葉林安，章紫寧，朱志清，江志法，辛士河，孔定江，陳君良

(1.國家海洋局寧波海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，浙江　寧波　315040；2.海洋赤潮災害立體監(jiān)測技術與應用國家海洋局重點實驗室，上海　200090)

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采用流動注射分析法測定海水中的五項營養(yǎng)鹽

葉林安1,2，章紫寧1，朱志清1，江志法1，辛士河1，孔定江1，陳君良1

(1.國家海洋局寧波海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，浙江寧波315040；2.海洋赤潮災害立體監(jiān)測技術與應用國家海洋局重點實驗室，上海200090)

應用QUAATRO型三通道流動注射分析儀對海水中磷酸鹽、無機氮和硅酸鹽進行測定。磷酸鹽、亞硝酸鹽、硝酸鹽、氨鹽、硅酸鹽5項指標的檢出限分別為1.2，0.2，1.6，4.0，3.6 μg/L。測定的實際海水樣品加標回收率均在96%以上，相對標準偏差在5%以內(nèi)，符合實驗室質(zhì)量控制的要求。與國標法相比的實驗結(jié)果表明，流動注射法不僅與傳統(tǒng)的分光光度法無顯著差異，且具有準確度高、精密度高、分析效率高等優(yōu)點，可以快速分析大批量水樣，解決傳統(tǒng)方法日益顯現(xiàn)的弊端。此外，還采集了東海區(qū)某海域不同站點、不同層次的樣品，分別用流動注射分析法和經(jīng)典方法進行測定分析。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果充分說明，采用流動注射分析法測定海水中5項營養(yǎng)鹽能保證營養(yǎng)鹽分析數(shù)據(jù)的準確性和真實性。

流動注射；無機氮；磷酸鹽；硅酸鹽

1　問題的提出

海水中的營養(yǎng)鹽是海洋植物生長所必需的物質(zhì)，對海洋生態(tài)系統(tǒng)具有重要影響。近年來，由于生活污水、工業(yè)排廢及海上養(yǎng)殖等原因?qū)е潞Ｋ粻I養(yǎng)化狀況日趨嚴重，營養(yǎng)鹽類又成為近岸海域的主要污染物質(zhì)，因此營養(yǎng)鹽成為海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的重要指標[1]。

目前我國對海水中營養(yǎng)鹽的監(jiān)測主要是采用傳統(tǒng)的采樣和半自動可見分光光度法分析(以下稱國標法)，GB 17378—2007《海洋監(jiān)測規(guī)范》和GB/T 12763—2007《海洋調(diào)查規(guī)范》都規(guī)定了測量硝酸鹽、亞硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽和氨氮的標準分析方法。經(jīng)過30多年的使用，傳統(tǒng)方法的弊端日益顯現(xiàn)：需要的人力多，工作強度較大；測試時間長，從取樣到分析結(jié)束需要幾十分鐘到1 h；外業(yè)準備物品量大，除儀器設備外，還需要大量實驗室常用設備、玻璃器皿、試劑和溶液等，缺一不可；操作步驟繁瑣，樣品與環(huán)境接觸多，容易受到干擾和沾污，操作要求很高等。為提高工作效率和監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性，營養(yǎng)鹽自動分析儀應運而生。

流動注射分析法(以下簡稱 “儀器法”)經(jīng)過了30多年來的發(fā)展，目前國內(nèi)外已經(jīng)普遍使用儀器分析取代傳統(tǒng)手工分析，實現(xiàn)了自動化在線檢測。儀器法具有分析所需水樣量少，分析速度快，可避免人工操作帶來的不確定因素等優(yōu)點，從而提高樣品的分析效率和準確度。近年來，已經(jīng)有不少學者運用此方法進行無機氮、無機磷的測定[2-6]。本文采用流動注射分析法測定了海水中5項營養(yǎng)鹽的檢出限、準確度、精密度，并與國標法進行對照，對流動注射分析儀(QUAATRO型)分析測定方法進行了探討。

2　實　驗

2.1儀器

QUAATRO型流動注射分析儀(德國SEAL公司生產(chǎn))包括自動進樣器、三通道蠕動泵、反應模塊(無機氮、無機磷、硅)、檢測器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等。

2.2工作原理

把一定體積的液體試樣經(jīng)過蠕動泵驅(qū)動，間歇地注入到一個密閉的、運動著的由適當液體 (反應試劑或水) 組成的連續(xù)載流中，被注入的試樣溶液流入反應模塊，與載流中的試劑混合、反應，再進入到流通的檢測器，定量測定樣品中被測物質(zhì)的含量。

2.3實驗試劑

硝酸鹽(NO3-N)、亞硝酸鹽(NO2-N)、氨氮(NH4-N)、磷酸鹽(PO4-P)、硅酸鹽(SiO3-Si)混合標準物質(zhì)(大連國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心標準)，無氨水，無氨人工海水。分析所用試劑，按儀器給出的方法進行配制。

2.4標準系列配制

QUAATRO型流動注射分析儀具有三通道同時測定的功能，在測定磷酸鹽、亞硝酸鹽和硝酸鹽時配制成混合標準儲備液，然后再稀釋成標準系列進行標準曲線的擬合。硅酸鹽標準直接采用國家海洋局第二研究所配制標準。5項營養(yǎng)鹽標準曲線濃度系列見表1。

3　實驗結(jié)果與討論

3.1方法線性

在上述條件下,用無氨人工海水對混合標準溶液定容，校準曲線的擬合采用一次線性方程，以峰高為響應值，以濃度對峰高進行回歸，得到標準曲線測定結(jié)果的線性關系。擬合后的標準曲線見圖1。

圖1　5項營養(yǎng)鹽擬合后的標準曲線圖

標準曲線測定結(jié)果表明，采用流動注射分析法進行5項營養(yǎng)鹽測定時，在給定的濃度范圍內(nèi)具有很好的線性關系，相關系數(shù)均達到0.999 0以上，符合GB 17378—2007《海洋監(jiān)測規(guī)范》第2部分(數(shù)據(jù)處理與分析質(zhì)量控制)，當標準濃度點為4～6個時，相關系數(shù)不應小于0.980 0，通常應達到0.990 0以上的要求，可以用于5項營養(yǎng)鹽的分析測定。

3.2方法檢出限

方法檢出限是指某一特定分析方法在給定的可靠程度內(nèi)，可以從樣品中檢測出的待測物質(zhì)的最小濃度或最小量。根據(jù)美國環(huán)境保護所(EPA)相關標準，在置信水平為99%時，重復測定濃度與方法檢出限接近的水樣n次，計算出標準偏差SD。

檢出限(MDL)計算公式如下：

MDL=SD×t(n-1，0.99)

(1)

將標準系列第1個濃度連續(xù)測定7次，查t值表知，t(6，0.99)=3.143，按上式計算方法檢出限(見表2)。

表2　方法檢出限的測定表

根據(jù)表2的測定結(jié)果，分別得出磷酸鹽檢出限為1.2 μg/L；亞硝酸鹽檢出限為0.2 μg/L；硝酸鹽檢出限為1.6 μg/L；氨鹽檢出限為4.0 μg/L；硅酸鹽檢出限為3.6 μg/L。儀器各測項的方法檢出限同國標法相比均較低，因此該儀器對于低濃度樣品的分析比國標法精度更高，測定結(jié)果更準確。

3.3精密度與準確度

3.3.1精密度實驗

精密度是指在同一試驗條件下用同一方法對同一試樣重復多次測定所得測定值的離散程度，一般用相對標準偏差(RSD)來表示。精密度的計算如下：

(2)

分別平行測定不同濃度的標準樣品7次，計算標準偏差和相對標準偏差(見表3)。

表3　不同濃度標液的標準偏差和相對標準偏差表

由表3可知，測定的相對標準偏差均小于5.00%，均符合GB 17378—2007《海洋監(jiān)測規(guī)范》的要求，表明了該方法可以獲得較好的精密度。

3.3.2準確度實驗

準確度是反映分析方法或測量系統(tǒng)存在的系統(tǒng)誤差和隨機誤差的綜合指標，并決定其分析結(jié)果的可靠性。實驗對3種不同濃度的海水過濾后直接進樣分析，平行測定7次，同時對海水樣品進行加標，檢驗方法回收率，實驗結(jié)果見表4。

表4　加標回收率實驗結(jié)果表(n=7)

由實驗測定結(jié)果可知，該方法的回收率在96.7%～108.0%，滿足并符合實驗室質(zhì)量控制的要求，可以用于痕量化學分析。

3.4方法比對實驗

3.4.1實驗結(jié)果

選取某海域,在同一海域采集3個樣品，用國標法和儀器法分別進行平行樣比對測定實驗，結(jié)果見表5。

表5　2種方法的平行樣測定結(jié)果表

由表5可知，2種方法平行樣比對測定的相對偏差在0.2%～3.8%(數(shù)量級為10-6時的相對偏差容許限為5.0%)[8]，分析結(jié)果較滿意。

3.4.2測定結(jié)果的顯著性檢驗

對于采用2種完全不同的方法所得到的實驗結(jié)果，通過顯著性差異檢驗，來確定2組數(shù)據(jù)之間是否存在系統(tǒng)誤差。在以上對比實驗的基礎上，用t-檢驗計算方法對2種方法測定結(jié)果的顯著性進行檢驗:樣本數(shù)n=8，自由度f=n-1=7；t=1.346，由t值表查得t(0.05，7)=2.365，t

3.5東海區(qū)某海域的樣品檢測及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

為進一步驗證儀器法測定海水中5項營養(yǎng)鹽的可行性和準確性。采集了東海區(qū)某海域不同站點，不同層次的100個樣品。用國標法和儀器法分別進行分析測定，結(jié)果見表6、圖2。

表6　東海區(qū)某海域的樣品測定結(jié)果表　mg/L

續(xù)表6

(a)磷酸鹽儀器法與國際法對比圖

(b)亞硝酸鹽儀器法與國際法對比圖

(c)硝酸鹽儀器法與手工法對比圖

(d)銨鹽儀器法與國際法對比圖

(e)硅酸鹽儀器法與國際法對比圖圖2　營養(yǎng)鹽儀器法與國標法對比圖

根據(jù)表6和圖2可以明顯發(fā)現(xiàn)，國標法與儀器法測得的磷酸鹽、亞硝酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、硅酸鹽數(shù)值均幾乎一致，數(shù)據(jù)之間一致性程度較高，吻合程度較好。儀器法與國標法測得的數(shù)值相對偏差均在10.0%以內(nèi)，參考GB 17378—2007《海洋監(jiān)測規(guī)范》中的數(shù)據(jù)處理與分析質(zhì)量控制要求[7]，本批次樣品分析測得的數(shù)據(jù)較為理想，可以充分說明，采用流動注射分析法測定海水中5項營養(yǎng)鹽能保證營養(yǎng)鹽分析數(shù)據(jù)的準確性和真實性。

4　結(jié)　語

采用流動注射分析法擬合的各項營養(yǎng)鹽的標準曲線相關系數(shù)達到0.999以上，線性關系達到各要素的檢測要求；無機氮、磷酸鹽和硅酸鹽的相對標準偏差為0.71%～3.81%；加標回收率為96.7%～108.0%；與用國標法平行樣測定比的相對偏差為0.20%～3.80%；精密度、準確度、檢出限等均能夠滿足業(yè)務化5項營養(yǎng)鹽樣品的分析測定。

研究還采集了東海區(qū)某海域不同站點，不同層次的樣品，用國標法和流動注射分析法分別進行測定分析。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果，可以充分說明采用流動注射分析法測定海水中5項營養(yǎng)鹽能保證營養(yǎng)鹽分析數(shù)據(jù)的準確性和真實性。此外，采用流動注射分析法測定5項營養(yǎng)鹽不僅能自動化在線檢測，且具有分析所需水樣量少、分析速度快、避免人工操作帶來的不確定因素影響等優(yōu)點。

[1]周名江,朱明遠.“我國近海有害赤潮發(fā)生的生態(tài)學、海洋學機制及預測防治”研究進展[J].地球科學進展,2006,21(7):673-679.

[2]張汪霞,張新申,繆培凱,等.流動注射測定水中氨氮條件的優(yōu)化[J].皮革科學與工程，2006,16(3):29-31.

[3]葉樹才,徐迅宇.氨氮分析儀與連續(xù)流動分析儀對測定水中氨氮的比較[J].環(huán)境監(jiān)測管理與技術,2006,18(3):44-44.

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[5]馬琳,張秀妍.流動注射法測定海水中的無機氮和磷酸鹽[J].現(xiàn)代科學儀器,2013,8(4):206-208.

[6]蔣和梅,楊東靜,陳姝娟,等.流動注射法在線同時測定水中硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮[J].皮革科學與工程,2010,22(5):73-76.

[7]徐恒振,馬永安,于濤,等.GB 17378—2007海洋監(jiān)測規(guī)范[S].北京：中國海洋出版社，2007.

(責任編輯張書花)

Using Flow Injection Analysis for Measuring Five Nutrients in Seawater

YE Lin-an1,2，ZHANG Zi-ning1，ZHU Zhi-qing1，JIANG Zhi-fa1, XIN Shi-he1，KONG Ding-jiang1，CHEN Jun-liang1

(1.Ningbo Marine Environmental Monitoring Center of State Oceanic Administration,Ningbo 315040,Zhejiang,China; 2.Key Laboratory of Integrated Monitoring and Applied Technology for Marine Harmful Algal Blooms,S.O.A.(MATHAB),Shanghai 200090,China)

The study measured the phosphate,inorganic nitrogen and silicate in seawater by using QUAATRO type three-channel flow injection analyzer.The five index detection limit of phosphate,nitrite,nitrate,ammonium salts and silicate were 1.2，0.2，1.6，4.0，3.6 μg/L respectively.The spiked recoveries of actual measured seawater samples were more than 96%,and the relative standard deviation was within 5%,in accordance with the requirements of laboratory quality control.Compared with national standard method,the experimental results show that flow injection method has no significant difference compared with traditional spectrophotometry method,and it has the advantages of high accuracy,high precision and high analysis efficiency.It can quickly analyze large quantities of water samples and solve the increasingly apparent problems of the traditional method.In addition,the study collected samples at different sites,different levels in an area of East China Sea,measuring and analyzing by using flow injection analysis method and classical method respectively.The statistical analysis results fully explained that using flow injection analysis method for determining five nutrients in seawater can guarantee the accuracy and authenticity of analyzed data.

flow injection;inorganic nitrogen;phosphate;silicate

2015-10-21

寧波市海洋與漁業(yè)專項資金項目 (甬海辦[2015]16號)。

葉林安(1990-)，男，助理工程師，大學本科，主要從事海洋環(huán)境監(jiān)測工作。E-mail：Yelinan@163.com

P734

A

1008-701X(2016)03-0004-06

10.13641/j.cnki.33-1162/tv.2016.03.002