光度法測定凱氏氮存在的問題研究

周詩雨 仇午丹 趙晨晨

（1、浙江人欣檢測研究院股份有限公司，浙江 寧波315000 2、浙江中環(huán)瑞藍科技發(fā)展有限公司，浙江 寧波315000）

隨著生態(tài)環(huán)境逐漸惡化，湖泊與水體富氧氧化現(xiàn)象普遍，凱氏氮是利用凱氏法對氮含量進行測量，可對水體富營養(yǎng)化程度進行有效評價。運用光度法測定凱氏氮，具有操作簡便、快速高效、試劑穩(wěn)定等優(yōu)勢，從而得到廣泛應(yīng)用。在水樣采集完畢后開展實驗，在原有技術(shù)的基礎(chǔ)上加入特定的氫氧化鈉，繪制硼酸和氫氧化鈉體系校正曲線，使回收率得到極大提升，與實驗要求充分滿足。

1 凱氏氮測定方法

凱氏氮是利用凱氏法對氮含量進行測量，包括氨氮轉(zhuǎn)化為銨鹽后測定的有機氮化合物，該物質(zhì)包含氨基酸、蛋白質(zhì)、核算與尿素等，但不含有硝基化合物、疊氮化合物等等。在環(huán)境水中蘊含的氮以亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮為主，當(dāng)水體受到污染后，導(dǎo)致大量有機氮融入其中，在微生物作用下分解，對水中溶解氧進行消耗，由此導(dǎo)致水質(zhì)惡化。現(xiàn)階段，國內(nèi)飲用水源調(diào)查是以凱氏氮為關(guān)鍵指標(biāo)，如若該項指標(biāo)超出設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，則說明水體受到污染，特別是對水中三種無機氮化合物一同測量時，有利于對水系自凈能力、污染程度進行分析，為湖泊與水庫富營養(yǎng)化評價提供有利指標(biāo)[1]。

2 光度法測定凱氏氮實驗分析

2.1 儀器與試劑

該實驗主要利用型號為U-3410 紫外可見分光光度計、凱氏氮消解裝置、蒸餾裝置與分析天平。所用試劑包括硫酸鉀、氯化銨、硼酸、氫氧化鈉、六十酸鉀鈉，除氯化銨為優(yōu)級純度之外，剩余均為分析純，實驗用水為無氨水。

2.2 實驗方法

在校正曲線繪制方面，準(zhǔn)備8 個容量為50ml 的實驗瓶，每個瓶中加入濃度為12%、劑量為10.00ml 的硼酸溶液，與10.00ml 的氫氧化鈉溶液，搖晃均勻后，分別按照0、0.5、1.0、2.0、3.0、5.0、7.0、10.0ml 的氯化銨，再將1.0ml 的硫酸鉀鈉與1.5ml的納氏試劑加入其中，經(jīng)過稀釋后搖晃均勻，沉淀10 分鐘后用比色皿測量吸光度，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。在樣品分析方面，選擇適量的河水樣品，將其放入容量為500ml 的凱氏瓶中，將10ml 的濃硫酸、2ml 的硫酸銅、6g 硫酸鉀與若干玻璃珠加入其中，搖晃均勻后放在通風(fēng)柜中加熱，直至沸騰，將三氧化硫加入其中使溶液變得清澈，對熱源調(diào)整后保持微沸狀態(tài)30min，在常溫下冷卻后加入250ml 的水，攪拌均勻，當(dāng)采集蒸餾液200ml 后停止操作[2]。

2.3 結(jié)果與討論

2.3.1 氫氧化鈉溶液加入量

采用特定的氯化銨與硼酸溶液量，分別加入不同體積的1mol 氫氧化鈉溶液，根據(jù)校正曲線實驗方式對吸光度進行測定，并對實驗現(xiàn)象細致觀察，結(jié)果如表1 所示。該實驗中硼酸用量為推薦值，在50ml 的容量瓶中將濃度為2%、劑量為10ml 的硼酸吸收液加入其中，使其與實際樣品條件一致；氯化鈉的用量為5.0ml。根據(jù)表1 可知，當(dāng)氫氧化鈉溶液量過多或者過少時，膠體溶液均不夠穩(wěn)定，吸光度與溶液加入量之間為正比關(guān)系，后者隨前者的增加而提升。對此，在實驗中應(yīng)嚴格把控氫氧化鈉的用量。實驗表明，當(dāng)該試劑用量為10ml 時，有色膠體溶液的穩(wěn)定期最長，可將1mol 的氫氧化鈉溶液10ml 與硼酸中和，使膠體處于最佳穩(wěn)定狀態(tài)。

表1 NaOH 加入量與吸光度關(guān)系

2.3.2 氫氧化鈉與硼酸物質(zhì)量比例與用量

在只改變硼酸與物質(zhì)量的比例，剩余條件固定的情況下，對膠體穩(wěn)定性與吸光度的關(guān)系進行分析。當(dāng)二者比例為0.3:1時，吸光度與膠體穩(wěn)定期呈正比關(guān)系。在物質(zhì)量比例固定不變下，其他溶液加入量變化對吸光度產(chǎn)生更大影響，實驗結(jié)果如表2。根據(jù)該表數(shù)據(jù)可知，當(dāng)二者體積發(fā)生改變時，對膠體穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響較小，吸光度與二者體積具有正比關(guān)系。如若二者體積在0-8ml 之間時，與水樣吸收液添加量不符，本次實驗在創(chuàng)建校正曲線時，選用濃度為2%，劑量為10ml 的硼酸與10ml 的氫氧化鈉溶液作為校正溶液，用于縮短實際樣品測定期間的誤差。

2.3.3 校正與標(biāo)準(zhǔn)曲線對比

按照本文實驗方式繪制校正曲線，與標(biāo)準(zhǔn)曲線一同測定，根據(jù)測定結(jié)果可知，校正曲線斜率與標(biāo)準(zhǔn)曲線有所區(qū)別，因?qū)嶋H樣品測定中已經(jīng)應(yīng)用了硼酸與氫氧化鈉溶液。因此，為了使測定結(jié)果更貼近真實值，務(wù)必要利用與測定要求充分相符的校正曲線進行分析。在準(zhǔn)確性檢測中，按照上述方式對某河水樣品進行分析，對凱氏氮回收率進行實驗。根據(jù)結(jié)果可知，利用校正曲線測定的凱氏氮含量結(jié)果更加可靠，樣品回收率在98-100%之間。在精密度檢測中，按照上述方式對某河水樣品進行分析，開展平行樣實驗，通過校正曲線法對樣品中凱氏氮含量進行測定。

根據(jù)實驗結(jié)果可知，平行實驗結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.36%，曲線法測定結(jié)果精密度更為理想。

表2 兩種溶液用量影響

3 光度法測定凱氏氮問題的修正措施

3.1 取樣具有代表性

在天然水源中蘊含多種雜質(zhì)，根據(jù)存在形態(tài)與顆粒大小的不同可分為不同形態(tài)，即膠體物、懸浮物與溶解物。其中，懸浮物的特點在于動水中以懸浮狀態(tài)存在，但在靜水中根據(jù)自重的不同上浮或者下沉。在地面水中無極懸浮物以泥沙為主，還包括礦物質(zhì)廢渣、大粒徑粘土等等，此類物質(zhì)自重較大，容易下沉；有機懸浮物的大小與來源不同，包括水草與小型浮游生物等等，主要源于污水、廢水之中；天然水中具有各類蛋白質(zhì)、粘土膠體等等，前者是有機物分解階段產(chǎn)生，后者為無機顆粒，可提高水的渾濁度，導(dǎo)致水體變色，如在腐蝕物質(zhì)影響下使水體變黃或者變?yōu)楹稚?。因此，在實驗選樣階段應(yīng)確保均勻，具有代表性，免受主觀因素影響，且樣品采集后應(yīng)及時分析，確保分析結(jié)果準(zhǔn)確。

3.2 濃縮與消解同步開展

為了提高實驗結(jié)果準(zhǔn)確性，濃縮與消解應(yīng)同步開展，將操作流程進行簡化，由此節(jié)約更多時間，只要在上述操作中注重關(guān)鍵環(huán)節(jié)，針對相同樣品實施兩次消費與蒸餾，測得值重現(xiàn)性良好。針對相同地點在不同時間內(nèi)兩次取水，采用滴定法對凱氏氮值進行測定，從中選出最佳指標(biāo)制定最終實驗方案。此外，應(yīng)加強消化階段的控制。以添加劑用量為主，國際標(biāo)準(zhǔn)為0.2g硫酸銅與6g 無水硫酸鉀，二者比例為1:30。如若添加量過多，消化液容易結(jié)塊，轉(zhuǎn)移難度增加；如若添加量較少，消化時間會延長，還會導(dǎo)致消化不完全。濃硫酸用量應(yīng)根據(jù)樣品含水量、重量、蛋白質(zhì)含量靈活調(diào)整。對于大體積、輕重量的產(chǎn)品來說，可適當(dāng)增加濃硫酸用量，究其原因，此類樣品消化中濃硫酸對脫水、消化時的消耗量提升，如若添加濃硫酸量不足，很容易在碳化階段被燒干。在消化溫度方面，可通過循序加熱的方式，初始溫度為200-300℃，待試樣泡沫消失后逐漸提高溫度，達到360-600℃。當(dāng)消化液定容后，在瓶口上加上漏斗，用少量蒸餾水多次洗滌燒瓶與漏斗，減少因誤差導(dǎo)致測定結(jié)果偏低的情況。在轉(zhuǎn)移完畢后禁止立即定容，而是要將其冷卻到室溫狀態(tài)后再定容。

3.3 做好蒸餾工作

實驗者應(yīng)明確預(yù)蒸餾的重要意義，在蒸餾器正式應(yīng)用之前，先將蒸餾水與NaOH 溶液混合起來實施預(yù)蒸餾，直到蒸出液無氨為止。儀器每次停用時間超過4 小時便會累積氨氣，再次使用時便要進行預(yù)蒸餾，確保管內(nèi)壁附著的氨得到有效沖洗。同時，還應(yīng)對蒸餾器嚴密性進行檢驗。在蒸餾作業(yè)中，為避免氨逃逸造成損失。在添加濃NaOH 溶液之前應(yīng)將冷凝管與蒸餾瓶相連，然后緩慢的將濃堿液注入其中，馬上蒸餾。因氨具有較強的揮發(fā)性，快速蒸餾可將損失降到最低，使實驗結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。最后，還應(yīng)對蒸餾溫度進行嚴格控制。蒸餾裝置形式較多，大多采用水蒸氣蒸餾與直接蒸餾兩種形式，根據(jù)測定溶液含量與體積的不同，靈活選擇常量與半微量蒸餾。當(dāng)上述兩種形式聯(lián)合應(yīng)用時，務(wù)必要對溫度嚴格控制，如若蒸餾出現(xiàn)暴沸情況，很容易導(dǎo)致吸收液溫度提升，導(dǎo)致氨的大量損失，特別是以硼酸為吸收液的情況下，更要注重溫度合理。

3.4 加強滴定與測定控制

在實驗全過程中滴定屬于最后一個環(huán)節(jié)，其重要性不言而喻，應(yīng)做好滴定控制工作，否則前面工作將會失去意義。在正式滴定前將溶液瓶搖晃均勻，將酸式滴定瓶沖洗2-3 次后加入鹽酸溶液，使內(nèi)部氣泡排除，記錄刻度值后正式滴定。在滴定過程中應(yīng)掌控好速度，接收液從淺綠色朝著無色轉(zhuǎn)變時放慢速度，逐一滴入鹽酸標(biāo)液，到接收液變成淺紅色時結(jié)束，禁止滴量過多。在空白測定階段，額外選取兩個凱氏瓶，將相同劑量的試樣加入其中。根據(jù)實踐經(jīng)驗可知，空白測定無需每次都開展，可隔一段時間開展一次。但是在更換實際、標(biāo)準(zhǔn)液時必須要開展空白測定。如若空白值超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，大多是因所用試劑級別不純、蒸餾水不純、玻璃器皿清潔不到位所致，需要對原因深入分析。

綜上所述，在對水體富營養(yǎng)化評價中，凱氏氮屬于重要指標(biāo)之一。本文利用光度法對凱氏氮進行測定，充分發(fā)揮該方法試劑穩(wěn)定、靈敏性強等特點。根據(jù)實驗結(jié)果表明，氫氧化鈉具有增敏效果，并要采用校正曲線保證結(jié)果準(zhǔn)確性。為了修正實驗測定問題，應(yīng)選取具有代表性的試樣，并加強對消化、蒸餾、滴定與測定等環(huán)節(jié)的控制，才可使實驗結(jié)果更加準(zhǔn)確，更好的解決實際問題。