影響總氮測定因素的探討

黃愛榮，蘇飛，陳偉宏

（廣西柳州鋼鐵集團有限公司技術中心，廣西 柳州 545002）

若水體中氮、磷等物質的含量太高會繁殖出大量微生物，水中的溶解氧也會因此被大量消耗，導致水質惡化，進而引發富營養化等生態問題。水中的富營養化很容易滋生有毒物質，若進入人體積累到一定量后，人體的組織和體液等就會發生變化，可能致病，嚴重時可能危及生命。總氮含量是評價水質是否惡化的重要指標，我國目前主要使用堿性過硫酸鉀-紫外分光光度法來測定水質中的總氮含量。該法具有試劑少、操作簡單等優點，因此得到了廣泛應用。為了有效保障用水安全，提高該法的準確度非常必要，探討水質分析中總氮含量測定的影響因素也成為非常具有現實意義的研究課題。

1 實驗部分

1.1 實驗原理

在120℃～124℃下，堿性過硫酸鉀溶液使樣品中含氮化合物的氮轉化為硝酸鹽，采用紫外分光光度法于波長220 nm和275 nm處，分別測定吸光度A220和A275，按公式A=A220-A275計算校正吸光度A，總氮（以N計）含量與校正吸光度A成正比。

1.2 試劑和儀器

試劑：氫氧化鈉、過硫酸鉀、硝酸鉀、1∶9的稀鹽酸溶液。

堿性過硫酸鉀溶液的配制：稱取40.0 g過硫酸鉀溶于600 mL水中，另稱取15.0 g氫氧化鈉溶于300 mL水中。待氫氧化鈉溶液溫度冷卻至室溫后，混合兩種溶液定容至1 000 mL，存放于聚乙烯瓶中。

100 mg/L的硝酸鉀標準貯備液：硝酸鉀于105℃～110℃烘干2 h，在干燥器中冷卻至室溫，準確稱取0.721 8 g溶于適量水中，移至1 000 mL容量瓶中并加水稀釋到標線備用。

儀器：吸量管、25 mL的具塞玻璃磨口比色管、高壓蒸汽滅菌器（最高工作壓力不低于0.11～0.14 MPa，最高工作溫度不低于120℃～124℃）、UV-1801單光束紫外可見分光光度計、具10 mm石英比色皿。

1.3 實驗過程

按照國標HJ 636-2012“水質總氮的測定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法”進行實驗，分別量取一定量的標準使用液于25 mL具塞磨口玻璃比色管中，加水稀釋至10.00 mL，再加入5.00 mL堿性過硫酸鉀溶液，將比色管置于高壓蒸汽滅菌器中，加熱至頂壓閥排氣，關閥，繼續加熱至120℃開始計時，保持溫度在120℃～124℃之間30 min。自然冷卻后，取出比色管冷卻至室溫。每個比色管加入1.0 mL 1∶9鹽酸，用水稀釋至25 mL標線，蓋塞混勻，以水作參比，分別于波長220 nm和275 nm處測定吸光度，同時用10.00 mL水做空白實驗。我們用不同水質，不同廠家的過硫酸鉀、氫氧化鈉，不同的消解時間、溫度、壓力分別進行空白值實驗，找出影響總氮分析過程空白值偏高的因素。

2 影響因素分析

由以上操作可知，在測定水質中總氮含量時，不同的水質、試劑純度、消解時間、器皿清潔度、試劑配制過程和實驗室環境等都會影響到測定結果的準確度，以下展開具體分析。

2.1 水質的影響

配制試劑及空白實驗都要用水，實驗用水為無氨水，無氨水的制備較繁瑣，每升水加入0.10 mL濃硫酸蒸餾，收集餾出液于具塞玻璃容器中。本次試驗分別使用無氨水、新制備的去離子水、儀器新制備超純水、蒸餾水進行實驗，分別用這些水配制堿性過硫酸鉀溶液、1+9鹽酸進行空白試驗，測定空白吸光度值，結果如表1。

表1 不同實驗水的空白吸光度值

從表1看出，實驗用水的純度影響空白值，亦影響水樣總氮含量的測定，實驗水純度達不到要求，在消解氧化的過程中，水中含氮化合物的氮被氧化，轉化為硝酸鹽，使得空白值偏高，空白實驗的校正吸光度大于0.030。本次實驗得知，無氨水、新制備的去離子水、儀器新制備超純水的電導率值都小于0.06μs/cm@25℃時，其他條件不變，空白實驗的空白吸光度值都小于0.030，達到總氮測定方法的要求，而蒸餾水的電導率值達不到要求，空白實驗的空白吸光度值大于0.030，不符合總氮測定的要求。通過實驗，用新制備的去離子水、儀器新制備超純水都可用于總氮的測定，從而不用制備無氨水，減少分析流程，大大縮短分析時間，節約試劑，提高了工作效率。

2.2 試劑純度的影響

采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（HJ 636-2012）測定水中總氮的含量，在120℃～124℃下，要用堿性過硫酸鉀溶液使樣品中含氮化合物的氮轉化為硝酸鹽，在消解過程中，試劑氫氧化鈉和過硫酸鉀的純度很關鍵，市售各廠家生產的試劑差別很大，分別隨機采樣空白實驗，結果如表2。

表2 不同廠家的試劑空白吸光度值

從實驗結果看，空白實驗的一半超過了空白吸光度值小于0.030的要求，雖然各廠家試劑都是用優級純試劑，而且試劑外包裝都表明含氮量小于0.000 5%，但是，實驗結果差得很遠，因此，每個廠家的每批次試劑都要進行空白實驗后才能用于樣品總氮的分析，以保證總氮分析的準確度。

2.3 不同消解時間的影響

消解過程是過硫酸鉀分解產生原子態氧的過程。在同等條件下，時間過短，過硫酸鉀分解不完全而使實驗空白值過大；時間過長，則浪費時工。實驗結果如表3。

表3 不同消解時間空白吸光度值

從表3看出，消解時間不夠，堿性過硫酸鉀分解不完全，空白值達不到要求，影響總氮測定的準確性。消解時間40 min達到要求，延長時間，空白值趨于穩定。因此消解時間最好在40 min。

2.4 堿性過硫酸鉀溶液配制過程的影響

過硫酸鉀較難溶于水，尤其是冬天，需水浴加熱助溶，浴溫過高會致過硫酸鉀分解失效，因此浴溫宜低于60℃，且應待氫氧化鈉溶液冷至室溫后，再與過硫酸鉀溶液混合、定容，否則會影響總氮測定的準確性。

2.5 實驗室環境、玻璃器皿、高壓蒸汽滅菌器的影響

總氮的測定應在無氨的實驗室環境中進行，避免交叉污染對測定結果產生影響。實驗所用的器皿和高壓蒸汽滅菌器等均應無氨污染。實驗中所用的玻璃器皿應用1+9的鹽酸溶液或者1+35的硫酸溶液浸泡，用自來水沖洗后再用無氨水沖洗數次，洗凈后立即使用。高壓蒸汽滅菌器應每周清洗。使用的高壓蒸汽滅菌器，應定期檢定壓力表，并檢查橡膠密封圈密封情況，避免因漏氣而減壓，到不到所設定的溫度，影響總氮測定的準確性。

3 結論

綜上所述，堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法操作簡便，在水質總氮含量的測定中運用廣泛。但此法對空白值的要求較高，且影響因素較多。因此，保證測定結果的精度難度較大。本文經實驗，探討了影響水質中總氮含量測定結果的因素，找出了總氮測定空白值偏高的原因，結果如下：

（1）實驗用水采用新制備的去離子水、儀器新制備超純水、無氨水，在制備無氨水時，為了確保無氨水的純度，可以將開始以及最后的100 mL無氨水去掉，只使用中間部分。

（2）試劑純度是影響測定結果的重要因素，尤其是過硫酸鉀和氫氧化鈉這兩種試劑。過硫酸鉀試劑受到生產工藝的影響，空白值一般會偏高,因此，在測定過程中，每批次的產品要先做空白實驗，使用合格品。

（3）堿性過硫酸鉀是否完全分解會對測定結果影響較大，因此在測定時需要定期檢查高壓蒸汽滅菌器的密封情況以及壓力表，防止漏氣，還需要提前進行實驗工作，測試出堿性過硫酸鉀的最佳消解時間。

（4）樣品的分析過程中，一定要保證在無氨環境下操作，保證器皿清潔。

（5）儀器定期由有資質的計量部門檢定，以保證數據的有效性，提高總氮的分析準確度。