總氮堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法的優化

王婷婷(寧德市柘榮環境監測站，福建 寧德 355300)

0 引言

總氮是水質監測中衡量水質的重要指標之一，它的測定結果對水體是否被污染、水質狀況是否好是有重要的評價作用。因此，總氮測定準確性直接關系著水質好壞。目前我國環境監測總氮測試的國標方法是《水質總氮的測定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》(HJ 636—2012)[1]標準，使用該方法對水樣的總氮分析過程中會出現空白值過高，如何通過對總氮的堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法的優化，提高總氮測定的準確度有助于生態環境部門制定合理的治理措施，及時解決水質污染的問題。

1 總氮分析方法的操作流程

堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法是向水樣中加入堿性過硫酸鉀后在120～124℃條件下，使水中含氮化合物的氮轉化為硝酸鹽，用紫外分光光度法于波長220m和275nm處分別測出吸光度A220及A275，按校正吸光度值A= A220-2A275查校準曲線，計算總氮含量，流程示意圖見圖1。從總氮分析方法的流程示意圖可以看出，實驗用水、試劑、消解、環境等因素[2]影響著總氮的分析結果，現在我們開始一一分析。

2 儀器與試劑

總氮堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法中所用到的主要實驗儀器包括紫外分光光度計(具10mm石英比色皿)、高壓蒸汽滅菌器J(最高工作壓力不低于1.1～1.4kg/cm2；最高工作溫度不低于120～124℃)、超純水制備儀、電子天平、恒溫水浴鍋、具色磨口玻璃比色管(25mL)等?？偟獕A性過硫酸鉀消解紫外分光光度法中所用到的主要實驗試劑包括過硫酸鉀、氫氧化鈉、鹽酸、無氨水或者新配置的去離子水等。

3 消解方式對總氮分析結果的影響

3.1 實驗用水對分析結果的影響

選用新鮮去離子水、無氨水、超純水和蒸餾水配置試劑并進行空白實驗，分別應用總氮的堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法重復消解5次空白值，分別計算5次空白值平行測定的標準偏差。結果見表1。

由表1我們可以看出，在相同實驗條件下，使用四種分析用水后的總氮空白吸光值除蒸餾水外其他都低于國標規定的0.030，而且平均值和標準偏差都沒有太大的差異，因此去離子水、無氨水與超純水都符合分析用水要求，蒸餾水不符合使用。而考慮到監測站總氮測試，離子水可以代替無氨水進行實驗，但從實驗質量和科學嚴謹的角度考慮，有條件的實驗室還是要使用無氨水或超純水，而無氨水配置方式較為復雜，對于監測站總氮測試實驗選用超純水較為適宜。

3.2 過硫酸鉀純度對分析結果的影響

過硫酸鉀是本方法中最主要的試劑，其質量對測定的空白值影響較大，直接影響總氮的測定結果。分析純的過硫酸鉀總氮量不超過0.0005%，但實際使用中總氮含量卻很高，導致空白吸光度高達0.4～0.5[3]。選用3家國產過硫酸鉀和1家進口過硫酸鉀進行對比試驗，按標準方法測定空白值，結果見表2。

從表2我們可以看出，4家過硫酸鉀只有進口廠家生產的過硫酸鉀符合實驗要求，空白值能小于0.030測定要求，而其他3家國產廠家的過硫酸鉀都不能滿足實驗要求。但是進口廠家的過硫酸鉀價格偏貴，100g過硫酸鉀試劑售價約1000元人民幣，會造成實驗成本增加，不太適合實驗室大量長期使用。為了使相對價格便宜的國產過硫酸鉀符合實驗試劑要求，選用重結晶方法[4]對3個國產廠家生產的過硫酸鉀進行提純，結果見表3。

由表3我們可以看出：3家國產的過硫酸鉀通過重結晶后，能將空白值明顯的降低到0.030以下，而重結晶的次數對過硫酸鉀的純度也是有影響的，一般重結晶兩次，國內廠家的部分過硫酸鉀就可以使空白值小于0.030，重結晶3次的國內廠家生產的過硫酸鉀都可以達到實驗要求。但考慮到成本，結晶的次數越多，消耗的過硫酸鉀就越大，還是建議選用合適的國內廠家生產的過硫酸鉀結晶2次來滿足實驗要求。

圖1 總氮分析方法操作示意圖

表1不同實驗用水對分析結果的影響

表2 不同廠家過硫酸鉀對分析結果的影響

表3 重結晶后過硫酸鉀對分析結果的影響

3.3 過硫酸鉀存放時間對分析結果的影響

配置好的堿性過硫酸鉀保存時間的長短對測定總氮的準確與否也是關鍵的。堿性過硫酸鉀消極紫外分光光度法中指出，堿性過硫酸鉀的最長保存期限為7天。為了驗證7天是否何況，對配置好的堿性過硫酸鉀進行14天的間斷測試。

測試結果如圖2所示：堿性過硫酸鉀在第一天到第四天內都比較穩定，空白能都能滿足實驗要求，但是隨著時間的演出，從第五天開始，空白值開始升高，而空白值的升高直接影響著分析結果。因為，可以認為，堿性過硫酸鉀的保存時間最好不要超過4天，有條件的實驗室最好現配現用。

圖2 堿性過硫酸鉀的存放時間對分析結果的影響

3.4 消解時間對分析結果的影響

在堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法中，消解時間的長短直接影響著過硫酸鉀消解是否徹底。而測試樣中堿性過硫酸鉀消解不徹底，直接就影響著分析結果?？梢娤鈺r間是否合理是實驗中總氮測定是否準確的關鍵因素之一。若消解不完全，可能會導致氨氮的含量高于總氮的現象，總氮含量偏低[5]。因此，采用標準樣品在工作溫度不低于120～124℃時，分別對水樣消解30、40、50、60 分鐘進行對比結果見表4。

由表4我們可以看出，發現消解40～60min 均能滿足標準樣品測定的準確度要求，而總氮的空白吸光度越低，實驗分析結果越準確。因此總氮分析使用全自動高壓蒸汽滅菌鍋消解時間不得少于30分鐘，在50分鐘以上消解效果最佳。

4 實驗室環境條件對總氮分析結果的影響

實驗室環境對總氮的空白值影響也不容忽視。在做總氮測試實驗時，空氣中的氨容易引入實驗中，從而對實驗結果造成影響，特別是有總硬度、 揮發酚、亞硝酸鹽氮等測試項目，不宜在同一個實驗室，另外如有必要的話，在試驗進行前，可提前一天將玻璃器皿用1:9鹽酸浸泡，實驗時可用新制備的無氨水將已洗凈的玻璃器皿再沖洗幾遍，以洗凈有可能吸附在玻璃器皿上的氨，減少環境空氣中氨的影響，提高結果的準確性[5]。

表4 消解時間對分析結果的影響

5 結語

通過實驗分析可知，在堿性過硫酸鉀消解紫外分管光度法測定總氮時，每個環節沒做好都可能造成空白值偏高，從而影響分析結果，因此在實際操作中我們可以從這些方面進行控制：

(1)選用超純水制備儀制備的超純水作為分析用水。

(2)過硫酸鉀純度對空白值影響大，進行總氮分析時應選擇合適的國產過硫酸鉀且重結晶2次再進行實驗。

(3)實驗試劑堿性過硫酸鉀溶液的存放時間盡量不要超過4天，最好現配現用。

(4)總氮分析使用全自動高壓蒸汽滅菌鍋消解時間不得少于30分鐘，在50分鐘以上消解效果最佳。

(5)實驗室的環境要求保持干凈，避免交叉污染，盡量避開能帶入氮的水和試劑在同一實驗室，特別不能與氨水、硝酸以及其他銨鹽類試劑發分析項目在同一實驗室開展。還有確保玻璃器皿的干凈。