發布時間：2021-09-26所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：氣相分析吸收光譜法是基于朗伯-比爾定律，通過將被測組分分解成相應氣體分子而載入測量系統，測定其對特征光譜的吸收及吸光強度來進行定性定量分析的方法。目前在水質無機檢測中應用較廣。本文對近年來國內氣相分子吸收光譜法在該領域的應用進行了研究
摘要：氣相分析吸收光譜法是基于朗伯-比爾定律，通過將被測組分分解成相應氣體分子而載入測量系統，測定其對特征光譜的吸收及吸光強度來進行定性定量分析的方法。目前在水質無機檢測中應用較廣。本文對近年來國內氣相分子吸收光譜法在該領域的應用進行了研究，并對以后的發展提供了方向。
關鍵詞：氣相分析吸收光譜法;水質;無機污染物
0引言
氣相分子吸收光譜法(Gas-PhaseMolecularAbsorptionSpectrometry，簡稱GPMAS)于1976年由Cresser等人首次提出。GPMAS的理論基礎是朗伯-比爾定律，是一種根據被測組分分解成相應氣體分子的吸收波長不同進行定性分析，根據其對光的吸收強度與其濃度成正比，遵循朗伯-比爾定律來進行定量分析的監測方法。
GPMAS與傳統分光光度法相比，具有測定速度快、濃度范圍寬、結果準確度高等優點。測定的主要過程是將通過特定化學反應使液/固相中的被測組分轉入氣相，這一分離過程簡便快速，屬于常規的干擾分離，也不需要考慮樣品顏色和濁度的干擾，大大提高了氣相分子吸收光譜的實用性。
早期的GPMAS檢測器為原子吸收光譜儀，儀器靈敏度不高、成本高，GPMAS應用受限。20世紀80年代后期，隨著儀器技術的發展，使用紫外-可見分光光度計作為主要的檢測工具，降低了成本，推動了GPMAS在國內的發展。目前，隨著商品化氣相分子吸收光譜儀的研發和使用，可實現對亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、氨氮、總氮、凱氏氮、硫化物、鹵化物、氰化物、高錳酸鹽指數以及汞等的測定。2005年通過的HJT197—2005(水質氨氮、凱氏氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、總氮、硫化物的測定氣相分子吸收光譜法)已經將氣相分子吸收光譜法測定水中含氮化合物以及硫化物等水質指標確定為環境監測標準分析方法。
1GPMAS在水質無機檢測中的應用
(1)亞硝酸鹽。在0.15~0.3mol/L檸檬酸介質中，使用無水乙醇為催化劑，將樣品中的亞硝酸鹽氮轉化成二氧化氮氣體，并用空氣將其載入儀器的吸光管中，測定該氣體對213.9nm波長(鋅空心陰極燈)光的吸光強度，通過校準曲線計算樣品中的亞硝酸鹽含量。方法檢出限為0.0005mg/L，適用于各種環境水質。該方法不需要接觸高毒的N-(1-萘基)乙二胺二鹽酸鹽試劑，符合環境監測發展的趨勢。
(2)硝酸鹽。在2.5mol/L鹽酸介質中，于(70±2)℃條件下，使用三氯化鈦將硝酸鹽氮還原成一氧化氮氣體，并用空氣將其載入儀器的吸光管中，測定該氣體對214.4nm波長(鎘空心陰極燈)光的吸光強度，通過校準曲線計算樣品中的硝酸鹽含量。方法最低檢出限為0.005mg/L，適用于各種環境水質。吳卓智等人對氧化體系進行了改進，使用濃硫酸作為測定介質，借助濃硫酸放熱反應，使室溫下的水樣升溫至57~69℃，避免了水浴加熱的繁瑣操作，結果表明改進方法更加便捷可靠。
(3)氨氮。在2%~3%酸性介質中，先加入無水乙醇煮沸樣品，以除去亞硝酸鹽等干擾，再通過與次溴酸鈉反應將氨及銨鹽氧成亞硝酸鹽，實現水樣中氨氮的測定。常淼等人使用鹽酸代替檸檬酸，對實驗過程進行優化，能夠同時測定水中亞硝酸鹽氮和氨氮，并且同一樣品的測定結果無相互干擾，提高了分析效率，節約了成本。吳卓智等人的研究采用小體積的塑料管中氧化代替了鋼鐵量瓶和玻璃容器作為反應容器，避免了操作不便和玻璃容器中雜質的干擾，方法的檢出限達到0.006mg/L，更適用于清潔水樣中氨氮的測定。周珂等人建立了鹽酸乙醇溶液預處理-高溫氧化-氣相分子吸收法測定水中氨氮的體系，改進的方法不受環境溫度的影響，分析速度由30min縮短到2min，檢測靈敏度提高了60%。
(4)總氮。在120~124℃的堿性介質中，用過硫酸鉀將樣品中的氨、銨鹽和亞硝酸鹽氮以及大部分的有機氮化合物氧化成等量的硝酸鹽氮，實現水樣中總氮的測定。該方法的檢出限為0.05mg/L。適用于地表水、水庫、湖泊、江河水中總氮的測定。路杰等人采用熱復合-紫外光催化氧化在線消解GPMAS分析測定水中總氮，能夠在較低溫度和常壓條件下對水質總氮快速、安全地自動化批量分析，方法的相對標準偏差小于5%，為水質總氮在線監測提供了新思路。
(5)凱氏氮。在硫酸介質中加熱消解，將游離氨和銨鹽以及有機物態的胺轉變為硫酸銨鹽。消解時，加入適量硫酸鉀以提高沸騰溫度，增加消解速率，并加入硫酸銅或硫酸汞為催化劑，以縮短消解時間。消解液調節至中性后，使次溴酸鈉將銨鹽氧化成亞硝酸鹽，實現水樣中凱氏氮的測定。該方法的檢出限為0.020mg/L。適用于地表水、水庫、湖泊、江河水中凱氏氮的測定。
(6)鹵化物。鹵化物的性質相似，因此使用氣相分子吸收光譜法測定氯化物、溴化物和碘化物就是用氧化劑將其轉化成對應的鹵素單質，再通過測定鹵素氣體分子在相應波長的吸光強度計算得到相應的鹵素的含量。常用的氧化體系為H2SO4+S2O82-+Ag、H2SO4+KMnO4、H2SO4+V2O5等均取得了理想的檢測結果。
(7)硫化物。在5%~10%的磷酸介質中，水樣中的硫化物瞬間轉變成硫化氫氣體，用空氣將該氣體載入儀器的吸光管中，測定其對202.6nm波長(鋅空心陰極燈)光的吸光強度，通過校準曲線計算樣品中的硫化物含量。如果水樣中干擾離子較多，可以通過快速沉淀分離、酸化吹氣的雙重去干擾手段進行測定。該方法的檢出限為0.005mg/L，適用于各種環境水質中硫化物的測定。
(8)高錳酸鹽指數。水樣在硫酸介質中加熱消解后，加入過量的還原劑亞硝酸鈉還原剩余的高錳酸鹽，然后按照亞硝酸鹽氮的GPMAS測定水樣中高錳酸鹽的含量。趙建平等人使用該方法的檢測范圍為0~9mg/L，檢出限為0.29mg/L，避免了由于滴定終點的顏色判斷不準造成的結果偏差。
(9)汞。在2~6mol/L的鹽酸介質中，使用六價鉻氧化水樣中的有機汞，使無機和有機汞均轉化成穩定的氯化汞氫絡合物(HgHCl3)，再加入硼氫化鈉將其還原成單質汞，測定其在253.7nm波長下的吸光強度，以校準曲線法計算汞含量。陸磊等人使用該方法測得汞檢出限為0.002ng，測定無需加熱消解，耗時短，方法靈敏度高，穩定性好，不失為一種好的分析手段。
2GPMAS的發展方向
近年來商品化的GPMAS分析儀在進樣系統、光源及分光系統的改進也日趨完善，蠕動泵進樣和自動進樣器的配備降低了實驗強度，避免了人為干擾，提高了方法的準確度和精密度。用發射連續光源的氘燈代替只能發射銳線光源的空氣陰極燈，避免了切換光源的麻煩，也為用戶后期拓展測量其他目標元素提供了可能性。
現階段為了使GPMAS更好地服務于分析者，可以從以下幾個方面考慮：(1)針對不同分析項目增加樣品前處理模塊，提高現有反應體系效率，增強反應體系抗干擾能力，提高樣品分析效率，降低檢出限。(2)開發新的反應體系，拓寬方法的應用范圍，實現常規檢測項目的氣相分子吸收光譜法應用。(3)建立多通道多物質同時檢測技術，避免多級化學反應分離造成的實驗操作繁瑣，降低分析成本，簡化實驗操作過程。(4)加強聯用技術在氣相分子吸收光譜方面的應用。目前，國外已開發商品化的氣相色譜-氣相分子吸收光譜儀，實現對環境介質中芳香族有機污染物的分析檢測，但在國內卻鮮有報道。拓展氣相分子吸收光譜法在有機物檢測方面的應用，能夠更好地為環境監管提供技術支撐。
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3結語
隨著各地重點流域水生態環境保護“十四五”規劃的實施，水質檢測任務艱巨，GPMAS作為一種低毒、低污染的便捷分析方法，在水質污染物檢測分析方面具有突出優勢，各基層單位可以根據自身條件，選擇合適的儀器設備，提高水質無機檢測項目的分析效率，為推進美麗河湖保護與建設提供有力的數據支持。——論文作者：周藝蓉
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