堿性過硫酸鉀消解測量水中總氮的研究

李碧科　孫炎　孫軍波　薛超

摘 要：總氮是指水體中有機氮和無機氮的含量總和。大量生活污水、農田排水或含氮工業廢水排入水體，使水中有機氮和各種無機氮化物含量增加，為生物和微生物類的大量繁殖提供了足夠的營養，導致水體的溶解氧被大量消耗，使水體質量惡化。湖泊、水庫中含有超標的氮、磷類物質時，造成浮游植物繁殖旺盛，出現水體富營養化狀態。因此，總氮是衡量水質的重要指標之一。

關鍵詞：總氮檢測；空白值；消解

中圖分類號：X131.2 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）10-0011-02

在國家標準中建議采用堿性過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法（HJ 636—2012），而在實際實驗中受到多種因素的影響導致空白值很不穩定，時常會發生空白值出現異常的情況，檢測人員不能保證每次消解完成后測量的空白值滿足標準規定的<0.030，這對日常檢測造成了困惑。故通過這次研究，找出問題所在，確保總氮的準確檢測。

1 方法原理

在60℃以上的水溶液中，過硫酸鉀按如下反應分解，生成氫離子和氧。

K2S2O8+H2O→2KHSO4+1/2O2 過硫酸鉀與水反應生成硫酸氫鉀和氧氣

KHSO4→K1++HSO4- 硫酸氫鉀電離出鉀離子和硫酸氫根離子

HSO4-→H++SO42- 硫酸氫根離子電離出氫離子和硫酸根離子

加入氫氧化鈉用以中和氫離子，使過硫酸鉀分解完全。

在120～124℃的堿性介質條件下，用過硫酸鉀作氧化劑，不僅可將水樣中的氨氮和亞硝酸鹽氮氧化為硝酸鹽，同時將水樣中大部分有機氮化合物氧化為硝酸鹽。而后，用紫外分光光度法分別于波長220nm與275nm處測定其吸光度，按A=A220-2A275計算硝酸鹽氮的吸光度值，從而計算總氮的含量。

2 原因分析

針對總氮空白不穩定的問題，我們進行了全面的實驗跟蹤和分析，在此基礎上結合方法依據的規定，找到了可能引起空白偏高的因素，分別為：試劑純度、消解完全度、冷卻方式。

2.1 試劑純度

在實驗中過硫酸鉀是至關重要的試劑。首先，它的純度關系到空白值的高低、測定結果的準確度。一般要求普通分析純過硫酸鉀的總氮含量最高不超過0.005%，但由于試劑質量存在差異，有些廠家、批次的試劑含氮量常常達不到這個要求，致使空白值偏高。針對過硫酸鉀純度的影響，我們做了大量的比對實驗。

我們分別取國產過硫酸鉀和進口過硫酸鉀進行檢測比較，分別取5ml兩種堿性過硫酸鉀溶液，用無氨水定容至25ml后，放入高壓滅菌鍋按規定方法進行消解，自然冷卻后取該水樣以無氨水為參比，在220nm、275nm處比色。測得其吸光度，具體數據見表1和表2：

從上述表中可以看出國產堿性過硫酸鉀試劑消解后對空白的影響時而滿足要求，時而超出標準要求。而進口的過硫酸鉀消解后空白值都在0.015以下，不僅滿足實驗要求，而且比國產試劑的空白值更低，說明進口過硫酸鉀的純度是要比國產好，建議選用進口過硫酸鉀試劑。

2.2 消解完全度

在方法HJ636-2012中規定消解時間為溫度達到120℃后消解30min，所以當消解溫度達不到120℃時，或者消解時間達不到要求時，往往會導致過硫酸鉀消解不完全，殘留過硫酸鉀必然會引起空白值的偏高。

我們在實驗中發現，我們一貫的將所有樣品比色管一起捆綁消解的做法，往往會使捆綁中間部分的比色管受熱不均，達不到120℃的消解要求。故我們尋求新的消解比色管放置法，定制不銹鋼比色管架，將比色管一支支插在架子上，比色管相互之間留出間隙，從而使比色管受熱均勻，達到消解溫度要求。具體情況見圖1和圖2。

我們用留點溫度計分別記錄了兩種放置方法內部的溫度，具體數據見表3：

可以看出，改良后的消解比色管放置法完全解決了內部溫度達不到要求的問題，從而能使樣品消解的更完全，消除殘余過硫酸鉀對空白的影響。故建議選用比色管架插置法放置消解樣品。

2.3 冷卻方式

依據HJ636-2012方法規定，消解完全后應該自然冷卻、開閥放氣，移去外蓋，取出比色管冷卻至室溫，按住管塞將比色管中的液體顛倒混勻2～3次。然而這個自然冷卻的過程需要消耗過長的時間，有些應急檢測的水樣數據需要盡快將檢測結果上報，故消解完后只能立馬放氣，將比色管拿出浸泡在冷水中冷卻，但是一旦這么操作數據就極不穩定，空白將不受控，水樣數據也時好時壞，以表4中數據是用標樣進行了多次的檢測，結果都不理想。標樣范圍為：1.98±0.13mg/L。

從表中可以看出采用非自然冷卻方式進行總氮檢測時，空白將不受控，且完全沒有規律，而標樣的檢測結果也不理想，只有在空白符合要求的時候檢測結果才在標準范圍內，其余的幾次檢測都超出答案范圍，由此可見總氮是不能用非自然冷卻的方式進行快速冷卻并立馬檢測的，否則對檢測結果的可靠性將產生極大的不確定性。

3 結語

梳理整個總氮的檢測過程，我們從試劑純度、消解完全度、冷卻方式這些影響實驗的最主要的幾個關鍵點著手，逐步進行驗證。從實驗結果來看影響空白穩定性的最主要因素就是過硫酸鉀的試劑純度，消解過程比色管放置，以及冷卻方式，選擇進口過硫酸鉀后空白即可符合要求，選用改良的消解過程比色管插置法可以消除殘余過硫酸鉀對實驗的影響，冷卻方式則必須按照方法要求進行自然冷卻，否則空白值將不受控。

參考文獻

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