消解中的關(guān)鍵因素對總氮測定的影響探究

（云南省生態(tài)環(huán)境廳駐昆明市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站 云南 650228）

總氮是指有機(jī)氮和無機(jī)氮的總和，一般以硝酸鹽、亞硝酸鹽以及氨態(tài)氮等多種形式存在于自然水體中。總氮是水生植物生長和繁殖的重要營養(yǎng)元素，但大量的氮元素進(jìn)入自然水體后，也容易導(dǎo)致富營養(yǎng)化問題，威脅生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在環(huán)境監(jiān)測中，總氮作為一項(xiàng)重要的指標(biāo)用于評價水質(zhì)的優(yōu)劣程度，是反映環(huán)境水體所受污染程度和富營養(yǎng)化的重要指標(biāo)之一。如何進(jìn)行總氮含量的測定具有重要的意義。

但是，在總氮的測定過程中，消解是否完全、以及空白值的高低會影響測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度。對此，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及查閱相關(guān)文獻(xiàn)，針對測定總氮實(shí)驗(yàn)中關(guān)鍵性的消解影響因素進(jìn)行探討，包括消解時間以及過硫酸鉀純度。

1.實(shí)驗(yàn)部分

(1)實(shí)驗(yàn)儀器

UV-1700型紫外分光光度計(jì)（上海美析儀器有限公司）；

具10mm的石英比色皿；

LDZX-50KBS立式高壓蒸汽滅菌器（上海申安醫(yī)療器械廠）；

25ml具塞磨口玻璃比色管。

(2)主要試劑

硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)使用液（10.0mg/L）：臨用前，由產(chǎn)品編號為GSB04-2837-2011(b)質(zhì)量濃度為1000mg/L國家標(biāo)準(zhǔn)樣品硝酸鉀溶液稀釋而得；

過硫酸鉀（由美國Sigma-Aldrich生產(chǎn)，純度≥99.0%）；

氫氧化鈉（優(yōu)級純，天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司，純度≥98.0%）；

鹽酸（優(yōu)級純，四川西隴科學(xué)有限公司）；

實(shí)驗(yàn)用水為新制備的去離子水。

(3)實(shí)驗(yàn)原理及步驟

①原理

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《水質(zhì)總氮的測定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》（HJ 636-2012，以下簡稱為《標(biāo)準(zhǔn)》），在120℃～124℃下，堿性過硫酸鉀溶液將樣品中含氮化合物的氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，并通過紫外分光光度法在220nm和275nm的波長處分別測定吸光度A220和A275，根據(jù)公式（1）計(jì)算校正后的吸光度A，總氮含量（以N計(jì)）與校正后的吸光度A成正比。

②步驟

校準(zhǔn)曲線圖：在帶塞子的25ml玻璃比色管中分別測量0.00ml、0.20ml、0.50ml、1.00ml、3.00ml、7.00ml硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液，其相應(yīng)的總氮含量（以N計(jì)）為0.00μg、2.00μg、5.00μg、10.0μg，30.0μg和70.0μg。用水稀釋至10.00ml，然后加入5.00ml堿性過硫酸鉀溶液，關(guān)閉試管塞，并用紗布和細(xì)繩系住試管塞以防止其彈出。將比色管放入高壓蒸汽滅菌器中，將其加熱至頂部壓力閥以吹入空氣，關(guān)閉閥，繼續(xù)加熱至120℃至124℃之間，并消化30min。自然冷卻，打開閥門放氣，拆下鍋蓋，取出比色管并冷卻至室溫，按住管塞以將比色管中的液體倒置并充分混合2至3次（若比色管在消解過程中出現(xiàn)管口或管塞破裂，應(yīng)重新取樣分析）。

2.消解時間對總氮測定的影響探究

消解時間不足將導(dǎo)致總氮消解不完全，影響測定結(jié)果，國標(biāo)規(guī)定的消解時間是30min，因此將設(shè)置幾組不同的消解時間梯度，分別探究不同的消解時間對空白吸光值、標(biāo)準(zhǔn)曲線的影響，也以實(shí)際水樣為例，選擇最佳的總氮消解時間。

(1)消解時間對空白吸光值的影響

消解時間對空白吸光值的影響如圖1。從圖1可以看出，隨著消解時間的增加，空白樣品的吸光度值逐漸下降，在40min以上（包括40min）時，空白值小于0.030（《標(biāo)準(zhǔn)》質(zhì)控要求空白試驗(yàn)的校正吸光度Ab小于0.030）；在消解時間大于等于為50min時，空白吸光度值下降到最低且保持穩(wěn)定。

圖1 總氮空白值隨消解時間變化示意圖

(2)消解時間對總氮工作曲線繪制的影響

按照1.3.1，配制標(biāo)準(zhǔn)使用液，每個濃度的標(biāo)準(zhǔn)使用液各7份，按照0.00μg、2.00μg、5.00μg、10.0μg、30.0μg、70.0μg6個濃度為一組，配制7組，在120℃下，消解不同的時間，測其吸光度值，繪制校準(zhǔn)曲線。結(jié)果如下圖2。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)隨消解時間變化示意圖

由圖2可以看出，隨著消解時間的增加，校準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)r逐漸上升，在消解時間大于45min（包括45min）時，相關(guān)系數(shù)r大于0.999，滿足標(biāo)準(zhǔn)HJ 636-2012質(zhì)控要求（校準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)r大于等于0.999）；但50min時相關(guān)系數(shù)r達(dá)到最高。

3.過硫酸鉀純度對總氮測定的影響探究

根據(jù)總氮的測定標(biāo)準(zhǔn)，要求測定總氮的空白值低于0.030，而總氮的空白值會受到過硫酸鉀純度以及質(zhì)量、含氮量的影響。因此，在實(shí)驗(yàn)過程中選擇含氮量低、優(yōu)級純或者分析純的過硫酸鉀，才能滿足國標(biāo)要求的空白值。含氮化合物量過高、質(zhì)量差的過硫酸鉀不僅會引起空白值增大（甚至吸光值＞1），標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性較差，靈敏度不理想，而且會導(dǎo)致無法比色。從市場上購得的過硫酸鉀質(zhì)量和純度都難免有差異，甚至有些廠家的實(shí)際含氮量也達(dá)不到國標(biāo)要求的低于0.0005%的要求，使用這些不達(dá)標(biāo)的過硫酸鉀消解，會導(dǎo)致總氮標(biāo)準(zhǔn)曲線空白值的偏高，從而影響總氮測定數(shù)據(jù)。

分別選取國內(nèi)外4個不同廠家生產(chǎn)的過硫酸鉀，均為AR級別，分別以A、B、C、D表示，根據(jù)HJ 636-2012的方法，使用無氨水與優(yōu)級純的氫氧化鈉配制成堿性溶液，并進(jìn)行空白測定，每種不同的過硫酸鉀各有5個平行樣，消解45min后測定其吸光值，使用公式（A=A220-2A275）計(jì)算后進(jìn)行比較，測定的結(jié)果如表1所示：

表1 過硫酸鉀空白試驗(yàn)吸光度表

從上述結(jié)果可知，C與D廠家的過硫酸鉀質(zhì)量符合總氮的測定標(biāo)準(zhǔn)的空白吸光值要求（低于0.030），但C相較于D而言，組內(nèi)偏差較大，可能導(dǎo)致空白值不穩(wěn)定。由此可見，D的空白試驗(yàn)結(jié)果較好，建議總氮測定實(shí)驗(yàn)時，選擇D廠家的過硫酸鉀消解，能夠很好地降低總氮的空白值。

而國產(chǎn)的A、B、C過硫酸鉀，僅有C型的過硫酸鉀符合標(biāo)準(zhǔn)，但其組內(nèi)偏差較D比較高，實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)性較差，可能造成總氮空白值不穩(wěn)定，就其而言，其效果不如D廠家。A、B廠家的過硫酸鉀均不符合標(biāo)準(zhǔn)，不建議選擇。

4.結(jié)論

（1）消解時間對總氮的測定存在影響，由本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，消解時間不足會引起空白值偏高，標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)較差，同時導(dǎo)致水樣消解不完全，而引起水樣的吸光度不穩(wěn)定。

（2）過硫酸鉀的純度高低會對總氮的空白值產(chǎn)生影響。但是不同廠家的過硫酸鉀，純度以及質(zhì)量不同，導(dǎo)致其試劑含氮量存在差異。一般純的過硫酸鉀中，其總氮含量最高不會超過0.0045%。使用不符合標(biāo)準(zhǔn)的試劑會引起空白測試值高的問題。因此，為確?？偟獪y定的準(zhǔn)確性，有必要使用優(yōu)質(zhì)的過硫酸鉀試劑。

（3）根據(jù)不同過硫酸鉀的空白試驗(yàn)結(jié)果，過硫酸鉀在總氮測定實(shí)驗(yàn)中作為氧化劑，所以堿性過硫酸鉀的配置是總氮實(shí)驗(yàn)中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一旦純度不夠，會對消解效果、測定結(jié)果以及空白值產(chǎn)生影響。因此，應(yīng)選擇高純度，優(yōu)質(zhì)，低氮含量的過硫酸鉀。如果試劑的質(zhì)量不能滿足總氮測定標(biāo)準(zhǔn)的要求，則需要通過重結(jié)晶進(jìn)行純化，以使數(shù)據(jù)結(jié)果更加可靠。