楊宏娟 趙羽 穆旭東

摘要：氮是水資源中的一種化學(xué)元素，以硝酸鹽，亞硝酸鹽等形式存在。利用硫酸鉀消解法紫外線光譜法測(cè)定水中總氮含量。其結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)器皿、實(shí)驗(yàn)用水、過(guò)硫酸鉀的純度、堿性溶液的儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)空白的吸光度值產(chǎn)生影響。在實(shí)驗(yàn)確定的最佳條件下，得出的結(jié)果是正確可靠的，將作為總氮檢測(cè)的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：水質(zhì);總氮;測(cè)定;影響因素

中圖分類號(hào)：X832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）11-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.11.041

Research on influencing factors in determination of total nitrogen in water quality based on ultraviolet spectrophotometry

Yang Hongjuan，Zhao Yu，Mu Xudong

（Yinchuan China Railway Water Group Co.，Ltd.，Yinchuan Ningxia 750000，China）

Abstract：Nitrogen is a form of chemical element in water， in the form of nitrates and nitrites.Determination of total nitrogen in water by ultraviolet spectrometry with potassium sulfate digestion method.The results showed that the absorbance of the blank was affected by the purity of the experimental vessel，the experimental water，the potassium persulfate and the storage time of the alkaline solution.Under the optimum conditions determined by the experiment，the results obtained are correct and reliable，and will be used as technical support for the determination of total nitrogen.

Key words：Water quality;Total nitrogen;Determination; Influencing factors

1 概述

黃河水作為地表生態(tài)系統(tǒng)的一種獨(dú)特的資源，是人類賴以生存的自然因素，它在供水、洪水、養(yǎng)殖、旅游、航海、生態(tài)平衡的維護(hù)和環(huán)境保護(hù)等方面發(fā)揮著巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)作用。但由于人口的增加，工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)利益和人民環(huán)保意識(shí)的薄弱等原因，大量未處理的工業(yè)廢水和生活污水直接排放，使水體污染日益嚴(yán)重。另外，一些生產(chǎn)、生活污水和工業(yè)廢水等含氮污水未經(jīng)處理直接排入河流中，這使得有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮的化合物是水中數(shù)量增加，導(dǎo)致大量的水中的微生物繁殖，水質(zhì)惡化，可見，水中氮含量是影響其發(fā)展的重要因素，而總氮含量成為水質(zhì)檢測(cè)的重要標(biāo)準(zhǔn)，是確定水質(zhì)狀況的有效手段之一。

在檢測(cè)總氮的方法中，由于堿性過(guò)硫酸鉀消解法操作簡(jiǎn)單、成本低等特點(diǎn)備受學(xué)者關(guān)注。但是該方法在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中空白值偏高、相關(guān)系數(shù)不穩(wěn)定等問(wèn)題，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度、精密度、重現(xiàn)性等產(chǎn)生不利影響。本文從實(shí)驗(yàn)用水、實(shí)驗(yàn)試劑、實(shí)驗(yàn)器皿等方面分析了總氮檢測(cè)過(guò)程中的影響原因，進(jìn)一步完善堿性過(guò)硫酸鉀消解法，作為實(shí)際檢測(cè)過(guò)程的技術(shù)支持。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果分析

2.1 試劑

過(guò)硫酸鉀（GR），氫氧化鈉（AR），鹽酸（AR），硝酸鉀（AR）。

總氮標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：10mg/L。

新鮮蒸餾水，無(wú)氨水：自制。

堿性過(guò)硫酸鉀溶液：4g過(guò)硫酸鉀，1.5g氫氧化鈉，溶于水中稀釋到100mL溶液中，再用聚乙烯瓶。

鹽酸溶液：體積比1：9稀鹽酸溶液。

2.2 儀器設(shè)備

DR5000紫外線分光光度計(jì)（哈希）、高壓滅菌器（上海申安安醫(yī)療機(jī)械廠）、25mL具塞比色管、大肚吸管、刻度管。

繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線：在6個(gè)25mL的具塞比色管中依次加入總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液0mL、0.50mL、1.00mL、3.00mL、5.00mL、7.00mL、10.00mL，用無(wú)氨水定容到10.00mL。

依次加入4mL過(guò)硫酸鉀堿性溶液，塞住瓶塞，用布條和繩子把蓋塞扎緊，以防止爆裂。

把扎緊的具塞比色管放置在高壓鍋，設(shè)置高壓滅菌器溫度達(dá)到120～124℃時(shí)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器維持30min的溫度。

冷卻后打開閥門，打開外蓋，取出具塞比色管，冷卻至室溫，冷卻時(shí)間約0.5～2.0h。

冷卻室溫后加入鹽酸溶液（體積1：9）1mL，用氨水稀釋至25mL，搖勻。

將部分溶液轉(zhuǎn)移到1cm長(zhǎng)的石英比色皿中，在紫外線分光度計(jì)中加入鹽酸溶液（體積比1：9）和氨溶液，測(cè)定樹脂的吸收亮度。

按照上述步驟進(jìn)行水樣檢測(cè)，根據(jù)校正后的吸光度數(shù)據(jù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行相應(yīng)的總氮的質(zhì)量濃度，計(jì)算總氮含量。

2.3 結(jié)果與討論

2.3.1 實(shí)驗(yàn)器皿

在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)器皿的清潔程度對(duì)實(shí)驗(yàn)空白值具有很大影響，為避免實(shí)驗(yàn)器皿造成人為污染，必須高度重視實(shí)驗(yàn)器皿的洗滌、存放等，實(shí)驗(yàn)所需玻璃器皿、石英比色皿等應(yīng)在（1+9）鹽酸溶液中浸泡24h以上（切勿將其浸泡在硝酸中），浸泡后應(yīng)用自來(lái)水沖洗至少8次，再用純水沖洗直至管壁不掛水珠。

2.3.2 實(shí)驗(yàn)用水

總氮檢測(cè)過(guò)程中對(duì)實(shí)驗(yàn)用水要求較為嚴(yán)格，實(shí)驗(yàn)室常規(guī)純水將導(dǎo)致空白值偏高且相關(guān)系數(shù)不好。本文對(duì)總氮實(shí)驗(yàn)用水進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)用水存放天數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明：無(wú)氨水、新鮮純水的空白吸光度值小于0.030，存放2d的新鮮純水、無(wú)氨水大于0.030，不可采用。

2.3.3 實(shí)驗(yàn)試劑

2.3.3.1 純度

為確保檢測(cè)分析數(shù)據(jù)的可靠性、準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)運(yùn)用滿足實(shí)驗(yàn)要求的化學(xué)試劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，根據(jù)空白值的吸光度值數(shù)據(jù)，不同生產(chǎn)廠家的過(guò)硫酸鉀其空白值結(jié)果不同（表1）。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，采用未經(jīng)提純處理的過(guò)硫酸鉀其空白值過(guò)高，相關(guān)系數(shù)達(dá)不到0.999以上。但是使用進(jìn)口德國(guó)默克的過(guò)硫酸鉀時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)能達(dá)到0.9997，其空白值低于0.030。但是對(duì)國(guó)產(chǎn)（國(guó)藥）過(guò)硫酸鉀進(jìn)行提純后空白值低于0.030，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9993。主要原因是不同廠家試劑的純度不同，空白時(shí)的光度數(shù)值也不同。

2.3.3.2存放時(shí)間的影響

在標(biāo)本人03208在室溫下用5%的堿性過(guò)硫酸鉀消化1d，2d，3d，5d，7d（表3）。特別是03208總氮標(biāo)本的實(shí)際價(jià)值：1.16 mg/ L± 0.15mg/ L， 1d，2d，3d后堿性過(guò)硫酸鉀的消解結(jié)果分別為1.18mg/ L，1.13mg/ L，1.06mg/ L，但5d，7d后堿性過(guò)硫酸鉀溶液的溶解量分別達(dá)到15%和20%，相對(duì)誤差超過(guò)了許可范圍。堿性硫酸鉀是一種氧化劑，不應(yīng)與硫＼磷等還原性物質(zhì)混合使用。另外，過(guò)硫酸鉀容易吸收水分，放出氧氣，因此，要注意保存在干燥的試劑柜中，以免失去藥效。且過(guò)硫酸鉀溶液在15℃以下不能超過(guò)6d。過(guò)硫酸鉀應(yīng)立即配用，保存時(shí)間不得過(guò)長(zhǎng)或超過(guò)3d，否則，隨著保存時(shí)間的延長(zhǎng)，空隙的吸收光度和相對(duì)誤差會(huì)增大。這是因?yàn)檫^(guò)硫酸鉀在室溫中慢慢地分解。溶液中大量存在氫氧根離子時(shí)，分解產(chǎn)生的氫離子迅速中和，并加快分解速度。

3 對(duì)策建議

（1）紫外法測(cè)定總氮的消耗試劑是堿性硫酸鉀，過(guò)硫酸鉀的純度值與氫氧化鈉中含氮量直接影響空白值的吸光度值，特別是對(duì)過(guò)硫酸鉀要求很高[1]。有些市面上過(guò)硫酸鉀與氫氧化鈉的氮含量與實(shí)際試劑中的氮含量存在差異，分析人員在挑選性價(jià)比較高的試劑方面存在諸多困難[2]。檢測(cè)人員在選擇過(guò)硫酸鉀時(shí)主要考慮國(guó)產(chǎn)提純后的試劑或者選擇進(jìn)口默克試劑。

（2）總氮測(cè)定的實(shí)驗(yàn)用水為無(wú)氨水，傳統(tǒng)制備氨水的方法比較復(fù)雜，隨著檢測(cè)條件的逐步提高，實(shí)驗(yàn)室已采用純機(jī)制準(zhǔn)備的純水直接作為實(shí)驗(yàn)用水。純水機(jī)越精密，制造的過(guò)程越密封，就越不容易被氨、硝酸、酚等污染?？偟臏y(cè)定結(jié)果與傳統(tǒng)方法制造的氨水測(cè)定結(jié)果沒有差別[3]。建議將新制純水作為氮總實(shí)驗(yàn)用水，這樣不僅操作簡(jiǎn)便，而且能提高工作效率。

（3）在同一間實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行多個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目時(shí)容易把藥劑或樣品中的含氮污染物混入實(shí)驗(yàn)室，影響測(cè)定結(jié)果。因此，應(yīng)該把硝酸鹽氮、氨氮、總氮等含氮檢測(cè)項(xiàng)目分開實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)。在清洗玻璃器皿時(shí)應(yīng)用無(wú)氨水進(jìn)行反復(fù)清洗，避免影響實(shí)際測(cè)量值的準(zhǔn)確性及精密度。檢測(cè)完畢后將玻璃器皿清洗干凈后用鹽酸溶液酸封。

（4）在用紫外線方法檢測(cè)總氮過(guò)程中，需利用高壓滅菌器進(jìn)行消解，但是在消解過(guò)程中一定用繩將布和塞子綁緊，避免標(biāo)準(zhǔn)系列濃度的比色管中揮發(fā)出氨氣，影響檢測(cè)結(jié)果，同時(shí)每次消解完成后需對(duì)高壓滅菌器進(jìn)行清理，更換純水，避免給下次實(shí)驗(yàn)帶來(lái)誤差，影響檢測(cè)結(jié)果。

4 結(jié)語(yǔ)

總氮作為判斷地下水、地表水等污染因素的重要指標(biāo)之一，過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法便于操作、設(shè)備比較普及，易于實(shí)現(xiàn)。但是在檢測(cè)過(guò)程易產(chǎn)生空白值、線性相關(guān)系數(shù)等不理想的問(wèn)題。根據(jù)實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)，確定影響其結(jié)果準(zhǔn)確性及空白值的一些因素，在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)選用純度較高的過(guò)硫酸鉀試劑，可用新制得純水替代無(wú)氨水及實(shí)驗(yàn)器皿無(wú)氨等，對(duì)保證總氮測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性起到非常重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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[2]李秋波.水質(zhì)總氮測(cè)定的有關(guān)影響因素分析[J].分析儀器，2013（06）：119-121.

[3]周侶艷，徐偉，陳峰.紫外分光光度法測(cè)定水質(zhì)總氮影響因素探討[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2015（12）：59-60.

收稿日期：2020-09-11

作者簡(jiǎn)介：楊宏娟（1987-），女，蒙古族，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)樗|(zhì)檢測(cè)方法開發(fā)及水質(zhì)污染物。