關于水中總氮測定的不確定度及影響因素分析

龔 慧 李 駿 楊 峰 國 靜

(1.江蘇省水文水資源勘測局常州分局，常州 213000；2.南京市環境保護科學研究院，南京 210093；3.南京農業大學理學院，南京 210095)

關于水中總氮測定的不確定度及影響因素分析

龔 慧1李 駿1楊 峰2國 靜3

(1.江蘇省水文水資源勘測局常州分局，常州 213000；2.南京市環境保護科學研究院，南京 210093；3.南京農業大學理學院，南京 210095)

作為判斷水質好壞及反映水體富營養化程度的主要指標，總氮的重要性不言而喻，如何準確測定總氮的含量顯得至關重要，而總氮測定的不確定度是衡量測定結果準確性的重要指標。本文主要分析了紫外分光光度法測定水樣中總氮的不確定度及相關影響因素分析。

總氮測定；紫外分光光度法；不確定度；影響因素

總氮是硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、溶解態氨、無機銨鹽及有機含氮化合物總和。總氮會為水中微生物及生物提供氮源，使它們大量繁殖，發生一系列反應，如硝化反應及反硝化反應等，消化水中大量溶解氧、水質富營養化等，最終污染水質。所以作為判斷水體的水質好壞的重要指標及富營養化程度的主要指標，總氮非常重要，故我們需要準確測定總氮含量，而作為表征測定結果和分散性相聯系的參數，不確定度是衡量測定結果準確性的重要指標。

1 總氮的測定方法

目前，總氮的測定方法有多種，下面介紹了幾種總氮的測定方法及對應的測定原理，詳見表1。

表1 總氮測定方法

續表1

方法原理麝香草酚分光光度法[8]首先在待測水樣中加入堿性過硫酸鉀溶液,然后在高溫高壓下使待測水樣中各種含氮化合物的氮元素變成硝酸鹽氮,而在濃硫酸溶液中,硝酸鹽和麝香草酚會生成硝基酚化合物。該化合物在堿性溶液中又會發生分子重排,變為黃色化合物,最后通過比色測定總氮值光催化氧化—分光光度法[9]作為是高級氧化技術的一種,該測定方法根據光生強氧化劑氧化得到中間體羥基自由基·OH,氧化電位達到218V甚至更高,所以對水樣有很強的氧化降解能力,能將有機污染物徹底降解成H2O及CO2等小分子物質。超細TiO2在眾多半導體中由于廉價、無毒、活性高、無二次污染等優點已脫穎而出成為最有前景的光催化劑。采用該光催化劑設計的微型光催化反應器可將含氮物質降解為NO-3,再利用紫外分光光度法測定樣品中總氮值

除上述方法外還有高溫氧化-化學發光檢測法及微波消解-電極法等等。目前，堿性過硫酸鉀-紫外分光光度法是最常用的總氮測定方法，本文主要討論該方法測定總氮的不確定度及影響因素分析。

(1)儀器及試劑

10mL移液管；100mL容量瓶；1000mL容量瓶；25mL具塞比色管；高壓蒸汽滅菌器；具有10 mm石英比色皿的紫外分光光度計。

VHCl∶VH2O=1∶9的鹽酸溶液；無氨水；堿性過硫酸鉀溶液：分別稱40g K2S2O8和15g NaOH，并溶于無氨水中，再移至1000mL容量瓶中進行定容，配置的溶液儲存于聚乙烯瓶中；硝酸鉀標準貯備液：將優質純硝酸鉀在108℃烘干4小時，然后稱0.7218g溶于無氨水中，再移至1000mL容量瓶中進行定容；硝酸鉀標準使用溶液：用10mL移液管取硝酸鉀標準貯備液10mL到100mL的容量瓶中，此時溶液濃度為10μg/mL。

(2)實驗步驟

在25mL比色管中加入10mL待測水樣，再加入5mL堿性過硫酸鉀溶液進行混合搖勻，再塞緊比色管塞，再將此比色管放入高壓蒸汽滅菌器中進行加熱，等滅菌鍋內溫度達到120～124℃、壓力升至1.1～1.4 kg/cm2后開始計時，30min后停止消解加熱，關閉儀器冷卻降壓，取出比色管后冷卻到室溫，再加入1mL VHCl∶VH2O=1∶9鹽酸溶液，混合搖勻后，再用無氨水稀釋至25mL刻度線處并混合搖勻。然后用紫外分光光度計測定該消解好的溶液：取部分該溶液到10mm石英比色皿中，用純水進行參比，在220nm及275nm波長處分別測定吸光度值，再根據校準曲線計算總氮值。

(3)模型及公式

其中，m：待測試樣含氮量，μg；A：待測試樣的校正吸光度；a：校準曲線截距；b：校準曲線斜率；CN：總氮值，mg/L；v：待測試樣體積，mL。

2 不確定度分析

本實驗中總氮的不確定度由各不確定度分量合成而成。這些不確定度包括由實驗點相對回歸直線的分散性引起的不確定度分量、標準物質的不確定度分量、測量重復性引起的不確定度分量、儀器讀數的誤差引起的不確定度分量、吸光度引起的不確定分量、截距a引起的不確定度分量、斜率b引起的不確定度分量、靈敏系數，等等。郭立軍[10]等人通過實驗計算出用堿性過硫酸鉀—紫外分光光度法測定總氮的不確定度為1.78±0.02mg/L；王靜[11]等人通過實驗發現水樣中總氮不確定度為 1.67±0.06mg/L。

3 影響因素分析

(1)實驗用水的影響

實驗用水的純度會直接影響實驗的測定結果，毛小英[12]等人分別用新鮮蒸餾水、無氨水及超純水進行消解液空白實驗，發現超純水的消解空白值最小，無氨水次之，新鮮蒸餾水空白值最大。故應該選用純度較高的水，減少實驗用水對總氮測定結果的影響。

(2)實驗環境的影響

實驗環境會影響測定的總氮值，首先實驗室應該保持清潔，其實要避免交叉污染，尤其不能將待測水樣與硝酸、氨水等含氮化合物放在一起，因為這些物質都會揮發，可能會溶于水樣中，使測得的總氮值偏大，影響精準度。

(3)實驗器材的影響

實驗器材包括紗布、比色管以及其它玻璃器皿等。這些器材若不清潔，則會在消解過程中，使有機物等混入，最終造成空白值偏大，影響實驗結果。

(4)比色液pH值的影響

由上述介紹的實驗步驟可知，在測吸光度前比色液中需加入一定量鹽酸。這主要是為了中和比色液中過量的NaOH，由于碳酸根及碳酸氫根離子在紫外區也有吸收，加鹽酸的另外一個作用是除去碳酸氫根及碳酸根離子的影響。實驗研究發現，只有比色液pH值小于4.3，碳酸氫根和碳酸根才會全部變為二氧化碳。毛小英通過加入不同量的鹽酸調節比色液pH值，并在220nm及275nm下測定吸光度，發現只有pH值小于2才會有較小的空白吸光度。但任妍冰[13]發現，pH太小，空白吸光度也會較大。故試驗中，選擇VHCl∶VH2O=1∶9鹽酸溶液最為合適。

(5)過硫酸鉀殘留量的影響

由上面介紹的實驗原理可知，在堿性條件下，過硫酸鉀高溫消解出氫離子、原子態氧、鉀離子及硫酸根，氫氧根和氫離子生成水，使過硫酸鉀完全分解。在220nm波長處堿性過硫酸鉀自身就有強烈吸收峰，隨著堿性過硫酸鉀含量的不斷降低這種吸收逐漸降低。研究發現，當堿性過硫酸鉀的吸光度在它濃度大于0.4g/L時很大，空白至偏高，嚴重干擾比色結果；它的吸光度值隨著濃度的降低越來越小，最后可以達到忽略影響結果的效果。所以，試驗中應該盡量使過硫酸鉀完全分解，減少其對實驗結果的影響。

(6)過硫酸鉀純度的影響

毛小英等人選擇三種不同純度的過硫酸鉀進行試驗，結果發現，過硫酸鉀純度越高，空白值越小，即對試驗的干擾效果越小。進項總氮測定是應該選擇高純度的過硫酸鉀。

(7)消解條件的影響

由上述接受的實驗步驟可知，消解時間為30min。這是由于消解過程其實就是過硫酸鉀分解過程，若時間過短，則消解不完全，空白值偏大。有實驗證明，當消解時間大于30min時，實驗空白值變化不大，這是由于此時消解已經完全。由實驗步驟可知，消解溫度應達 120～124℃、壓力應升至1.1～1.4kg/cm2。若達不到這個溫度及壓力，消解就不完全，空白值會偏大，水樣結果不準確。實驗中，應嚴格控制消解條件，減小不必要的誤差。

除以上影響因素外，還有其它因素，如過硫酸鉀存儲時間，研究發現，過硫酸鉀存儲時間若超過3天，就會有較大的空白值等等。

4 結 論

作為衡量水質的重要指標，總氮值非常重要，因此在眾多的總氮監測方法中選擇合適的監測方法準確測量總氮含量顯得尤為重要，目前，我們用不確定度表征監測的準確性，本文主要介紹了水中總氮測定的不確定度及相關影響因素。總氮的不確定度是由各分量不確定度合成而得，包括吸光度引起的不確定分量、水樣取樣過程產生的不確定度、工作曲線擬合引入的不確定度、數據修正引入的不確定度、重復測量樣品產生的不確定度及標準物質引入的不確定度等；實驗用水、實驗器材、實驗環境、比色液pH值、過硫酸鉀純度、過硫酸鉀殘留量及實驗人員操作等這些因素都會影響總氮的測定。我們應該維持實驗環境及器材清潔、選擇純度高的實驗用水、提高硫酸鉀純度等方法提高總氮測定的準確性。

[1]國家環保總局.GB 11894- 89 水質總氮的測定-堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法[S].北京：中國標準出版社，1989.

[2]魏復盛，寇洪茹，洪水皆等.水和廢水監測分析方法[M].北京環境科學出版社，1988.

[3]楊妍龔.離子色譜法測定水中總氮[J].化學分析計量，2005，14(2)：54-55.

[4]侯振鞠，王福軍，雷軍等.高效液相色譜法測定環境水中總氮[J].油氣田地面工程，2005，24(6)：32.

[5]HJ-T199-2005，水質總氮的測定氣相分子吸收光譜法[S].

[6]張占恩，蘇浩，楊光冠等.燃燒氧化-電化學傳感器法測定水和廢水中的總氮[J].蘇州科技學院學報，2003，16(4)：16-19.

[7]曹杰山，王曉慧，李國剛.水和廢水中總氮的現場快速分析方法研究[J].環境監測管理與技術，2000，12(3)：20-22.

[8]趙廷容，蒲朝文，封雷等.康香草酚分光光度法測定水體中總氮[J].預防醫學情報雜志，2007，23(3)：380-381.

[9]陳國松，葉友勝，張紅漫等.光催化氧化-分光光度法測定自然水體中痕量總氮[J].南京師大學報2006，29(4)：58-61.

[10]郭立軍，等.水質分析中總氮測定的不確定度評定[J].湖南工業大學學報.2010，24(3)：86-88.

[11]王靜，等.水中總氮測定不確定度評定[J].高校實驗室研究.

[12]毛小英，李建民.紫外分光光度法測定水中總氮的不確定度和影響因素分析[J].人民珠江，2013，03：26-28.

[13]任妍冰，等.堿性過硫酸鉀紫外光度法測定水中總氮時影響空白值的因素[J].江蘇環境科技，2008，6(21)：48-50.

Study on Uncertainty Evaluation and Influencing Factors of Total Nitrogen Determination in Water

GONG Hui1LI Jun1YANG Feng2GUO Jing3

(1.Changzhou Hydrology and Water Resources Exploratory Survey Bureau，Changzhou 213000；2.Nanjing Municipal Academy of Environmental Protection Science，Nanjing 210093；3.College of Science，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095 China)

As an important index to judge the quality of water quality and to reflect the degree of eutrophication，the importance of total nitrogen is self-evident. How to determine the total nitrogen content accurately is very meaningful. The uncertainty of total nitrogen determination is an important indicator of the accuracy of the measurement results. In this paper，the uncertainty of total nitrogen in water samples and its influencing factors were analyzed by ultraviolet spectrophotometry.

total nitrogen determination；ultraviolet spectrophotometry；uncertainty；influencing factor

龔慧，工程師，碩士，主要從事水質監測與評價等工作

X832

A

1673-288X(2017)03-0140-03

引用文獻格式：龔 慧 等.關于水中總氮測定的不確定度及影響因素分析[J].環境與可持續發展，2017，42(3)：140-142.