堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定水中總氮

谷東杰，劉 倩

(天津市華北地質(zhì)勘查局核工業(yè)二四七大隊(duì)，天津 300270)

1 方法原理

樣品在120～124℃下，堿性過硫酸鉀溶液使樣品中含氮化合物的氮轉(zhuǎn)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，按照(A= A220-2A275)計(jì)算校正吸光度A，總氮(以N計(jì))含量與校正吸光度A成正比。

2 實(shí)驗(yàn)過程

2.1 試劑和材料準(zhǔn)備

2.1.1 無氨水

使用新制備的去離子水(電阻率≥18.20 MΩ/cm)。

2.1.2 氫氧化鈉(優(yōu)級(jí)純)

氮含量<0.0005%。檢定結(jié)果見表1。

表1 氫氧化鈉含氮量測定結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果：氫氧化鈉樣品溶液吸光度的平均值為A1=0.029，氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度的平均值為A2=0.106。其中A2-A1=0.077>0.029，實(shí)驗(yàn)認(rèn)定檢測的氫氧化鈉試劑含氮量小于0.0005%。

2.1.3 過硫酸鉀(優(yōu)級(jí)純)

氮含量<0.0005%。檢定結(jié)果見表2。

本實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果：過硫酸鉀樣品溶液吸光度的平均值為A1=0.056，過硫酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度的平均值為A2=0.274。其中A2-A1=0.218>0.056，實(shí)驗(yàn)認(rèn)定檢測的過硫酸鉀試劑含氮量小于0.0005%。

表2 過硫酸鉀含氮量測定結(jié)果

2.1.4 鹽酸(MOS級(jí))

ρ(HCl)=1.19 g/mL。

(1)鹽酸溶液：1+9(取10 mL濃鹽酸(2.1.4)加入到90 mL無氨水(2.1.1)中，備用)。

2.1.5 堿性過硫酸鉀溶液

稱取 40.0 g 經(jīng)檢定合格的過硫酸鉀(溶于 600 mL無氨水(2.1.1)中(可置于 50℃水浴中加熱至全部溶解))；另稱取 15.0 g 經(jīng)檢定合格的氫氧化鈉溶于300 mL無氨水(2.1.1)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1000 mL，存放于聚乙烯瓶中。

2.1.6 水中總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液

1000 mg/L。

2.1.6.1 總氮標(biāo)準(zhǔn)貯備液

ρ(N)=100 mg/L。

用潔凈的10 mL移液管準(zhǔn)確移取10.00 mL水中總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液(2.1.6)于100.0 mL容量瓶中，用無氨水(2.1.1)定容至刻線，搖勻。

2.1.6.2 總氮標(biāo)準(zhǔn)使用液

ρ(N)=10.0 mg/L。

用潔凈的10.00 mL移液管準(zhǔn)確移取10.00 mL總氮標(biāo)準(zhǔn)貯備液(2.1.6.1)于100.0 mL容量瓶中，用無氨水(2.1.1)定容至刻線，搖勻，臨用現(xiàn)配。

2.2 儀器和設(shè)備準(zhǔn)備

紫外可見分光光度計(jì)；立式壓力蒸汽滅菌筒；恒溫水浴鍋；分析天平：精確至0.1 mg；具塞磨口玻璃比色管：25 mL；一般實(shí)驗(yàn)室常用儀器和設(shè)備。

2.3 樣品分析步驟

2.3.1 校準(zhǔn)曲線的繪制

分別量取0.00、0.20、0.50、1.00、3.00和7.00 mL總氮標(biāo)準(zhǔn)使用液(2.1.6.2)于25 mL具塞磨口玻璃比色管中，其對(duì)應(yīng)的總氮(以N 計(jì))含量分別為0.00、2.00、5.00、10.0、30.0和70.0 μg。加水稀釋至10.00 mL，再加入5.00 mL堿性過硫酸鉀溶液(2.1.5)，塞緊管塞，用紗布和線繩扎緊管塞，以防彈出。將比色管置于高壓蒸汽滅菌器中，加熱至頂壓閥吹氣，關(guān)閥，繼續(xù)加熱至120℃時(shí)開始計(jì)時(shí)，保持溫度在 120～124℃之間30 min。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。

每個(gè)比色管分別加入1.00 mL鹽酸溶液(2.1.4(1))，用水稀釋至25 mL的標(biāo)線處，蓋塞混勻。使用10 mm石英比色皿，在紫外分光光度計(jì)上，以水作參比，分別于波長220 nm和275 nm處測定吸光度。零濃度的校正吸光度 Ab、其他標(biāo)準(zhǔn)系列的校正吸光度As及其差值A(chǔ)r按公式(1)、(2)和(3)進(jìn)行計(jì)算。以總氮(以 N 計(jì))含量(μg)為橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的Ar值為縱坐標(biāo)，繪制校準(zhǔn)曲線。

Ab=Ab220-2Ab275

(1)

As=As220-2As275

(2)

Ar=As-Ab

(3)

式中:Ab—零濃度(空白)溶液的校正吸光度；

Ab220/Ab275—零濃度(空白)溶液于波長 220/275 nm 處的吸光度；

As—標(biāo)準(zhǔn)溶液的校正吸光度；

As220/As275—標(biāo)準(zhǔn)溶液于波長 220/275 nm 處的吸光度；

Ar—標(biāo)準(zhǔn)溶液校正吸光度與零濃度(空白)溶液校正吸光度的差。

2.3.2 測定

量取10.00 ml試樣(2.3.1)于25mL具塞磨口玻璃比色管中，按照2.3.1步驟進(jìn)行測定。

2.3.3 空白試驗(yàn)

用10.00 mL無氨水(2.1.1)代替試樣，按照2.3.1步驟進(jìn)行測定。

2.4 結(jié)果計(jì)算

計(jì)算試樣校正吸光度和空白試驗(yàn)校正吸光度差值 Ar，樣品中總氮的質(zhì)量濃度ρ(mg/L)按公式(4)進(jìn)行計(jì)算。

ρ=(Ar-a)×f/bV

(4)

式中：ρ—樣品中總氮(以 N 計(jì))的質(zhì)量濃度，mg/L；Ar —試樣的校正吸光度與空白試驗(yàn)校正吸光度的差值；a —校準(zhǔn)曲線的截距；b —校準(zhǔn)曲線的斜率；V —試樣體積，mL；f —稀釋倍數(shù)。

3 驗(yàn)證過程

根據(jù)GB/T32465-2015《化學(xué)分析方法驗(yàn)證確認(rèn)和內(nèi)部質(zhì)量控制要求》，驗(yàn)證分析系統(tǒng)的空白試驗(yàn)、準(zhǔn)確度(正確度與精密度)及線性要求。

3.1 空白試驗(yàn)

表3 樣品空白測定結(jié)果

表3(續(xù))

使用方法給出的程序，氫氧化鈉和過硫酸鉀含氮量符合方法要求；樣品空白測定結(jié)果見表3。

本次實(shí)驗(yàn)樣品空白的吸光度均≤0.030，均符合要求。

3.2 準(zhǔn)確度

采用取國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，根據(jù)樣品分析的全部步驟，重復(fù)分析，測定結(jié)果換算為濃度，驗(yàn)證方法準(zhǔn)確度結(jié)果見表4。

表4 方法準(zhǔn)確度測試數(shù)據(jù)(有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)/標(biāo)準(zhǔn)樣品測試數(shù)據(jù))

使用有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行8次重復(fù)性分析，其正確度符合標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的要求；重復(fù)性測定的平均值與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差為0.971%，小于10%，準(zhǔn)確度符合方法要求。

3.3 精密度

用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差來表示，取不同濃度樣品，根據(jù)樣品分析的全部步驟，重復(fù)8次試驗(yàn)，將換算為濃度，驗(yàn)證方法精密度結(jié)果見表5。

表5 精密度測試數(shù)據(jù)

通過實(shí)驗(yàn)計(jì)算精密度結(jié)果滿足“樣品含氮總量≤1.00 mg/L，測定結(jié)果相對(duì)偏差應(yīng)≤10%；當(dāng)樣品含氮總量>1.00 mg/L，測定結(jié)果相對(duì)偏差應(yīng)≤5%”的要求。

3.4 檢出限

表6 方法檢出限數(shù)據(jù)

根據(jù)GB/T32465-2015《化學(xué)分析方法驗(yàn)證確認(rèn)和內(nèi)部質(zhì)量控制要求》中關(guān)于分析方法檢出限的要求進(jìn)行驗(yàn)證。

按照分析的全部步驟，對(duì)檢出限的2～5倍樣品進(jìn)行重復(fù)測定n>7次的試驗(yàn)，對(duì)n次平行測定結(jié)果計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，按公式計(jì)算方法檢出限。

MDL = t(n-1，0.99)×S

其中：t(7，0.99)=2.998；S 為8次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差。本次測定結(jié)果見表6。

通過實(shí)驗(yàn)計(jì)算檢出限結(jié)果滿足方法相關(guān)要求。

3.5 線性及校準(zhǔn)

校準(zhǔn)曲線濃度范圍均勻布置6個(gè)或以上的校準(zhǔn)點(diǎn)(包括空白或一個(gè)低濃度標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn))。得到的相關(guān)系數(shù)要不小于0.999。

本次實(shí)驗(yàn)的曲線數(shù)據(jù)如圖1。

圖1 水中總氮標(biāo)準(zhǔn)曲線

4 結(jié)果探討

(1)本次所用氫氧化鈉和過硫酸鉀的含氮量均小于0.0005%，符合要求。

(2)本次所做的樣品空白的吸光度均小于0.030，符合要求。

(3)本次所做的檢出限為0.03 mg/L，小于方法所要求的檢出限0.05 mg/L，符合方法要求。

(4)本次對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品8次重復(fù)性測定的平均值與標(biāo)準(zhǔn)值的絕對(duì)誤差在標(biāo)準(zhǔn)樣品要求的絕對(duì)誤差范圍內(nèi)，平均值與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差為0.971%，小于方法要求的10%，符合方法正確度的要求。

(5)本實(shí)驗(yàn)室通過對(duì)8次不同濃度樣品的實(shí)驗(yàn)，計(jì)算其精密度，結(jié)果滿足“樣品含氮總量≤1.00 mg/L，測定結(jié)果相對(duì)偏差應(yīng)≤10%；當(dāng)樣品含氮總量>1.00 mg/L，測定結(jié)果相對(duì)偏差應(yīng)≤5%”的要求。

(6)本實(shí)驗(yàn)室通過對(duì)每個(gè)濃度點(diǎn)的校準(zhǔn)，得出的曲線的相關(guān)系數(shù)為0.9997，滿足要求。