水中總氮測定影響因素分析及解決方法探討

葛超超

（余姚市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站浙江余姚315400）

水中總氮測定影響因素分析及解決方法探討

葛超超

（余姚市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站浙江余姚315400）

水中總氮是水質(zhì)分析常規(guī)項目，按照中國環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》（HJ 636-2012）步驟分析過程中，經(jīng)常出現(xiàn)空白值高、平行樣平行性差、標(biāo)準(zhǔn)樣品測定結(jié)果超出允許范圍等問題，甚至某些情況下數(shù)據(jù)偏差非常大。本文根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗結(jié)合參考資料，分析了影響測定結(jié)果的因素，探討了解決問題的方法，并通過實(shí)驗進(jìn)行了驗證。

總氮測定；紫外分光光度法；影響因素；解決方法

1　前言

氮是植物重要的營養(yǎng)元素，但進(jìn)入天然水體過多，超過水體自凈能力后，就會惡化水質(zhì)，帶來許多危害。所以在防治水污染中，防治水體氮污染也是重要的任務(wù)之一。總氮是指水體中所有含氮化合物中的氮含量，中國環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》（HJ636-2012）是分析總氮的常用方法。

2　影響水中總氮測定因素

2.1玻璃比色管密封性

HJ 636-2012測定步驟中，要求取10mL待測樣品放入25mL具塞磨口玻璃比色管，再加入5mL堿性過硫酸鉀溶液，塞緊管塞，用紗布和線繩軋緊管塞后置于高壓蒸汽滅菌鍋內(nèi)消解[1]。由于消解過程中比色管內(nèi)壓力升高，較難保證每個玻璃比色管的密封性（若比色管存在密封性問題，消解后比色管中待測樣品會顯著減少），且由于密封性原因產(chǎn)生的數(shù)據(jù)誤差十分巨大。針對這一情況，我站購買了帶硅膠密封墊的旋塞比色管，經(jīng)驗證，該比色管能在較高壓力下保持良好的密封性。

2.2玻璃器皿的洗滌及存放

實(shí)驗所用玻璃器皿長時間存放易造成二次污染，我站將玻璃器皿用無氨水洗凈后再放入10%鹽酸中煮沸10min，最后浸泡于10%鹽酸中，使用前再用無氨水多次沖洗。

2.3無氨水的制備

總氮的測定，對實(shí)驗用水要求嚴(yán)格，我站使用杭州永潔達(dá)凈化科技有限公司UPWS-10T實(shí)驗室超純水器制備超純水。由于該純水器為各實(shí)驗混用，實(shí)際使用過程中發(fā)現(xiàn)總氮空白值較高，結(jié)合參考文獻(xiàn)，我站使用超純水再蒸餾，取蒸餾中間段餾出水(棄除蒸餾前段和后段各10%)[2]。蒸餾水制備完成后立即使用。按照HJ 636-2012步驟，其他條件均選擇最優(yōu)條件，分別使用超純水與再蒸餾水進(jìn)行空白值試驗，結(jié)果見表1。

表1　不同實(shí)驗室用水空白吸光度值

由上表可見，直接使用超純水空白值略高，使用再蒸餾水空白值＜0.030，滿足監(jiān)測要求。

2.4過硫酸鉀的選擇

HJ 636-2012中要求過硫酸鉀中含氮量＜0.0005%[1]，市售優(yōu)級純試劑常常達(dá)不到這個要求，致使總氮空白值偏高。我站購買Fluka進(jìn)口過硫酸鉀試劑。如若購買不方便則應(yīng)對過硫酸鉀進(jìn)行提純，提純方法：在1L燒杯中加入約800mL無氨水，50℃水浴鍋加熱，逐漸加入過硫酸鉀，直至飽和，然后把完全溶解的飽和溶液放在室溫中自然冷卻，再放進(jìn)4℃冰箱重結(jié)晶。(重結(jié)晶過程避免引入其他污染)，倒掉上清液用無氨水清洗幾遍，放入50℃烘箱烘干[3]。若試劑純度較差，提純一次仍無法滿足要求的，可進(jìn)行二次提純。按照HJ 636-2012步驟，其他條件均選擇最優(yōu)條件，分別使用進(jìn)口過硫酸鉀、優(yōu)級純過硫酸鉀和提純后的過硫酸鉀進(jìn)行空白值試驗，結(jié)果見表2。

表2　不同純度過硫酸鉀空白吸光度值

由上表可見，過硫酸鉀純度對空白吸光度值的影響很大，選用進(jìn)口過硫酸鉀或提純后的過硫酸鉀方可滿足監(jiān)測要求。

2.5消解條件

HJ 636-2012中規(guī)定樣品消解條件為120℃～124℃消解30min，實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)該條件下空白吸光度值仍然偏高，查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)過硫酸鉀溶液在210nm～250nm波長處有很強(qiáng)的特征吸收，消解時間不夠可能導(dǎo)致過硫酸鉀不完全轉(zhuǎn)化為硫酸鉀，從而使空白吸光度值偏高[4]。按照HJ 636-2012步驟，其他條件均選擇最優(yōu)條件，分別消解25、30、35、40、45min，測定空白吸光度值，結(jié)果見表3。

表3　不同消解時間空白吸光度值

由上表可見，消解時間過短會導(dǎo)致空白吸光度值偏高，消解時間35min以上，空白吸光度值能達(dá)到要求且趨于穩(wěn)定，因此可以稍稍延長消解時間，建議消解35min～40min為宜。

2.6冷卻時間

由于工作性質(zhì)，有時要求數(shù)據(jù)時間緊急，有時樣品消解完成以后又沒有時間馬上分析，故按照HJ 636-2012步驟，其他條件均選擇最優(yōu)條件，分別放置1、2、3、4、5小時以及自來水強(qiáng)制冷卻，測定空白吸光度值，結(jié)果見表4。

表4　不同放置時間空白吸光度值

由上表可見放置時間為2h～3h時空白吸光度值較低，時間緊急時采用自來水強(qiáng)制冷卻亦可達(dá)到要求，放置時間4h以上空白吸光度值偏高。

2.7實(shí)驗室條件

實(shí)驗室環(huán)境對總氮測定的影響很大，總氮的分析應(yīng)在無氨的實(shí)驗室環(huán)境中進(jìn)行，室內(nèi)不應(yīng)含有揚(yáng)塵、石油類、碘離子、溴離子、六價鉻、三價鐵離子及其它的氮化合物，以免干擾[2]。

3　實(shí)驗驗證

3.1主要實(shí)驗儀器及試劑

（1）島津UV-1800紫外可見分光光度計及10mm石英比色皿；（2）LDZX-30KBS立式壓力蒸汽滅菌鍋；（3）DK-S28電熱恒溫水浴鍋；（4）25mL旋塞比色管；（5）無氨水；（6）氫氧化鈉（優(yōu)級純）；（7）過硫酸鉀（優(yōu)級純）；（8）鹽酸（優(yōu)級純）；（9）硝酸鹽氮標(biāo)準(zhǔn)溶液GSB05-1144-2000(102111)（500mg/L）；（10）總氮標(biāo)準(zhǔn)樣品GSBZ50026-94（203231）（1.40±0.08mg/L）。

3.2實(shí)驗方法

按照HJ 636-2012步驟，選取前文分析最優(yōu)實(shí)驗條件，作總氮校準(zhǔn)曲線，并對方法檢出限、精密度及準(zhǔn)確度進(jìn)行了測試。

3.3校準(zhǔn)曲線

校準(zhǔn)曲線結(jié)果見表5及圖1。

表5　總氮校準(zhǔn)曲線

其中：A220——溶液于波長220nm處的吸光度

A275——溶液于波長275nm處的吸光度

A0——空白溶液吸光度值

Ar——減空白后溶液吸光度值

A=A220-2A275；Ar=A-A0

圖1　總氮校準(zhǔn)曲線

計算得到總氮校準(zhǔn)曲線：y=0.0103x+0.001，r=0.9998＞0.999，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4方法檢出限

本方法檢出限計算方法采用美國EPA SW-846規(guī)定方法檢出限，如下：

式中：MDL——方法檢出限

n——樣品的平行測定次數(shù)

S——n次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差

t——自由度為n-1，置信度為99%時的t分布

其中，當(dāng)自由度為n-1時，置信度為99%時的t值可參考表6取值。

表6　t值表

配置1.00mg/L總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液，平行測定7次，計算的檢出限結(jié)果如表7。

表7　總氮檢出限試驗

由表7可見，方法檢出限符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.5方法精密度及準(zhǔn)確度

按標(biāo)準(zhǔn)方法測定總氮標(biāo)準(zhǔn)樣品GSBZ50026-94（203231）及“陸埠水庫”平行雙樣，計算其相對偏差，并對“陸埠水庫”樣品進(jìn)行加標(biāo)回收測試，計算其加標(biāo)回收率。平行雙樣測試結(jié)果見表8，加標(biāo)回收測試結(jié)果見表9，總氮標(biāo)準(zhǔn)樣品測試結(jié)果見表10。

表8　平行雙樣測試結(jié)果

表9　加標(biāo)回收測試結(jié)果

表10　標(biāo)準(zhǔn)樣品測試結(jié)果

由測試結(jié)果可得，方法準(zhǔn)確度及精密度均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4　結(jié)語

本文根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗結(jié)合參考資料，總結(jié)出影響總氮測定結(jié)果的因素，并給出了總氮測定較為可靠的條件：（1）選用帶硅膠密封墊的旋塞比色管以保證比色管在高溫高壓下的密封性；（2）玻璃器皿用無氨水洗凈后再放入10%鹽酸中煮沸10min，最后浸泡于10%鹽酸中，使用前再用無氨水多次沖洗；（3）使用超純水再蒸餾制取無氨水；（4）選用進(jìn)口過硫酸鉀或?qū)?yōu)級純過硫酸鉀進(jìn)行重結(jié)晶提純；（5）樣品消解條件為120℃～124℃消解35min～40min；（6）實(shí)驗室內(nèi)不應(yīng)有干擾總氮測定的化合物。最后通過實(shí)驗，證明了該條件下，校準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)r、方法檢出限、方法精密度及準(zhǔn)確度均符合HJ 636-2012要求。

[1]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[S].

[2]饒素梅.總氮測定中注意事項[J].污染防治技術(shù)，2007,20（3）：92-93.

[3]喬歡歡,李健.影響總氮空白值高的主要因素分析[J].環(huán)境與發(fā)展,2014,26(1)：177-178.

[4]黃玲,章方揚(yáng).總氮測定中空白值的影響因素及其控制方法[J].中國無機(jī)分析化學(xué),2013,3(1)：79-82.

葛超超（1985—），男，浙江余姚人，本科學(xué)歷，工程師，從事環(huán)境監(jiān)測工作。