堿性過硫酸鉀法測定水中總氮的研究

謝 聃

（梅州市蕉玲生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，廣東 梅州 514100）

近些年來，隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展和進步，城市化進程也不斷加快，隨之而來的是水質(zhì)環(huán)境污染也逐漸嚴重，對自然環(huán)境和人體健康造成威脅與影響。在當下，水質(zhì)環(huán)境的污染已經(jīng)成為世界各國主要面臨的挑戰(zhàn)。我國的水質(zhì)污染形勢相對嚴峻，對人體健康所造成的不良影響也逐漸地凸顯?；诖耍枰归_水質(zhì)環(huán)境的檢測和分析，探尋出快速檢測的方式方法，并對其進行合理科學的控制，以此來判斷污染源，進行控制治理[1]。在水質(zhì)總氮的測定當中，可以分為多種方式，其中包括流動注射-鹽酸萘乙二胺分光光度法與堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法。在流動注射法當中，主要是在堿性的介質(zhì)和硫酸鹽產(chǎn)生氧化反應(yīng)之后，利用鎘柱來進行還原，轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽物質(zhì)，之后可以在酸性的介質(zhì)當中產(chǎn)生重氮化的反應(yīng)，在鹽酸鈉乙二胺偶聯(lián)的作用下生成一種紫紅色的化和物質(zhì)。堿性過硫酸鉀法主要是，在規(guī)定的條件范圍內(nèi)，進行樣品懸浮物質(zhì)的測定以及氮綜合的求解。

1 總氮定義及其測定原理

總氮，主要指的是水體樣本當中所包含的溶解態(tài)氮以及懸浮物當中包含的氮，兩者的總和。在進行測定的原理當中，主要指的是水樣當中所包含的含氮物質(zhì)在實驗體系的溫度下進行轉(zhuǎn)化，其中一般溫度都在120 ℃到124 ℃之間，加入堿性過硫酸鉀溶液之后自身轉(zhuǎn)化為硝酸鹽物質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化的試液放置在紫外分光光度計當中進行測定，其中需要確保波長220 nm和275 nm位置處都要進行測定，根據(jù)水體當中包含的總氮含量和校正吸光度之間產(chǎn)生的比例關(guān)系來進行判斷，其中可以借助于標準曲線法進行測量[2]。

2 實驗部分

2.1 實驗試劑及儀器

在本文當中，主要應(yīng)用到的試劑有氫氧化鈉、過硫酸鉀、鹽酸、堿性過硫酸鉀溶液（其中在堿性過硫酸鉀的制作過程當中，需要借助于40 g的過硫酸鉀和15 g的氫氧化鈉，兩者溶解于超純水當中，將其稀釋到1 000 mL即可）、1+9鹽酸、硝酸鉀的標準溶液以及氨氮的標準溶液。在該實驗當中主要應(yīng)用到的儀器當中，主要是利用T6新世紀的紫外可見分光光度計、1 cm的石英比色皿、YX-280D的高壓蒸汽滅菌器[3]。

2.2 實驗過程

在實驗過程中，需要根據(jù)HJ 636-2012標準來實現(xiàn)樣品的采集、試樣的制備以及試劑溶液的配置。借助移液器將10.00 mL的樣品放置于25 mL的比色管當中，并在其中添加5.00 mL的堿性過硫酸鉀溶液，利用紗布和細繩或者塑料膠布包扎之后，將其放置于立式壓力蒸汽滅菌器內(nèi)進行加熱，直到頂壓閥吹氣，就可以關(guān)閉閥門，然后繼續(xù)加熱到120 ℃，在此過程中，需要在120 ℃到124 ℃的區(qū)間范圍內(nèi)保持30 min的加熱時間，等到冷卻之后就可以放氣，再等到比色管內(nèi)部的試液逐漸恢復到室溫狀態(tài)后就可以進行搖勻，并在其中加入1.00 mL的鹽酸溶液用水進行稀釋到一定刻度后，就可以取出適量的試液放置在石英比色皿中。在比色過程中，可以利用水作為參考，在TU-1950紫外分光光度計的作用下對波長在220 nm和275 nm位置處進行吸光程度的測定。

2.3 實驗關(guān)鍵點分析

2.3.1 數(shù)值偏高、精密程度差

在實驗過程當中，出現(xiàn)了空白值的數(shù)值偏高且精密程度相對較差的現(xiàn)象，在進行水中總氮測定的過程當中，產(chǎn)生此種現(xiàn)象的主要原因多種多樣，包含多個方面的因素，其中實驗用水、關(guān)鍵試劑、比色皿潔凈度、消解后開塞前是否搖勻等，在每一個環(huán)節(jié)都需要謹慎處理。

在實驗用水方面，標準中規(guī)定實驗需要利用無氨水或者新制備的去離子水。經(jīng)過對不同的水進行對比，結(jié)果如表1所示。其中，新制備的無氨水、高純水、市場購買的純凈水A和B在實驗的空白校正吸光度方面都符合要求，但是去離子水不能滿足實驗需求，造成此種現(xiàn)象的主要原因可能是因為實驗室的輸水管道比較長，產(chǎn)生了氮污染的現(xiàn)象。因此在實驗室進行實驗的過程中，無氨水的制備需要現(xiàn)制現(xiàn)用，而且對無氨水的制備要求較高[4]。

表1 幾種水空白校正吸光度對比

在關(guān)鍵試劑方面，我們對氫氧化鈉和過硫酸鉀進行分析，兩者的用量具備一定的要求，其含氮量也有所區(qū)別，在實際的應(yīng)用過程當中，需要針對不同的批次來進行實際含氮量的檢測，確保合格的氫氧化鈉和過硫酸鉀試劑。其中在對氫氧化鈉純度提取檢驗的過程當中，需要按照標準文本當中的方式檢驗，結(jié)果說明其質(zhì)量的差距較大，選取的時候需要結(jié)合氮含量來選出最優(yōu)試劑。在對過硫酸鉀的純度提取當中，一般借助于簡單的重結(jié)晶方式，就可以對試劑當中的雜質(zhì)去除。在本文當中，提出了一種簡單的操作方式，在裝有1 000 mL無氨水的燒杯放置于50 ℃的鍋當中對其進行加熱操作，在這個過程當中需要邊加邊攪拌，在溶解結(jié)束之后將其用保鮮膜封好，放置于4 ℃的冰箱當中重結(jié)晶，保持一夜時間之后，利用高純水對晶體清洗，在50 ℃的烘箱下對其進行烘干操作。經(jīng)過試驗之后，可以1次提純就滿足需求，提純2次的效果更好。

在試劑消解之后開塞前的顛倒混勻方面，在標準當中做出了明確的規(guī)定，但是實際的操作過程當中很容易出現(xiàn)簡化步驟的情況，在鹽酸加入之后再統(tǒng)一搖勻就會產(chǎn)生測定值偏低或者精確程度較差的現(xiàn)象。在試樣消解之后開塞之前進行顛倒搖晃比色管，可以將其內(nèi)部存在的氨氣分子以及硝酸鹽充分地溶解到水體當中。在本文當中，對兩種操作進行對比測定，結(jié)果見表2，從表2當中可以看出，是否進行顛倒混勻的操作可以對空白測定的結(jié)果穩(wěn)定程度產(chǎn)生極大的影響。在實際的樣品當中，不顛倒混勻的結(jié)果準確程度偏低且回收率較低。

表2 顛倒混勻操作對測定結(jié)果產(chǎn)生的影響（mg/L）

在比色管的清洗方面，實驗的操作當中，我們先利用自來水對鹽酸浸泡的比色管進行沖洗之后，再進行無氨水的清洗，放置一周，將其和全新清洗好的比色管對比，得出的實驗結(jié)果表明，放置一周的比色管空白吸光度產(chǎn)生了很多的變化，影響了最終的結(jié)果，因此在實驗中需要確保實驗器皿不會造成氮污染。

在高壓蒸汽滅菌器方面，運行的過程當中屬于完全密封的環(huán)境，因此自身的清潔程度會影響實驗的最終結(jié)果。在本文當中，我們將兩組試樣進行對比分析，其中一組利用新購置的高壓蒸汽滅菌器進行消解，另外一組利用陳舊高壓蒸汽滅菌器消解，得出結(jié)果[5]。在舊的高壓蒸汽滅菌器當中，對于多種類型的水體試樣都進行消解，比如地表水、廢水以及污水廠進出口等，因此在不及時清潔的情況下很容易造成試樣的污染，因此產(chǎn)生的樣品吸光度要比新鍋消解的大?；诖?，需要保持每周靈活的清洗頻率，在清洗的過程當中也可以借助于聚四氟乙烯螺旋塞的專用消解管來進行消解，其具有較好的密封效果，對于清洗高壓蒸汽滅菌器的次數(shù)可以降低。

2.3.2 總氮小于氨氮

在對污水處理廠樣品進行分析的過程當中，經(jīng)常會出現(xiàn)總氮的測量所得數(shù)值相較于氨氮要小，此種情況下的水體樣本當中氨氮濃度處于較高的狀態(tài)，在堿性過硫酸鉀和氨氮生成反應(yīng)之后就會產(chǎn)生氨氣的逸出操作，最終造成了總氮的測定結(jié)果較低的狀態(tài)。在氨氮含量較高的情況下，其總氮的測定值就越小，且回收率越低。對于測定總氮，在實驗中為了簡便操作，樣品在統(tǒng)一加入硫酸鉀之后統(tǒng)一加蓋操作，此種方式給氨氣的揮發(fā)創(chuàng)造了時間，此外還會受到銨鹽的含量、管口大小以及操作時間等因素的影響。因此，基于此種情況，可以借助于移液槍的方式來進行快速地提取過硫酸鉀，提取之后馬上蓋好蓋子，減少氨氣的逸出操作；也可以利用稀釋樣品的方式來降低銨鹽的濃度，或者延長消解時間[6]。

3 改進方式

針對以上標準測量總氮方式的不足，可以進行改進，其一，可以將硝酸鉀標準利用液用容量瓶進行定容操作之后再進行消解操作，對于其中產(chǎn)生的兩次補水就可以省去，產(chǎn)生的誤差??；其二，也可以利用耐溫耐壓的COD消解管在恒溫消解器內(nèi)部進行加熱操作，達到少量藥劑實現(xiàn)充分的氧化操作，也可以延長消解的時間。利用此種方式進行檢測具有簡便、試劑用量少且使用安全的特點，可以快速地進行總氮含量的測量，最大限度地滿足了快速測試需求。

4 結(jié)語

綜上所述，得出了以下結(jié)論：在實驗當中，可以使用無氨水、高純水或者純凈水；在購買不同的批次氫氧化鈉、過硫酸鉀下都需要確?？瞻讓嶒灥耐瓿汕铱瞻字档奈舛刃枰?.03范圍以內(nèi)，可以利用重結(jié)晶的方式來進行提純過硫酸鉀；在進行溶解過硫酸鉀的過程當中可以利用多種方式來完成，比如水浴、超聲以及磁力攪拌等，可以提升溶解速度和工作的實際效率。在比色管方面，需要確?，F(xiàn)洗現(xiàn)用，如果在樣品當中發(fā)現(xiàn)了氨氮含量超出總氮的情況，可以利用堿性過硫酸鉀加入之后立刻蓋上比色管蓋子、樣品稀釋的方式來進行消解時間的延長，最終達到理想的總氮回收率。