道原位营养盐分 析仪以及 EnviroTech 公司的 NAS-３X 原位营养盐分析仪 ， 但国内对于此方面的研究较少 。

有研究以 SIA 和分光光度法 研制了海水硝酸盐／亚硝酸盐原位快速测量仪 ，在实现原位 测量的同时 ，测量时间缩短至 ４ min 。韩双来等［１３］ 针对环境 监测领域 ，研制了一种基于 SIA 的总氮在线分析仪 。此分析 仪检测单元简单 、生产成本低 、测量精度高 、试剂消耗和废 液产生量少 ，适合于环境监测等领域的长时间在线分析 。 本工作参考前期对顺序注射进样技术和海水营养盐检测 方法的研究［１４］ ，以提高仪器的集成度 ，提升营养盐检测速度 为最终目标 ，优化了顺序注射分析系统 ，以分光光度法为检 测手段 ，通过分析不完全显色反应时间 、流动检测速度和海 水盐度等参数对检测的影响 ，在确保数据可靠性的前提下将 检测时间控制到最短（７０ s） ，样品和试剂用量控制到最少（不 超过 １ mL） 。

利用本方法得到的亚硝酸盐检测精密度较高 ，不超过 ２.５％ 。 １ 实验部分 1.1 仪器与试剂 进样及检测系统采用的设备如下 ：Maya２０００pro 光谱仪 和 HL-２０００-LL 卤钨光源（美国 Ocean Optics 公司） ；PSD／４ 注射泵 、 MVP ８ 通道选择阀和 Y 型阀 （美国 Hamilton 公司） ；夹管阀（美国 BEION 公司） ；内径 ０.８mm PTFE 管路和 内径 １／１６ 英寸硅胶管（中国润泽流体） ；自主研发的 ３D 打印 环管器 ；自主研发的 Z 型液芯波导样品池（光程长 ６ cm） ；数 据采集和进样软件采用自主编写的自动进样及检测软件 。 研究所用试剂均来自广州化学试剂厂 ，均为分析纯 。实 验用水均为超纯水（电阻率 ＞ １８ M Ω · cm） 。

盐酸溶液 ：量取 １６６.６ mL 的 １２ mol · L － １ 浓盐酸稀释至 １ L 。磺胺溶液 ：２. ５ g 对氨基苯磺酰胺（NH２ SO２ C６ H４ NH２ ）溶于 １７５ mL 上述盐 酸溶液 ，稀释至 ２５０ mL 。盐萘溶液 ：０.２５ g １-奈替乙二胺二 盐酸盐［C１０ H７ NHCH２ CH２ NH２ （２HCl）］稀释至 ２５０ mL 。亚 硝酸盐标准贮备溶液 ：c（NO２ － ） ＝ １.０００ mg · mL － １ 。亚硝酸 盐标准使用溶液 ：c（NO２ － ） ＝ ０. ０１０ mg · mL － １ ，取 １ mL 上 述亚硝酸盐标准贮备溶液稀释至 １００ mL 。