如何测定样品中的总氮和总有机碳含量-美国OI新款1080TOC帮你搞定

  介 绍： 

总氮（TNb），包括溶解的氨、硝酸盐、亚硝酸盐、胺等有机含氮化合物。在工业废水，饮用水，农业径流和地表水的快速分析中，TNb方法可用来代替总凯氏定氮（TKN）分析法。

在TOC分析仪上将测定N和C的检测器进行串联，便可实现同时测定总氮和总有机碳的含量。在高温（720℃）催化燃烧条件下，含碳化合物氧化成CO2，含氮化合物氧化成为一氧化氮（NO）。载气将CO2和NO气体带入固态非色散红外（SS-NDIR）检测器检测TOC，再通过电化学检测器测量TNb。

本文介绍了利用串联检测器同时测量TNb和TOC的方法，采用标准物质和工业水样品分析氧化效率和含氮化合物NO的转化率。文章详细介绍了仪器操作条件、校准数据、分析结果和实验可重复性。

  仪器原理： 

TKN法是USEPA批准的测定样品中总氮含量的方法，主要测量有机氮和氨氮。EPA规定总氮包括TKN加上硝酸盐氮和亚硝酸盐氮。TKN方法需要加入浓硫酸和金属催化剂进行初步消解，再蒸馏和分析，或者使用连续流动分析仪进行分析。TKN方法效率较低，使用危险的试剂，并受硝酸盐氮的影响较大。

OI 1080 TOC分析仪配置TNb模块和1088自动进样器，能够减少硝酸盐氮的干扰，快速（五分钟内）的进行样品分析。

TNb模块采用NO电化学检测器分析含氮化合物（见图1）。

NO溶解在电化学溶液中的反应如下： 

NO + 2H2O→HNO3 + 3H+ + 3e- 

反应在工作电极上发生。硝酸发生如下的平衡反应： 

4HNO3↔4NO2 + O2 + 2H2O

在另一侧电极上，O2反应如下： 

O2 + 4H+ + 4e-→2H2O

样品中NO的浓度变化使得感应电极和对电极上产生电位差，用于计算样品中氮的质量和浓度。

图1 1080 TOC分析仪分析总氮原理图

  实 验： 

下面两个实验分别证明了TNb方法的可靠性和准确性。第一个实验单独分析TNb含量。该方法选择硝酸钾进行校准，利用OI 1080软件自动校准曲线。参数设置和校准数据见表1。

表1 总氮测定方法的校准参数及数据

第二个实验同时测定总有机碳和总氮含量。在这个实验中，采用总有机碳标准溶液邻苯二甲酸氢钾（KHP）和硝酸钾作为标准液，再次利用OI 1080软件自动校准曲线。

  结果与讨论： 

TNb分析

数据显示，校准曲线在浓度范围内具有良好的线性，线性系数R2为0.9958。校准浓度点进行回测，回收率在90 - 110%范围内。

本文中，由两家独立的供应商Ultra Scientific（编号QCI-745A和QCI-745B）和环境资源协会（ERA，编号739和741）分别提供简单体系和复杂体系的废水样品。简单的标准品含有氮氨和硝酸盐；复合的标准液用来比对TKN方法。通过在简单标准液中添加硝酸盐和氨氮，计算总氮含量值。

样品分成两份，在两台1080型仪器上进行分析。第二台仪器可指示不同实验室或者不同用户之间的偏差。在整个分析过程中使用相同的校准方法和验证方法。

结果如表2所示。除仪器2的一个简单样品数值超标外，其他所测值均在标准的质控范围内。

表2 质控样品检测结果

TOC和TNb协同分析

TOC和TNb协同分析的曲线校准系数分别为0.9998和1。TNb的校准系数高是因为该方法的校准浓度范围较窄，校准浓度点的回测值回收率在90-110%之内。

将KHP和KNO3混合标准液进行TOC和TNb分析，得到的回收率分别为98.8%和103%，对硫酸铵和硝酸标准液进行分析。硫酸铵的浓度为1 ppm C / 1 ppm N和10 ppm C / 10 ppm N，符合DIN：ISO 19905-2和EN 12260标准。

图2 1ppm混合标准液的回收率

图3 10ppm混合标准液的回收率

两种浓度下混合标准液的回收率都在90至110%之间（图2和图3）。数据表明，同一样品溶液中TOC和TNb的测定具有良好的准确度和精密度。

第二个实验进行尿素的分析，尿素既含有C也含有N，虽然分子结构式比较简单，但它是工业和城市废水中非常常见的成分。尿素分子理论上含有46.46%的氮和20%碳，氮碳比为2.3:1。标液选择碳浓度为1 ppm和5 ppm的尿素进行TOC和TNb分析。表3给出了氮碳比的数据。

表3 尿素标准液中N/C比值

  总 结： 

OI TOC 1080总氮分析成本低、操作安全、方法准确，可替代传统方法测定水样中的TN。目前测定总氮的方法TKN，需要人工进行消解且易受干扰。TNb和TOC协同测定的方法可以在几分钟内得出TOC和TN结果，为商业和过程控制实验室提供有价值的数据，以便作出近乎实时的决策。