水質(zhì)總氮的測定凱氏蒸餾

摘要：總氮是國家對(duì)水質(zhì)監(jiān)測的一項(xiàng)重要指標(biāo)，往往直接反映出水體是否出現(xiàn)富營養(yǎng)化，可以對(duì)水體的污染情況和水體的自我凈化能力進(jìn)行很好的評(píng)估?，F(xiàn)在我國環(huán)境實(shí)驗(yàn)室普遍應(yīng)用的HJ 636-2012《水質(zhì) 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》來判斷水體總氮含量指標(biāo)。但是我國目前市售的過硫酸鉀不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求導(dǎo)致很多實(shí)驗(yàn)室不能順利用該方法進(jìn)行總氮的測定。用定氮合金轉(zhuǎn)化法來對(duì)總氮進(jìn)行測定，可有效避免因試劑純度，環(huán)境因素等不確定條件對(duì)試驗(yàn)帶來的影響。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)檢測;總氮;定氮合金;環(huán)境檢測

中圖分類號(hào)：X832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）01-0-02

Abstract：Total nitrogen is an important indicator for water quality monitoring in the country，which often directly reflects whether eutrophication occurs in the water body， and can well evaluate the pollution of the water body and the self-purification ability of the water body.HJ 636-2012 “Determination of Total Nitrogen in Water Quality” is currently widely used in Chinas environmental laboratories to determine the total nitrogen content of water by the potassium potassium persulfate digestion UV spectrophotometry method.However，the potassium persulfate currently on the market in China cannot meet the standard requirements， resulting in many laboratories not being able to use this method for the determination of total nitrogen.The determination of total nitrogen by the fixed nitrogen alloy conversion method can effectively avoid the influence of uncertain conditions such as reagent purity and environmental factors on the test.

Key words：Water quality testing;Total nitrogen;Nitrogen-fixing alloy;Environmental testing

隨著國家對(duì)環(huán)境監(jiān)測的要求日益嚴(yán)格，多數(shù)地區(qū)對(duì)總氮的要求也隨之增高。而對(duì)于現(xiàn)在普遍應(yīng)用的測定方法為HJ 636-2012《水質(zhì) 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》。該方法雖具有操作簡便，靈敏度高，檢出限低等優(yōu)點(diǎn)，但開展該試驗(yàn)所需的試劑過硫酸鉀往往含氮量較高，且配制過程中會(huì)因操作不當(dāng)使試劑失效，不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室很難對(duì)其空白背景值進(jìn)行有效把控。

現(xiàn)用消煮定氮合金轉(zhuǎn)化法對(duì)總氮進(jìn)行測定，可以有效避免試劑中含氮量的影響，且本方法的精密度，正確度均可滿足對(duì)生活污水、工業(yè)廢水以及地表水中對(duì)總氮測定的要求。

本文分別對(duì)水體的硝酸鹽氮，亞硝酸鹽氮，氨氮，有機(jī)氮以及將上述含氮物質(zhì)的混合樣品分別轉(zhuǎn)化成氨氮，通過計(jì)算其轉(zhuǎn)化率，來判斷含氮物質(zhì)是否完全轉(zhuǎn)化成氨氮以確定本方法是否有效。

因?yàn)榄h(huán)境水質(zhì)中主要成分為硝酸鹽氮，有機(jī)氮，氨氮等，所以本方法未對(duì)疊氮化合物、偶氮、連氮、氰類等含氮化合物進(jìn)行檢驗(yàn)。

1 基本原理

有機(jī)氮經(jīng)過量的硫酸鹽在酸性和高溫環(huán)境下轉(zhuǎn)化成硫酸氫銨，游離氨和銨鹽也轉(zhuǎn)化成硫酸氫銨。在堿性環(huán)境下，硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮與定氮合金反應(yīng)生成氨氣溢出用吸收液吸收，用加熱蒸餾的方式將水體中銨離子以及溶于水的氨釋放出來，用吸收液吸收。最后用納氏試劑分光光度法對(duì)餾出液的氨氮含量進(jìn)行測定。

2 實(shí)驗(yàn)過程

2.1 試劑

若沒有特殊說明，均為分析純?cè)噭?，?shí)驗(yàn)室用水為無氨水。

（1）亞硝酸鈉（優(yōu)級(jí)純）。

（2）硝酸鉀（優(yōu)級(jí)純）。

（3）氯化銨（優(yōu)級(jí)純）。

（4）尿素。

（5）硫酸肼。

（6）磺胺。

（7）甘氨酸。

（8）硫酸，ρ=1.84g/mL。

（9）氫氧化鈉。

（10）硫代硫酸鈉。

（11）硫酸汞。

（12）酒石酸鉀鈉。

（13）納氏試劑。

（14）硫酸鉀（優(yōu)級(jí)純）。

（15）定氮合金。

（16）氫氧化鈉-硫代硫酸鈉溶液：稱取500g氫氧化鈉溶于水，另取25g硫代硫酸鈉溶于上述溶液，定容至1L，混勻。

（17）硫酸汞溶液：稱取2.74g硫酸汞溶于40mL（1+5）硫酸中。

（18）硫酸吸收液：吸取0.54mL硫酸（ρ=1.84g/mL）溶于水中，冷卻至室溫后定容至1L。

（19）酒石酸鉀鈉溶液：稱取100g酒石酸鉀鈉溶于水，加熱煮沸后，冷卻至室溫，定容至200mL。

（20）氯化銨使用液：稱取經(jīng)105℃高溫干燥并冷卻至室溫的氯化銨3.8190g，用無氨水定容至1L，此時(shí)溶液含氮量為1000mg/L。逐級(jí)稀釋至含氮量為10mg/L時(shí)為使用液。

（21）硝酸鹽氮使用液：稱取經(jīng)105℃高溫干燥并冷卻至室溫的硝酸鉀7.2195g，用無氨水定容至1L，此時(shí)溶液含氮量為1000mg/L。逐級(jí)稀釋至含氮量為1mg/L時(shí)為使用液。

（22）亞硝酸鹽使用液：稱取經(jīng)105℃高溫干燥并冷卻至室溫的亞硝酸鈉4.9268g，用無氨水定容至1L，此時(shí)溶液含氮量為1000mg/L。逐級(jí)稀釋至含氮量為1mg/L時(shí)為使用液。

（23）尿素使用液：稱取經(jīng)105℃高溫干燥并冷卻至室溫的尿素4.9268g用無氨水定容至1L，此時(shí)溶液含氮量為1000mg/L。逐級(jí)稀釋至含氮量為1mg/L時(shí)為使用液。

（24）硫酸肼使用液：稱取硫酸肼0.929g，溶于（1+9）硫酸中，用（1+9）硫酸定容至100mL，此時(shí)溶液含氮量為1000mg/L。逐級(jí)稀釋至含氮量為1mg/L時(shí)為使用液。

（25）磺胺使用液：稱取1.23磺胺，溶于（1+9）鹽酸中，用（1+9）鹽酸定容至100mL，此時(shí)溶液含氮量為1000mg/L。逐級(jí)稀釋至含氮量為1mg/L時(shí)為使用液。

（26）甘氨酸使用液：稱取5.362g甘氨酸溶于水中，用無氨水定容至1L，此時(shí)溶液含氮量為1000mg/L。逐級(jí)稀釋至含氮量為1mg/L時(shí)為使用液。

2.2 儀器和耗材

（1）全玻璃蒸餾裝置：由全玻璃蒸餾水器，配套蛇形冷凝管，100mL具塞量筒作為吸收瓶。

（2）控溫電熱套。

（3）可見分光光度計(jì)：配有20mm玻璃比色皿。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）取50mL樣品倒入500mL全玻璃蒸餾水器中，加入10mL濃硫酸，混勻后加入2mL硫酸汞溶液，6g硫酸鉀和玻璃珠，混勻。置于通風(fēng)櫥內(nèi)加熱煮沸至冒白煙。待溶液清澈后，蓋好塞子，繼續(xù)微沸30min。[1]

（2）取下微微放涼，加入100mL水，繼續(xù)放冷至室溫。加入40mL氫氧化鈉-硫代硫酸鈉溶液。此時(shí)瓶底應(yīng)呈現(xiàn)堿液層。加入1.0g定氮合金，迅速連接蒸餾裝置。[2]用20mL硫酸吸收液連接蒸餾裝置餾出口，確保餾出口在液面1.5cm之下。靜置1h。加熱蒸餾，待餾出液為90mL時(shí)，停止蒸餾，取出調(diào)節(jié)pH在7～9之間。

（3）取50mL（濃度過高可酌情少取后稀釋至標(biāo)線）餾出液于50mL干燥潔凈的比色管中，加入1mL酒石酸鉀鈉溶液，混勻后加入1mL納氏試劑，混勻后放置10min。[3]

（4）在420nm波長處，用20mm比色皿測定吸光度。

（5）空白試驗(yàn)：“取50mL無氨水，其余按照3.3.1-3.3.4步驟同步進(jìn)行”。

2.4 校準(zhǔn)曲線的繪制

取8個(gè)干燥潔凈的50mL比色管，分別加入0.0mL、0.5mL、1.0mL、2.0mL、4.0mL、6.0mL、8.0mL、10.0mL氯化銨使用液，此時(shí)溶液的含氮量為0μg、5μg、10μg、20μg、40μg、60μg、80μg、100μg。用無氨水將各比色管定容至標(biāo)線，之后按照3.3.4步驟進(jìn)行測定。橫坐標(biāo)為濃度，縱坐標(biāo)為吸光度位置繪制校準(zhǔn)曲線。

3 結(jié)果與檢驗(yàn)

3.1 校準(zhǔn)曲線的繪制

采用納氏試劑分光光度法繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，繪制結(jié)果見下表：

3.2 轉(zhuǎn)化率檢驗(yàn)

根據(jù)轉(zhuǎn)化率檢驗(yàn)，可得知本方法適用的含氮物質(zhì)類型，本次驗(yàn)證的含氮物質(zhì)分別為：硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮、有機(jī)氮、肼氮。其中有機(jī)氮包括：尿素氮、磺胺氮、甘氨酸氮。實(shí)測的吸光度根據(jù)上述校準(zhǔn)曲線計(jì)算含氮量，與理論含氮量對(duì)比得出含氮物質(zhì)轉(zhuǎn)化率。

下表表示上述各類型的含氮物質(zhì)的轉(zhuǎn)化情況。

由上表可得出，硝酸鹽氮，亞硝酸鹽氮，有機(jī)氮均可轉(zhuǎn)化成氨，且氨氮可有效被穩(wěn)定蒸出，被硫酸吸收液吸收。但以肼類存在的氮卻不能轉(zhuǎn)化，故本方法不適用含有大量肼類物質(zhì)的水體。

3.3 精密度及正確度檢驗(yàn)

現(xiàn)對(duì)馬欄河水進(jìn)行總氮含量測定，平行測定6次。根據(jù)6次平行試驗(yàn)計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，根據(jù)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差判斷精密度是否良好。同時(shí)做6次加標(biāo)試驗(yàn)，以氯化銨使用液作為標(biāo)準(zhǔn)溶液，向6個(gè)平行樣品同時(shí)加入相同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定，通過總氮質(zhì)量計(jì)算其加標(biāo)回收率是否良好。

4 結(jié)論

根據(jù)實(shí)驗(yàn)可得，凱氏蒸餾-定氮合金轉(zhuǎn)化法測定水體總氮含量可行性很高，該方法均可將硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、有機(jī)氮有效轉(zhuǎn)化成氨氮。除特殊工廠會(huì)排放其他類型的含氮物質(zhì)（如連氮、偶氮、肼類氮、氰化物等無機(jī)氮），其余水體（包括地表水和地下水）中含氮化合物主體成分主要為硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、有機(jī)氮和氨氮。經(jīng)本方法驗(yàn)證，基本含氮物質(zhì)轉(zhuǎn)化率合格，對(duì)水體進(jìn)行精密度和準(zhǔn)確度檢驗(yàn)合格，在理論和實(shí)際操作實(shí)驗(yàn)方向證實(shí)了該方法的可行性。

本方法優(yōu)點(diǎn)：在干擾條件很多時(shí)，使用本方法具有準(zhǔn)確度。

本方法缺點(diǎn)：操作繁瑣復(fù)雜，耗時(shí)長，且試劑消耗量較大。

本方法對(duì)于不能有效將過硫酸鉀提純的實(shí)驗(yàn)室提供了一個(gè)暫時(shí)性的可行方法。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T 11891-1989.水質(zhì) 凱氏氮的測定[S].

[2]GB/T 609-2018.化學(xué)試劑總氮量測定通用方法[S].

[3]HJ 535-2009.水質(zhì) 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法[S].

收稿日期：2019-12-05

作者簡介：于凈民（1990-），男，漢族，本科學(xué)歷，初級(jí)職稱，研究方向?yàn)榄h(huán)境檢測。