水中總氮測(cè)定影響因素分析及解決方法探討

葛超超

（余姚市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站浙江余姚315400）

水中總氮測(cè)定影響因素分析及解決方法探討

葛超超

（余姚市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站浙江余姚315400）

水中總氮是水質(zhì)分析常規(guī)項(xiàng)目，按照中國(guó)環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法》（HJ 636-2012）步驟分析過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)空白值高、平行樣平行性差、標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定結(jié)果超出允許范圍等問(wèn)題，甚至某些情況下數(shù)據(jù)偏差非常大。本文根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)結(jié)合參考資料，分析了影響測(cè)定結(jié)果的因素，探討了解決問(wèn)題的方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。

總氮測(cè)定；紫外分光光度法；影響因素；解決方法

1　前言

氮是植物重要的營(yíng)養(yǎng)元素，但進(jìn)入天然水體過(guò)多，超過(guò)水體自凈能力后，就會(huì)惡化水質(zhì)，帶來(lái)許多危害。所以在防治水污染中，防治水體氮污染也是重要的任務(wù)之一?？偟侵杆w中所有含氮化合物中的氮含量，中國(guó)環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法》（HJ636-2012）是分析總氮的常用方法。

2　影響水中總氮測(cè)定因素

2.1玻璃比色管密封性

HJ 636-2012測(cè)定步驟中，要求取10mL待測(cè)樣品放入25mL具塞磨口玻璃比色管，再加入5mL堿性過(guò)硫酸鉀溶液，塞緊管塞，用紗布和線繩軋緊管塞后置于高壓蒸汽滅菌鍋內(nèi)消解[1]。由于消解過(guò)程中比色管內(nèi)壓力升高，較難保證每個(gè)玻璃比色管的密封性（若比色管存在密封性問(wèn)題，消解后比色管中待測(cè)樣品會(huì)顯著減少），且由于密封性原因產(chǎn)生的數(shù)據(jù)誤差十分巨大。針對(duì)這一情況，我站購(gòu)買(mǎi)了帶硅膠密封墊的旋塞比色管，經(jīng)驗(yàn)證，該比色管能在較高壓力下保持良好的密封性。

2.2玻璃器皿的洗滌及存放

實(shí)驗(yàn)所用玻璃器皿長(zhǎng)時(shí)間存放易造成二次污染，我站將玻璃器皿用無(wú)氨水洗凈后再放入10%鹽酸中煮沸10min，最后浸泡于10%鹽酸中，使用前再用無(wú)氨水多次沖洗。

2.3無(wú)氨水的制備

總氮的測(cè)定，對(duì)實(shí)驗(yàn)用水要求嚴(yán)格，我站使用杭州永潔達(dá)凈化科技有限公司UPWS-10T實(shí)驗(yàn)室超純水器制備超純水。由于該純水器為各實(shí)驗(yàn)混用，實(shí)際使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)總氮空白值較高，結(jié)合參考文獻(xiàn)，我站使用超純水再蒸餾，取蒸餾中間段餾出水(棄除蒸餾前段和后段各10%)[2]。蒸餾水制備完成后立即使用。按照HJ 636-2012步驟，其他條件均選擇最優(yōu)條件，分別使用超純水與再蒸餾水進(jìn)行空白值試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　不同實(shí)驗(yàn)室用水空白吸光度值

由上表可見(jiàn)，直接使用超純水空白值略高，使用再蒸餾水空白值＜0.030，滿足監(jiān)測(cè)要求。

2.4過(guò)硫酸鉀的選擇

HJ 636-2012中要求過(guò)硫酸鉀中含氮量＜0.0005%[1]，市售優(yōu)級(jí)純?cè)噭┏３＿_(dá)不到這個(gè)要求，致使總氮空白值偏高。我站購(gòu)買(mǎi)Fluka進(jìn)口過(guò)硫酸鉀試劑。如若購(gòu)買(mǎi)不方便則應(yīng)對(duì)過(guò)硫酸鉀進(jìn)行提純，提純方法：在1L燒杯中加入約800mL無(wú)氨水，50℃水浴鍋加熱，逐漸加入過(guò)硫酸鉀，直至飽和，然后把完全溶解的飽和溶液放在室溫中自然冷卻，再放進(jìn)4℃冰箱重結(jié)晶。(重結(jié)晶過(guò)程避免引入其他污染)，倒掉上清液用無(wú)氨水清洗幾遍，放入50℃烘箱烘干[3]。若試劑純度較差，提純一次仍無(wú)法滿足要求的，可進(jìn)行二次提純。按照HJ 636-2012步驟，其他條件均選擇最優(yōu)條件，分別使用進(jìn)口過(guò)硫酸鉀、優(yōu)級(jí)純過(guò)硫酸鉀和提純后的過(guò)硫酸鉀進(jìn)行空白值試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　不同純度過(guò)硫酸鉀空白吸光度值

由上表可見(jiàn)，過(guò)硫酸鉀純度對(duì)空白吸光度值的影響很大，選用進(jìn)口過(guò)硫酸鉀或提純后的過(guò)硫酸鉀方可滿足監(jiān)測(cè)要求。

2.5消解條件

HJ 636-2012中規(guī)定樣品消解條件為120℃～124℃消解30min，實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)該條件下空白吸光度值仍然偏高，查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)過(guò)硫酸鉀溶液在210nm～250nm波長(zhǎng)處有很強(qiáng)的特征吸收，消解時(shí)間不夠可能導(dǎo)致過(guò)硫酸鉀不完全轉(zhuǎn)化為硫酸鉀，從而使空白吸光度值偏高[4]。按照HJ 636-2012步驟，其他條件均選擇最優(yōu)條件，分別消解25、30、35、40、45min，測(cè)定空白吸光度值，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　不同消解時(shí)間空白吸光度值

由上表可見(jiàn)，消解時(shí)間過(guò)短會(huì)導(dǎo)致空白吸光度值偏高，消解時(shí)間35min以上，空白吸光度值能達(dá)到要求且趨于穩(wěn)定，因此可以稍稍延長(zhǎng)消解時(shí)間，建議消解35min～40min為宜。

2.6冷卻時(shí)間

由于工作性質(zhì)，有時(shí)要求數(shù)據(jù)時(shí)間緊急，有時(shí)樣品消解完成以后又沒(méi)有時(shí)間馬上分析，故按照HJ 636-2012步驟，其他條件均選擇最優(yōu)條件，分別放置1、2、3、4、5小時(shí)以及自來(lái)水強(qiáng)制冷卻，測(cè)定空白吸光度值，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4　不同放置時(shí)間空白吸光度值

由上表可見(jiàn)放置時(shí)間為2h～3h時(shí)空白吸光度值較低，時(shí)間緊急時(shí)采用自來(lái)水強(qiáng)制冷卻亦可達(dá)到要求，放置時(shí)間4h以上空白吸光度值偏高。

2.7實(shí)驗(yàn)室條件

實(shí)驗(yàn)室環(huán)境對(duì)總氮測(cè)定的影響很大，總氮的分析應(yīng)在無(wú)氨的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行，室內(nèi)不應(yīng)含有揚(yáng)塵、石油類(lèi)、碘離子、溴離子、六價(jià)鉻、三價(jià)鐵離子及其它的氮化合物，以免干擾[2]。

3　實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1主要實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

（1）島津UV-1800紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)及10mm石英比色皿；（2）LDZX-30KBS立式壓力蒸汽滅菌鍋；（3）DK-S28電熱恒溫水浴鍋；（4）25mL旋塞比色管；（5）無(wú)氨水；（6）氫氧化鈉（優(yōu)級(jí)純）；（7）過(guò)硫酸鉀（優(yōu)級(jí)純）；（8）鹽酸（優(yōu)級(jí)純）；（9）硝酸鹽氮標(biāo)準(zhǔn)溶液GSB05-1144-2000(102111)（500mg/L）；（10）總氮標(biāo)準(zhǔn)樣品GSBZ50026-94（203231）（1.40±0.08mg/L）。

3.2實(shí)驗(yàn)方法

按照HJ 636-2012步驟，選取前文分析最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件，作總氮校準(zhǔn)曲線，并對(duì)方法檢出限、精密度及準(zhǔn)確度進(jìn)行了測(cè)試。

3.3校準(zhǔn)曲線

校準(zhǔn)曲線結(jié)果見(jiàn)表5及圖1。

表5　總氮校準(zhǔn)曲線

其中：A220——溶液于波長(zhǎng)220nm處的吸光度

A275——溶液于波長(zhǎng)275nm處的吸光度

A0——空白溶液吸光度值

Ar——減空白后溶液吸光度值

A=A220-2A275；Ar=A-A0

圖1　總氮校準(zhǔn)曲線

計(jì)算得到總氮校準(zhǔn)曲線：y=0.0103x+0.001，r=0.9998＞0.999，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4方法檢出限

本方法檢出限計(jì)算方法采用美國(guó)EPA SW-846規(guī)定方法檢出限，如下：

式中：MDL——方法檢出限

n——樣品的平行測(cè)定次數(shù)

S——n次平行測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差

t——自由度為n-1，置信度為99%時(shí)的t分布

其中，當(dāng)自由度為n-1時(shí)，置信度為99%時(shí)的t值可參考表6取值。

表6　t值表

配置1.00mg/L總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液，平行測(cè)定7次，計(jì)算的檢出限結(jié)果如表7。

表7　總氮檢出限試驗(yàn)

由表7可見(jiàn)，方法檢出限符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.5方法精密度及準(zhǔn)確度

按標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定總氮標(biāo)準(zhǔn)樣品GSBZ50026-94（203231）及“陸埠水庫(kù)”平行雙樣，計(jì)算其相對(duì)偏差，并對(duì)“陸埠水庫(kù)”樣品進(jìn)行加標(biāo)回收測(cè)試，計(jì)算其加標(biāo)回收率。平行雙樣測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表8，加標(biāo)回收測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表9，總氮標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表10。

表8　平行雙樣測(cè)試結(jié)果

表9　加標(biāo)回收測(cè)試結(jié)果

表10　標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)試結(jié)果

由測(cè)試結(jié)果可得，方法準(zhǔn)確度及精密度均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4　結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)結(jié)合參考資料，總結(jié)出影響總氮測(cè)定結(jié)果的因素，并給出了總氮測(cè)定較為可靠的條件：（1）選用帶硅膠密封墊的旋塞比色管以保證比色管在高溫高壓下的密封性；（2）玻璃器皿用無(wú)氨水洗凈后再放入10%鹽酸中煮沸10min，最后浸泡于10%鹽酸中，使用前再用無(wú)氨水多次沖洗；（3）使用超純水再蒸餾制取無(wú)氨水；（4）選用進(jìn)口過(guò)硫酸鉀或?qū)?yōu)級(jí)純過(guò)硫酸鉀進(jìn)行重結(jié)晶提純；（5）樣品消解條件為120℃～124℃消解35min～40min；（6）實(shí)驗(yàn)室內(nèi)不應(yīng)有干擾總氮測(cè)定的化合物。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)，證明了該條件下，校準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)r、方法檢出限、方法精密度及準(zhǔn)確度均符合HJ 636-2012要求。

[1]水質(zhì)總氮的測(cè)定堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法HJ 636-2012[S].

[2]饒素梅.總氮測(cè)定中注意事項(xiàng)[J].污染防治技術(shù)，2007,20（3）：92-93.

[3]喬歡歡,李健.影響總氮空白值高的主要因素分析[J].環(huán)境與發(fā)展,2014,26(1)：177-178.

[4]黃玲,章方揚(yáng).總氮測(cè)定中空白值的影響因素及其控制方法[J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué),2013,3(1)：79-82.

葛超超（1985—），男，浙江余姚人，本科學(xué)歷，工程師，從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。