氨氮、總磷是水質(zhì)質(zhì)量的兩項重要指標，隨著水污染事件的時有發(fā)生，水體富營養(yǎng)化問題備受重視。氨氮指以游離氨或銨離子形態(tài)存在的氮，總磷指元素磷、正磷酸鹽或以縮合磷酸鹽等形式存在的磷的總和。氮、磷是生物營養(yǎng)元素，若其含量超標，將會造成水體富營養(yǎng)化，直接危害水生生物，間接影響人類身體健康。所以，對水體中氨氮和總磷含量的分析監(jiān)測及管控勢在必行。

國家頒布的水質(zhì)質(zhì)量標準（地表水、地下水、海水、飲用水和污水）均規(guī)定了氨氮和總磷含量的限值。水中氨氮常用的測定方法有納式試劑分光光度法、水楊酸分光光度法、蒸餾 – 中和滴定法、連續(xù)流動 – 水楊酸分光光度法、流動注射 – 水楊酸分光光度法?？偭椎臏y定方法有鉬酸銨分光光度法、連續(xù)流動 – 水楊酸分光光度法、流動注射 – 水楊酸分光光度法。

國家標準規(guī)定的檢驗方法大部分是傳統(tǒng)的濕化學(xué)分析法（即手工分析），分析速度慢，工作強度大，耗時長，試劑對操作人員身體危害大。隨著儀器自動化技術(shù)的發(fā)展，連續(xù)流動法和流動注射法已成功用于水質(zhì)的測定，上述兩種方法可完全替代手工分析，可以批量測試樣品，且分析速度快，樣品和試劑消耗量少，操作簡便，具有較高的靈敏度和低的檢出限。流動注射分析法受其技術(shù)原理的局限性，反應(yīng)管路細，不適于污水的檢測；而連續(xù)流動分析法克服了流動注射法的弊端，尤其對于需要充分消解的測試項目（總磷），連續(xù)流動分析法更加適用。相關(guān)文獻報道多采用進口連續(xù)流動分析儀，測定對象是飲用水、地表水等干凈水質(zhì)，極少有污水檢測及雙參數(shù)同時測定。進口連續(xù)流動分析儀采用硅光二極管和濾光片結(jié)合的檢測方式，濾光片光學(xué)分辨率低，維護程序繁瑣，且儀器普遍價格高，供貨周期長，維護成本高。筆者采用連續(xù)流動分析法同時測定污水處理廠污水中氨氮、總磷的含量，通過對樣品稀釋不同的倍數(shù)，考察稀釋對污水檢測的影響；該法采用 CCD 全譜直讀檢測方式，測試時無需更換濾光片，靈敏度高，穩(wěn)定性好，無光譜干擾，且支持氨氮和總磷同時檢測，測量精密度、準確度滿足行業(yè)要求，適用于污水中氨氮和總磷的分析檢測。

1　方法原理

1.1　連續(xù)流動分析儀工作原理

連續(xù)流動分析儀利用蠕動泵將空氣、試樣和試劑分別吸引到密閉的化學(xué)反應(yīng)流路中，樣品與試劑按照特定的順序和比例混合，通過消解、加熱、透析等處理，待物理和化學(xué)反應(yīng)均平衡后進入流動檢測池進行分光光度檢測，根據(jù)朗伯 – 比耳定律計算得到樣品中待測物的含量。

1.2　化學(xué)反應(yīng)原理

氨氮：樣品與緩沖溶液混合后流經(jīng)透析膜，在亞硝基鐵氰化鈉存在下，銨與水楊酸鹽和次氯酸離子反應(yīng)生成藍色化合物，測定該化合物在 660 nm 波長下的吸光度，根據(jù)朗伯 – 比耳定律計算得到待測物含量。

總磷：樣品經(jīng)酸性過硫酸鉀處理和紫外照射后，經(jīng)過透析膜，在酸性條件下，正磷酸鹽與鉬酸銨、酒石酸銻氧鉀反應(yīng)，生成磷鉬雜多酸，被還原劑抗壞血酸還原，變成藍色絡(luò)合物磷鉬藍。測定該化合物在 880 nm 波長下的吸光度，根據(jù)朗伯 – 比耳定律計算得到待測物含量。

2　實驗部分

2.1　主要儀器與試劑

全自動氨氮、總磷連續(xù)流動分析儀：HGCF–100型；

超純水機：UPW–20N 型；

水中氨氮溶液標準物質(zhì)、磷成分分析溶液標準物質(zhì)：編號分別為GBW(E) 080220，GBW(E)080431，質(zhì)量濃度均為 500 mg／L，規(guī)格均為 20 mL／瓶；

氨氮標準使用液：100 mg／L，移取水中氨氮溶液標準物質(zhì) 20 mL 于 100 mL 容量瓶中；

總磷標準使用液：50 mg／L，移取磷成分分析溶液標準物質(zhì) 10 mL 于 100 mL 容量瓶中，用去離子水定容至 100 mL ；

檸檬酸鈉緩沖溶液：稱取 40 g 檸檬酸鈉，用去離子水溶解、稀釋并定容至 1 L，貯存于棕色塑料瓶中，在 4℃下保存；

十二烷基聚乙二醇醚（Brij35）溶液：稱取 30 gBrij35，用去離子水溶解、稀釋并定容至 1 L ；

水楊酸鈉–亞硝基鐵氰化鈉–檸檬酸鈉–Brij35混合溶液：分別稱取 17 g 水楊酸鈉、0.2 g 二水亞硝基鐵氰化鈉、20 g 檸檬酸鈉，混合后用去離子水溶解、稀釋并定容至 500 mL，加入 0.5 mL Brij35 溶液，貯于棕色瓶中，在 4℃下可穩(wěn)定 1 個月；

二氯異氰脲酸鈉 – 氫氧化鈉混合溶液：分別稱取 0.4 g 二氯異氰脲酸鈉、5 g 氫氧化鈉，混合后用去離子水溶解、稀釋并定容至 500 mL，貯存于棕色瓶中，在 4℃下可穩(wěn)定 1 個月；

過硫酸鉀–硫酸混合溶液：稱取10 g過硫酸鉀，加入 85 mL 硫酸溶解，用去離子水稀釋并定容至 1L，避光儲存，可穩(wěn)定 1 個月；

鉬酸銨 - 酒石酸銻鉀 - 硫酸混合溶液：稱取 5 g鉬酸銨、0.1 g 酒石酸銻氧鉀，加入 15 mL 硫酸溶解，用去離子水稀釋并定容至 500 mL，貯存于棕色具塞玻璃瓶中，于 4℃下保存，可穩(wěn)定 7 天；

抗壞血酸溶液：稱取 9 g 抗壞血酸，用去離子水溶解并定容至 500 mL，貯存于棕色具塞玻璃瓶中，于 4℃下保存，可穩(wěn)定 7 天；

單（雙）十二烷基硫酸鹽二苯氧鈉（FFD 6 ）溶液：

量取 1 mL FFD 6 潤滑劑，用去離子水溶解、稀釋并定容至 1 L ；

氫氧化鈉溶液：稱取 80 g 氫氧化鈉，用去離子水溶解、稀釋并定容至 500 mL，加入 0.5 mL FFD 6溶液；

硫酸溶液：量取 80 mL 硫酸，用去離子水稀釋并定容至 500 mL，加入 0.5 mL FFD 6 溶液；

實驗用水為去離子水或同等純度的水。

2.2　溶液配制

系列氨氮標準工作溶液：分別移取 100 mg／L的氨氮標準使用液 0.1，0.3，0.5，1，3，5，8 mL 于 7 只100 mL 容量瓶中，用去離子水定容，搖勻，備用，對應(yīng)質(zhì)量濃度分別為 0.10，0.30，0.50，1.00，3.00，5.00，8.00 mg／L。

系列總磷標準工作溶液：分別移取 0.2，1，2，4，6，8，10，12，16 mL 50 mg／L 的總磷標準使用液于9 只 100 mL 容量瓶中，用去離子水定容，搖勻，備用，對應(yīng)質(zhì)量濃度分別為 0.10，0.50，1.00，2.00，3.00，4.00，5.00，6.00，8.00 mg／L。

2.3　儀器工作條件

2.3.1　氨氮分析

蠕動泵泵速：12 r／min ；分析波長：660 nm ；加熱溫度：50℃；采樣時間：90 s ；清洗時間：140 s ；積分時間：500 ms ；定量方法：峰高法。

2.3.2　總磷分析

蠕動泵泵速：12 r／min ；分析波長：880 nm ；加熱溫度：97，37℃；采樣時間：90 s ；清洗時間：140 s ；積分時間：400 ms ；定量方法：峰高法。

2.4　實驗步驟

1 # ，2 # 較為澄清的污水樣品，無需任何處理，可直接上機測試；3 # ，4 # 污水樣品懸浮物、固體顆粒物較多，搖勻后取樣，并適當稀釋后上機測試。

按照 2.3.1 和 2.3.2 設(shè)定氨氮和總磷分析儀器條件和方法參數(shù)。

測試時，首先將所有試劑管和樣品管放入純水中，在進樣器樣品盤上放置好系列標準工作溶液和樣品。其次，啟動蠕動泵，依次打開光源、加熱、保溫、消解等功能，均達到設(shè)定值后觀察水基線。再次，水基線穩(wěn)定后（30 min 內(nèi)的吸光度值穩(wěn)定在 ±0.002以內(nèi)），將試劑管路放入對應(yīng)的試劑瓶中，觀察試劑基線。最后，試劑基線平穩(wěn)后（30 min 內(nèi)的吸光度值穩(wěn)定在 ±0.004 以內(nèi)），根據(jù)建立的文件序列，依次測定標準系列溶液和樣品。

測試完成后，工作軟件根據(jù)標準系列溶液的測定結(jié)果自動繪制工作曲線，并計算樣品中氨氮和總磷的含量。

3　結(jié)果與討論

3.1　泵速的選擇

保持加熱溫度、采樣時間、清洗時間和積分時間等主要儀器條件不變，分別試驗泵速為 10，12，14r／min 對 5 mg／L 氨氮溶液和 5 mg／L 總磷溶液吸光度（峰高）測定值的影響，結(jié)果表明：當泵速為 10r／min 或 12 r／min 時，氨氮和總磷的測定值基本相同，而泵速為 14 r／min 時，兩種成分的測定值均小于泵速 12 r／min 時的測定值，這是由于泵速過大會造成樣品和試劑的反應(yīng)不充分；而泵速過小則分析時間過長。綜合考慮，選擇最佳泵速為 12 r／min。

3.2　加熱溫度的選擇

氨氮測定：在泵速、采樣時間、清洗時間和積分時間等主要儀器條件不變的前提下，分別試驗了加熱溫度為 45，50，55℃對 5 mg／L 的氨氮溶液吸光度（峰高）測定值的影響，結(jié)果表明加熱溫度為 45℃時，測定值小于 50℃和 55℃時的測定值，而在后兩個溫度條件下，測定結(jié)果基本相同，從溫控儀運行壽命考慮，選擇加熱溫度為 50℃。

總磷測定：通過總磷化學(xué)反應(yīng)原理可知，首先需要把各種形態(tài)的磷轉(zhuǎn)化為正磷酸鹽，該過程需要加熱進行酸性水解。而正磷酸鹽被還原成最終產(chǎn)物磷鉬藍，需要加熱以加快顯色反應(yīng)，因此分析總磷時需要兩個加熱階段。環(huán)保部標準《水質(zhì)磷酸鹽和總磷的測定　連續(xù)流動 – 鉬酸銨分光光度法》（HJ 670–2013）推薦，兩處加熱溫度分別為 107℃和40℃，基于上述溫度，分別試驗了第一階段加熱溫度為 87，97，107℃，第二階段加熱溫度為 35，37，40℃對 5 mg／L 的總磷溶液測試結(jié)果的影響，結(jié)果表明：當?shù)谝浑A段加熱溫度為 97℃、第二階段加熱溫度為37℃時，5 mg／L 總磷溶液吸光度達到最大值，所以選擇兩個階段最佳加熱溫度分別為 97，37℃。

3.3　采樣時間和清洗時間的選擇

儀器通過測試樣品反應(yīng)產(chǎn)物的吸光度，再根據(jù)朗伯 – 比耳定律計算樣品的濃度。光程越長，吸光度越高，即儀器靈敏度越高。氨氮和總磷均采用 50mm 的流通池，當產(chǎn)物剛好充滿流通池時，儀器靈敏度達到最大，所以將產(chǎn)物剛好充滿流通池的時間作為最佳采樣時間。清洗時間的長短決定樣品峰的分離效果，清洗時間短，不能充分清洗樣品管，會造峰拖尾或峰重疊等現(xiàn)象，清洗時間過長則浪費清洗液，延長分析時間。綜合考慮，氨氮和總磷的最佳采樣時間和清洗時間分別為 90 s 和 140 s。

3.4　樣品譜圖

在 2.3 儀器工作條件下，系列氨氮標準工作溶液與系列總磷標準工作溶液的吸光度－時間關(guān)系譜圖如圖 1、圖 2 所示。

3.5　樣品稀釋倍數(shù)

選擇某污水處理廠的 4 個污水樣品（潔凈度不同），分別對樣品進行直接測定與稀釋后測定，氨氮和總磷測定結(jié)果分別見表 1 和表 2。由表 1 和表 2可知：潔凈度較高的 1 # ，2 # 樣品，對氨氮和總磷直接測定與稀釋 2 倍體積后測定，結(jié)果無顯著性差異；而對于較污濁的 3 # ，4 # 樣品，氨氮和總磷的直接測定結(jié)果偏低，稀釋不同的倍數(shù)后，測定結(jié)果趨于穩(wěn)定并接近真實值。另外，試驗發(fā)現(xiàn)如果樣品中顆粒不均勻，平行測試結(jié)果相差較大。該問題可通過搖勻樣品、勻質(zhì)化處理后進樣的方式解決。

3.6　線性方程與檢出限

按照 2.4 實驗步驟，依次測定系列氨氮、總磷標準工作溶液的吸光度，以標準工作溶液的質(zhì)量濃度（X，mg／L）為自變量、吸光度（峰高 Y）為因變量進行線性回歸，線性范圍、線性方程及相關(guān)系數(shù)見表3。由表 3 可知，氨氮和總磷的質(zhì)量濃度均在 0.1～8mg／L 范圍內(nèi)與吸光度線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)均為 0.999 97。

分別使用加標濃度 0.1，0.2 mg／L 的氨氮、總磷加標樣品溶液，各平行測定 10 次，根據(jù) USEPA法計算檢出限，氨氮、總磷的方法檢出限分別為0.012，0.009 mg／L，滿足國家環(huán)境標準關(guān)于連續(xù)流動法測定氨氮和總磷的要求。

3.7　精密度試驗

在 1 # 樣品中加入氨氮標準使用液，加標量為 0.3mg／L，在 2 # 樣品中加入總磷標準使用液，加標量為0.6 mg／L，分別進行 7 次重復(fù)測定，計算測定結(jié)果的相對標準偏差，作為本方法的精密度，試驗結(jié)果列于表 4。由表 4 可知，氨氮測定與總磷測定結(jié)果的相對標準偏差分別為 2.01%，0.84%（n=7），表明本法精密度較好，滿足水質(zhì)監(jiān)測實驗室質(zhì)量控制的要求。

3.8　樣品加標回收試驗

選擇 1 # 樣品進行氨氮加標回收試驗，選擇 2 #樣品進行總磷加標回收試驗，測定結(jié)果列于表 5。由表 5 可知，用連續(xù)流動法測定實際樣品中的氨氮和總磷，加標回收率為 93.4%～101.1%，滿足技術(shù)要求（85%～115%）。

3.9　驗證試驗

利用本方法對國家環(huán)境保護部標準樣品研究所研制的氨氮、總磷標準樣品（質(zhì)控樣）進行測定，結(jié)果見表 6。由表 6 可知，標準樣品的測定值均在標示值范圍內(nèi)，準確度高，可見用該方法具有較高的準確性。

4　結(jié)語

連續(xù)流動分析法測定污水中氨氮和總磷，線性良好，重復(fù)性好，檢出限低，準確度高，滿足實際樣品檢測要求。潔凈度較高的污水，直接測定與稀釋后測定，結(jié)果無顯著性差異；而潔凈度較低的的污水，懸浮物、固體顆粒物較多時，一般氮、磷元素含量越高，由于復(fù)雜基體的影響，直接測定會造成結(jié)果偏低，需要適當稀釋后測定。該法采用 CCD 全譜直讀檢測方式，測試時無需更換濾光片，靈敏度高，穩(wěn)定性好，無光譜干擾，減少了維護工作，且支持氨氮和總磷同時檢測，測試結(jié)果滿足行業(yè)要求。