過硫酸鉀消解-離子色譜法同時檢測水中氯化物、總磷和總氮

【摘要】建立一種先用過硫酸鉀消解水樣，碳酸鋇粉去除消解后大量的硫酸鹽，再用離子色譜法同時測定水中氯化物、總磷、總氮含量的方法。此方法避免了國標(biāo)法存在的干擾因素多、步驟繁雜、試劑種類多、分析時間長等問題，具有準(zhǔn)確度高、靈敏度高、耗時短的優(yōu)點。經(jīng)驗證，本方法操作簡單，檢出限低，精密度和準(zhǔn)確度都滿足分析測試要求，適用于地表水、污水中氯化物、總磷、總氮的測定。

【關(guān)鍵詞】離子色譜法；過硫酸鉀；氯化物；總磷；總氮；碳酸鋇

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.06.004

Potassium Persulfate Digestion-Simultaneous Detection of Chloride， Total Phosphorus， and Total Nitrogen in Water by Ion Chromatography

TAN Zhimin

（Guangdong Qingchang Environmental Protection Technology Co.， Ltd.， Heshan 529700， China）

Abstract： This article establishes a method for the simultaneous determination of chloride， total phosphorus， and total nitrogen content in water samples using potassium persulfate digestion， barium carbonate powder to remove a large amount of sulfate after digestion， and ion chromatography. This method avoids the interference factors， complex steps， multiple types of reagents， and long analysis time of the national standard method， and has the advantages of high accuracy， high sensitivity， and short time consumption. After verification， this method is simple to operate， has a low detection limit， and meets the requirements of analysis and testing in terms of precision and accuracy. It is suitable for the determination of chloride， total phosphorus， and total nitrogen in surface water and sewage.

Keywords： ion chromatography； potassium persulfate； chloride； total phosphorus； total nitrogen； barium carbonate

在污水處理過程中，高氯化物的進(jìn)水會抑制水處理中污泥活性，使出水的總磷和總氮超標(biāo)排放，直接導(dǎo)致環(huán)境水體黑臭、水質(zhì)惡化[1]。因此，氯化物檢測頻率為周檢，總磷、總氮檢測頻率為日檢。在地表水中，根據(jù)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，氯化物、總磷、總氮也是常規(guī)檢測指標(biāo)。

但是國標(biāo)法具有干擾因素多、檢測時間長、試劑種類多且毒性強、步驟煩瑣、操作復(fù)雜的缺點。本文綜合了國標(biāo)法和離子色譜法的優(yōu)點，采用過硫酸鉀消解-離子色譜法同時檢測水中氯化物、總磷和總氮。該檢測方法簡單有效，對環(huán)境友好[2]，對指導(dǎo)污水、地表水常規(guī)檢測有積極的推動意義。

1方法原理

在一定壓力下，用堿性過硫酸鉀使水樣中含氮化合物氧化成硝酸鹽，用中性過硫酸鉀使水樣中含磷化合物氧化成正總磷，然后使用碳酸鋇粉去除消解后大量的硫酸鹽[3]，使氯化物保持不變。最后利用離子色譜儀的陰離子分離柱分離，同時測水中氯化物、總磷和總氮。

2實驗部分

2.1儀器和試劑

盛瀚CIC-D120型離子色譜儀；戴安ICS-90離子色譜儀；壓力蒸汽滅菌器；超純水機(jī)，超純水的電阻率為18.25 MΩ·cm；恒溫水浴鍋；堿性過硫酸鉀溶液（40 g/L過硫酸鉀+15 g/L氫氧化鈉）；過硫酸鉀溶液（40 g/L）；碳酸鋇（GR）；1000μg/mL氯離子標(biāo)準(zhǔn)溶液，中國計量科學(xué)研究院；500 mg/L總氮、總磷標(biāo)準(zhǔn)溶液，水利部水環(huán)境監(jiān)測評價研究中心；常用玻璃器皿，經(jīng)過超聲波清洗后晾干備用。

2.2色譜條件

CIC-D120離子色譜儀。賽默飛AS19陰離子分析柱；SH-G-1陰離子保護(hù)柱；柱溫為30℃；SHY-A-6自動再生抑制器，抑制電流為70 mA；淋洗液：氫氧化鉀淋洗液發(fā)生器，流量為0.8 mL/ min，梯度淋洗0～25 min為16 mM，25～37 min為30 mM，37～40 min為16 mM；進(jìn)樣量為25μL；采集時間為40 min。

ICS-90離子色譜儀。Donex AS9-HC色譜柱；IonPac AG9-HC保護(hù)柱；Dionex AMMSⅢ抑制器，抑制電流為30 mA；13 mmoL/mL碳酸鈉淋洗液；0.4%稀硫酸再生液；進(jìn)樣量為10μL；采集時間為18 min。

2.3樣品的預(yù)處理和測定

水樣搖勻后，取10.0 mL加入25 mL比色管中，分別加入5.0 mL堿性過硫酸鉀溶液（此為總氮樣品）和5.0 mL過硫酸鉀溶液（此為總磷樣品）。將比色管置于高壓蒸汽滅菌器中，讓溫度在120～124℃保持30 min。冷卻后取出，比色管液體顛倒混勻2～3次。消解后的總磷、總氮樣品，各取2.5 mL等比例混合，加入1 g碳酸鋇（GR）粉末，在80℃恒溫水浴鍋中，振蕩30 min，用0.45μm微孔濾頭過濾水樣后放入自動進(jìn)樣器進(jìn)行離子色譜分析。

3結(jié)果和討論

3.1試樣分離效果

在水樣中加入過硫酸鉀氧化后，硫酸鹽的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硝酸鹽和正磷酸鹽。用碳酸鋇吸附可降低硫酸鹽濃度，減少對色譜柱的傷害。如圖1、圖2所示，出峰順序為氯化物、總氮、總磷。使用氫氧化鉀淋洗液體系，總磷的出峰時間為37 min；使用碳酸鈉淋洗液體系，總磷的出峰時間為13 min，對比發(fā)現(xiàn)后者更省時，因而以下試驗選用碳酸鈉淋洗液體系。

3.2校準(zhǔn)曲線的繪制

按表1配制氯化物、總磷、總氮混合標(biāo)準(zhǔn)曲線，按照“2.3”方法進(jìn)行預(yù)處理，然后進(jìn)行離子色譜法測定，繪制工作曲線。氯化物、總磷和總氮都呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系。

3.3檢出限測試

參考HJ 168—2020《環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)制訂技術(shù)導(dǎo)則》，對氯化物為0.20 mg/L、總氮為0.20 mg/L、總磷為0.25 mg/L的混合標(biāo)液，進(jìn)行測定，重復(fù)7次試驗，按照以下公式計算檢出限：MDL=3.143×S（標(biāo)準(zhǔn)偏差）。檢出限分別為氯化物0.021 mg/L，總氮0.017 mg/L，總磷0.009 mg/L。國標(biāo)檢出限分別為氯化物0.10 mg/L，總氮0.05 mg/L，總磷為0.01 mg/L。實驗表明，本方法中氯化物、總氮、總磷檢出限均低于國標(biāo)法檢出限。

3.4準(zhǔn)確度和精密度試驗

氯化物質(zhì)控樣（201857）為（11.0±0.4）mg/L，檢測值為11.23 mg/L；總氮質(zhì)控樣（203289）為（3.49±0.20）mg/L，檢測值為3.31 mg/L；總磷質(zhì)控樣（203984）為（1.14±0.05）mg/L，檢測值為1.12 mg/L（結(jié)果如表2所示）。進(jìn)行6次平行樣測定，RSD分別為1.11%、1.15%、3.30%。質(zhì)控樣測定結(jié)果均在質(zhì)控范圍內(nèi)，RSD滿足要求。碳酸鈉淋洗液體系精密度如表2所示。

3.5實際水樣試驗

取3個不同的水樣，進(jìn)行離子色譜分析。樣品測試和加標(biāo)回收率結(jié)果如表3所示。由表3可知，加標(biāo)回收率分別為氯化物99.8%～105.8%，總氮101.0%～104.0%，總磷106.0%～ 107.6%，均在90%～110%范圍內(nèi)，結(jié)果滿意。

4結(jié)束語

先用過硫酸鉀消解，再用碳酸鋇粉去除消解液中大量硫酸根，最后用離子色譜法檢測水中氯化物、總磷和總氮的方法，能有效避免硫酸鹽對色譜柱的傷害，將國標(biāo)法和離子色譜法的優(yōu)點結(jié)合，減少試劑種類，節(jié)約人工時間，減少人為誤差。整個過程只有樣品處理和上機(jī)測試兩步，操作簡單。用氫氧化鉀和碳酸鈉淋洗液體系進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)后者節(jié)約了22 min。

本方法線性良好、檢出限低、重復(fù)性好、回收率高。質(zhì)控樣測定結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)值不確定度范圍內(nèi)，表明該方法的精密度高、準(zhǔn)確性高、重復(fù)性好，測定結(jié)果可靠，能滿足對水中氯化物、總磷、總氮的檢測要求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]刁小冬，黃桂榮，何陽.離子色譜法同時測定水中總氮和總磷[J].化工環(huán)保，2012，32（3）：291-294.

[2]韋杰，張怡寧，李玲慧.離子色譜法測定地表水中總磷和總氮的含量[J].環(huán)境與發(fā)展，2019，31（6）：110-111.

[3]胡糲丹，李曉曄，蘇靜.堿性過硫酸鉀消解離子色譜法測定地表水中總氮[J].化學(xué)工程師，2017，31（1）：27-29.

【作者簡介】

譚智敏，女，1991年出生，工程師，學(xué)士，研究方向為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測。

（編輯：李鈺雙）