研究探討高濁度水中總氮含量的測(cè)定

韓磊++張友青++林芳

摘 要：為了克服HJ636-2012水質(zhì)總氮的測(cè)定法中測(cè)定高濁度水中總氮含量的不足之處，根據(jù)堿性過(guò)硫酸鉀消解、硫酸肼還原、偶氮顯色反應(yīng)、吸光度校正等原理，建立一種新的測(cè)定方法。對(duì)消解及后處理過(guò)程進(jìn)行了一整套試驗(yàn)，研究還原反應(yīng)的影響因素、顯色體系穩(wěn)定性及高濁度對(duì)吸光度的影響和消除。結(jié)果表明：還原反應(yīng)在環(huán)境溫度36±1 ℃和堿性條件下保持50～100 min，效果比較好；顯色液放置20～120 min，吸光度無(wú)明顯變化；通過(guò)吸光度校正可以消除高濁度對(duì)吸光度的影響。該方法測(cè)定總氮的的質(zhì)量線性范圍是1～10μg/25ml（相對(duì)應(yīng)的樣品濃度在1/7～10/7 mg/L），相關(guān)系數(shù)r=0.9998。該方法在測(cè)定高濁度水中總氮含量時(shí)，準(zhǔn)確度和精密度良好。

關(guān)鍵詞：總氮 消解 還原 吸光度校正

中圖分類號(hào)：X171.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）01（a）-0069-02

水中總氮為水中硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮與有機(jī)氮的總稱，是反映水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要指標(biāo)之一，其測(cè)定有助于評(píng)價(jià)水體被污染和自凈狀況。當(dāng)?shù)乇硭械?、磷物質(zhì)超標(biāo)時(shí)，微生物會(huì)大量繁殖，浮游生物生長(zhǎng)旺盛，出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。在當(dāng)前嚴(yán)峻的環(huán)境形勢(shì)下，水中總氮含量的測(cè)定已成為各個(gè)國(guó)家水體保護(hù)的重要項(xiàng)目。

目前水中總氮含量的測(cè)定已有很多成熟的方法，例如HJ636-2012《堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法》就是當(dāng)前水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域使用的主要方法。但是通過(guò)大量的實(shí)際分析，發(fā)現(xiàn)此方法存在一定的不足：在分析高濁度水樣時(shí)，220 nm和275 nm處的吸光度值均異常偏大，無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算出校正吸光度值，給水中總氮含量的準(zhǔn)確測(cè)定帶來(lái)了一定的負(fù)面影響。

針對(duì)上述缺點(diǎn)，筆者根據(jù)堿性過(guò)硫酸鉀消解、硫酸肼還原、偶氮顯色反應(yīng)、吸光度校正等原理，對(duì)消解及后處理過(guò)程進(jìn)行了一整套試驗(yàn)，可顯著提高高濁度水中總氮含量測(cè)定的準(zhǔn)確度和精密度。

1 試驗(yàn)原理

水中總氮經(jīng)堿性過(guò)硫酸鉀消解完全后，以硝酸鹽氮的形式存在，溶液保持堿性，在Cu2+催化的條件下經(jīng)硫酸肼還原，后在鹽酸介質(zhì)中與對(duì)氨基苯磺酰胺生成重氮化合物，重氮化合物再與N-（1-萘基）乙二胺鹽酸（NEDD）偶聯(lián)生成穩(wěn)定的紅色化合物，20 min后于550 nm處進(jìn)行分光光度測(cè)定，同時(shí)在無(wú)NEDD參與的條件下做平行樣進(jìn)行吸光度校正以消除高濁度帶來(lái)的正誤差。

2 試驗(yàn)部分

2.1 儀器和試劑

723N可見(jiàn)分光光度計(jì)（上海精科儀器廠生產(chǎn)），10 mm比色皿。

HH-80電熱恒溫水浴箱（常州國(guó)華儀器廠）。

總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱取于105 ℃～110 ℃干燥2 h的優(yōu)級(jí)純硝酸鉀0.7218 g，用水溶解后移入1000 ml容量瓶中，加水稀釋至標(biāo)線，搖勻即可，此液ρ（TN）=100 mg/l，臨用時(shí)配制成ρ（TN）=2 mg/l的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

消解液：稱取40.0 g過(guò)硫酸鉀溶于600 ml水中，另稱取26.0 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1000 ml，存放于聚乙烯瓶中，可保存一周。

銅、鋅催化劑：準(zhǔn)確稱取0.8 g CuSO4·5H2O和1.76 g ZnSO4·7H2O用蒸餾水稀釋至1L。

硫酸肼溶液：0.07%。

對(duì)氨基苯磺酰胺溶液：稱取對(duì)氨基苯磺酰胺2.0 g溶于60 ml濃鹽酸和80 ml水的混合液中，再加水至200 ml。

N-（1-萘基） 乙二胺鹽酸（NEDD）：0.1%（純度>99%）。

以上試劑中，實(shí)驗(yàn)室用水均為蒸餾水。

2.2 測(cè)定方法

2.2.1 堿性過(guò)硫酸鉀消解預(yù)處理

取7 ml樣品（或取適量樣品稀釋至7 ml）置入25 ml具塞比色管中，加入3.5 ml堿性過(guò)硫酸鉀消解液，混勻并塞緊管塞，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 ℃開(kāi)始計(jì)時(shí)，保持溫度在120 ℃～124 ℃之間30 min；自然冷卻、開(kāi)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。

2.2.2 Cu2+催化條件下硫酸肼還原

每個(gè)比色管分別加入銅、鋅催化液和硫酸肼溶液各1 ml，混勻后于36 ℃±1 ℃水浴中放置60 min，取出。

2.2.3 顯色反應(yīng)及分光光度測(cè)量

每個(gè)比色管加入對(duì)氨基苯磺酰胺溶液1 ml，搖勻；5 min后，加入NEDD溶液1 ml，稀釋至刻度，搖勻；20 min后于550 nm波長(zhǎng)處，用10 mm比色皿，以水做參比，測(cè)定吸光度值；減去空白試驗(yàn)吸光度，從工作曲線上查得總氮的濃度。

用7 ml蒸餾水代替樣品，按照與樣品完全相同的處理步驟進(jìn)行空白試驗(yàn)。

若樣品濁度較高時(shí)，需同時(shí)做一平行樣，在無(wú)NEDD參與的條件下測(cè)定吸光度值以校正濁度較高帶來(lái)的正誤差。

3 結(jié)果與討論

3.1 樣品的消解過(guò)程

堿性過(guò)硫酸鉀作為樣品消解的氧化劑，并可以使消解反應(yīng)結(jié)束后溶液呈堿性。過(guò)硫酸鉀在高溫下分解產(chǎn)生的氧將樣品中的含氮化合物氧化成硝酸鹽，同時(shí)過(guò)硫酸鉀分解產(chǎn)生的H+不斷中和氫氧化鈉，1 mol過(guò)硫酸鉀分解生成2 molH+，，可以中和2 mol氫氧化鈉。至消解反應(yīng)結(jié)束后，過(guò)硫酸鉀分解完畢，溶液的pH大致穩(wěn)定在13左右。

3.2 還原反應(yīng)的影響因素

試驗(yàn)表明，還原反應(yīng)進(jìn)行的速度隨環(huán)境溫度提高而加快，但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度超過(guò)42 ℃時(shí)，吸光度值不升反降，可能是由于亞硝酸根分解率增加所致，在環(huán)境溫度低于30 ℃時(shí)，還原率低下，在35 ℃～37 ℃條件下還原，保持50～100 min，吸光度值都保持相對(duì)穩(wěn)定，還原效果比較好；試驗(yàn)還表明還原反應(yīng)進(jìn)行的速度隨pH值升高而加快，在較低的pH值條件下還原效率低下，消解反應(yīng)結(jié)束后溶液的堿性環(huán)境是適合還原反應(yīng)進(jìn)行的。endprint

3.3 顯色體系的穩(wěn)定性

按上述試驗(yàn)方法取3.00 ml的總氮工作液測(cè)定總氮濃度，考察隨著顯色時(shí)間的延長(zhǎng)吸光度A的數(shù)值有無(wú)變化，結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1可見(jiàn)，將偶合反應(yīng)后顯色液放置20～120 min，吸光度未有明顯變化。因此通過(guò)NEDD偶合反應(yīng)顯色來(lái)測(cè)定還原后亞硝酸鹽含量是穩(wěn)定可行的。

3.4 高濁度對(duì)吸光度的影響和消除

當(dāng)樣品濁度較高時(shí)，需同時(shí)做平行樣，一份在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)程序條件下測(cè)定吸光度值A(chǔ)，一份在無(wú)NEDD參與的條件下測(cè)定吸光度值A(chǔ)Z，在550 nm波長(zhǎng)下，A=ATN+AZ，則ATN=A-AZ，這樣處理可以校正高濁度帶來(lái)的正誤差，提高高濁度樣品測(cè)定的準(zhǔn)確度。

3.5 工作曲線

準(zhǔn)確吸取2 mg/L總氮工作液0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00和5.00 ml于一系列25 ml具塞比色管中，用水稀釋至7 ml左右；按照試驗(yàn)方法處理，從測(cè)得的吸光度減去空白試驗(yàn)的吸光度后，繪制總氮質(zhì)量對(duì)吸光度A的曲線，工作曲線的回歸方程為y=0.0578x+0.0665（其中y為吸光度，x為總氮質(zhì)量），相關(guān)系數(shù)0.9998，總氮質(zhì)量在1～10μg/25 ml（相對(duì)應(yīng)的樣品濃度在1/7～10/7 mg/L）范圍內(nèi)符合朗伯-比爾定律。

3.6 準(zhǔn)確度和精密度

按照測(cè)定方法，分別對(duì)地表水、地下水和水利部水環(huán)境評(píng)價(jià)研究中心分發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行了6次平行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果列于表2，RSD為1.8%～3.1%，水利部總氮標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定均值在可接受范圍內(nèi)，結(jié)果令人滿意（如表2）。

4 結(jié)語(yǔ)

本文討論的測(cè)定高濁度水中總氮含量的新方法操作簡(jiǎn)便，測(cè)定結(jié)果可靠，適用于高濁度水中總氮的分析，可在實(shí)踐中推廣使用。

參考文獻(xiàn)

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