堿性過硫酸鉀法總氮測定波長的探究

李大鵬， 馮 斌

(蘇州科技學院 環境科學與工程學院，江蘇 蘇州 215011)

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堿性過硫酸鉀法總氮測定波長的探究

李大鵬， 馮 斌

(蘇州科技學院 環境科學與工程學院，江蘇 蘇州 215011)

驗證了硝酸根最大吸收峰波長能否作為總氮測定波長及不同波長對總氮測定結果的影響。結果表明，通過波長掃描0.08～2.8 mg/L硝酸根，發現最大吸收峰并非在220 nm，而出現在200～210 nm。采用堿性過硫酸鉀法測定水體中的總氮含量，200～210 nm存在鹽酸吸收峰干擾，但在211～220 nm波長范圍內均有良好的線性關系。不同波長對加標回收率、重現性、精密度及方法檢出限檢驗影響不大。隨著測定波長的減小，標準曲線的斜率、相關系數R、摩爾吸光系數依次增加。211 nm處摩爾吸光系數達6.8×103(mol/L)-1/cm，遠高于220 nm。同時，211 nm處標準曲線擬合斜率K更大。在實際地表水的測定中，以最大吸收峰(211 nm)處測定總氮，與國標220 nm處測定相比較，結果并無明顯差異。

總氮； 波長掃描； 靈敏度； 地表水

0 引 言

通常，工業廢水、生活污水甚至植物、海水中總氮含量的測定都采用國家標準[1]的220及275 nm的方法作為測定波長。研究表明,當空白樣的吸光度值低于0.03時，總氮標準曲線相關系數R>0.999[2]。而控制高空白的方法主要是試驗使用無氨水及控制堿性過硫酸鉀的純度、NaOH濃度、保存時間、消解溫度[2-4]，故大多數研究旨在探究影響高空白的各種因素。

1 材料與方法

1.1 試驗試劑與標曲方法

試驗配制兩種(分別為分析純、優級純)不同廠家100、10 mg/L硝酸鉀；亞硝酸、醋酸銨溶液。在50 mL比色管中，分別投加0.4～14 mL 10 mg/L硝酸鉀(一定量亞硝酸、醋酸銨硝酸鉀)溶液，一級水(上海摩勒1010C超純水機，電導率κ=0.010～0.87 μS/cm)定容25 mL后，投加10 mL 4%堿性過硫酸鉀(分析純)，在高壓蒸汽滅菌器(上海三申YX280A壓力滅菌器)中消解30 min，自然冷卻至常溫，一級水定容至50 mL。加入2 mL(1+9)HCl酸化。在190～300 nm(哈希DR5000)全波長掃描，記錄吸光度。此方法等效于國標，測定總氮濃度范圍為0.4～14 mg/L。

1.2 測定及分析方法

(1)摩爾吸收系數。ε=A/bc(×103(mol/L)-1·cm-1。其中:A為吸光度；b為石英比色皿寬度，1 cm；c為亞硝酸鈉濃度，10 mg/L,亞硝酸鈉為0.714 6 mmol/L。

(2) 反標定。分別投加不同體積10 mg/L亞硝酸(G.R.)溶液于50 mL比色管中，按照上述1.1方法消解定容。測定吸光度，計算比色管中亞硝態氮含量及濃度，并根據測定亞硝酸鈉的濃度計算測定值標準差(S)、精密度(RSD)及方法檢出限檢驗(L.D)，其中L.D=3σ/K，σ為24次在(A211-2A275)、(A220-2A275)nm處空白樣方差;K為某波長擬合線斜率。

(3) 標準加入法。在6個50 mL比色管中投加5 mL未知濃度實際地表水水樣，依次加入0～5 mL 10 mg/L亞硝酸鈉，按1.1方法消解，測定。

2 結果與討論

2.1 最大吸收波長的確定

焦俊麗

甲、乙兩種不同純度硝酸鉀100、10 mg/L溶液在各不同波長下，吸光度值基本一致(見圖1)。表明不同廠家的硝酸鉀作為基準物測定硝態氮(總氮)，不會引起最大吸收峰波長的改變。10、100 mg/L硝酸根溶液的最大吸收峰出現在205～220 nm[10,14]。但是，低濃度(0.08～2.80 mg/L)范圍內，最大吸收峰往短波長方向移動，集中在200～210 nm波長下。按照國標方法對硝酸根消解，中和后波長掃描發現(見圖2):0～2 mg/L范圍內，最大吸收峰基本出現在195～200 nm處，且最大濃度2.8 mg/L吸收峰很寬，介于195～215 nm。值得注意的是，此時最大吸收峰并非為硝酸根激發引起的“發光”[15]，而是用以中和過剩NaOH過量的HCl所引起的吸收峰。所以，硝酸根的最大吸收峰仍應在195～210 nm，只是此波長范圍內，存在硝酸根與鹽酸的共同激發“發光”，并且HCl所引起的吸收峰超過了硝酸根的吸收峰。所以，標準中以220 nm作為硝酸根的測定波長是有一定依據的,但是忽略了在低濃度下，硝酸根最大吸收峰會發生偏移這一現象。

圖1 不同純度、濃度未消解硝酸鉀溶液波長掃描

圖2 消解后硝酸根DR500全波長掃描

2.2 干擾因素

以堿性過硫酸鉀及鹽酸全波長掃描(見圖3)發現：未消解前，定容50 mL比色管中，10 mL堿性過硫酸鉀吸光度值高達2.5～3.5。消解之后，吸光度驟降接近于0；在220 nm及更大波長范圍內，吸光度低于0.3，這主要是過量NaOH產生的。加入2 mL鹽酸酸化后，210 nm及以上波長范圍內，NaOH引起的干擾吸光度進一步下降，且由NaOH在205～220 nm波長內引起的干擾吸收也被去除了。同時，圖3表明：用以酸化的鹽酸用量少，2 mL鹽酸在210 nm處，對硝酸根的影響并不大，其吸光度值與220 nm相近。故有些研究表明,HCl溶液在210 nm存在吸收干擾的僅能表明在高濃度((1+9)HCl原液)存在干擾[13]，但是低用量并不會對硝酸根引起很大的干擾。

圖3 干擾物質吸收峰全波長掃描

2.3 標曲斜率、相關系數、摩爾吸光系數擬合

在對不同波長總氮標曲擬合(見表1)表明：211～220 nm，相關系數大致都能滿足大于0.999。標準曲線的斜率依次提高，且同一濃度不同波長下，210 nm吸光度值普遍都比220 nm高近1倍。例如，濃度為2 mg/L時，A211 nm=0.94，A220 nm=0.45。同時，標準曲線

斜率的提高，在同一吸光度變化范圍ΔA，具有更高斜率的標準曲線對應的濃度變化范圍越小ΔX，測定總氮濃度值X越接近其真實值。此外，相同濃度時，吸光度越高，則摩爾吸收系數越大。一般認為,顯色反應產物的ε值愈大，基于該顯色反應的光度測定法的靈敏度就愈高,即硝酸根對波長下紫外光的吸收而產生躍遷越敏感，測定物質的濃度值越準確。綜上所述，211 nm波長總氮標曲不但具有較高斜率及摩爾吸光系數，而且211 nm仍在低濃度(0～2.8 mg/L)硝酸根最大吸收峰波長范圍內。

表1 標曲斜率K、相關系數R、摩爾吸收系數ε

2.4 加標回收率、重現性、精密度及方法檢出限檢驗

以10 mg/L亞硝酸鈉(優級純G.R.)作為總氮測定樣的基準物質，三組依次投加不同體積亞硝酸鈉：Ⅰ(1.2、2.0、2.8 mg/L)，Ⅱ、Ⅲ(0.6、1.0、1.4 mg/L)。在211～220 nm兩種不同波長下，對測定結果組內加標回收率、方差S、精密度RSD%及方法檢出限L.D檢驗[16](見表2)。

表2 加標回收率、標準差、精密度及方法檢出限檢驗

多次組內加標回收率檢驗中除了Ⅰ中2.8對2 mg/L的加標回收率為88%～92%，明顯低于90%～110%要求(1～100 mg/L[17])，其他各濃度對應的加標回收率基本都能滿足要求，少許加標回收率略微超出。不同波長測定值的方差S、精密度(CV、RSD)、檢出限相差不大，分別約為0.3、2.8(要求<7.5%)、0.16。表明即使采用硝酸根最大吸收峰處波長211 nm測定總氮，測定結果離線程度、重現性無明顯差別。綜上可知，以硝酸根最大吸收峰波長211 nm與標準中220 nm測定總氮，對測定結果影響不大。但是，以211 nm作為測定波長，符合實驗習慣。同時，在以往研究中，總氮甚至硝酸根的測定波長的不統一，其實是分別在各自不同波長水平下，擬合各自對應線性關系，其效果是等同的。

2.5 實際水體的測定

為了探究在實際水體中，以211 nm作為總氮測定波長是否可行，實驗以城市某一河道地表水為實際研究對象，測定水體中總氮含量。由于地表水總氮未知，所以以標準加入法在不同波長下測定水體中總氮的含量，與標準曲線法所得結果對比,分別取5 mL未知濃度河道水，分別加入0、1、2、3、4、5 mL硝酸鉀(10 mg/L)溶液，按上述1.2方法測定水體中總氮。

標準加入法在211、220 nm擬合線相關系數R均大于0.999。相同波長2種方法之間是存在差異的。不同波長下，標準加入法比標準曲線法測定值大，這是加和性干擾所造成的，因為水體中存在210～220 nm范圍內有其他具有吸收效應的物質。兩種方法的差值(Ⅰ：0.6 mg/L、Ⅱ：0.2 mg/L、Ⅲ:0.1 mg/L)表明：在不同波長下，總氮測定值是基本一致的，無明顯差異。值得注意的是：同一種方法(標準加入法、標準曲線法)在不同波長下，測定總氮值相差不大，表明211 nm作為總氮測定波長是可行的。

表3 標準加入法與標準曲線法對地表水總氮測定值比較

3 結 論

(1) 高濃度(100、10 mg/L)硝酸根的紫外最大吸收峰在205～220 nm處，峰型較寬(約10 nm)且平緩。不同純級硝酸鉀對總氮吸收峰并無明顯影響。

(2) 低濃度( 0.08～2.8 mg/L)范圍內，最大吸收峰往短波長方向移動，集中在200～210 nm波長下。(1+9)鹽酸在210 nm處有很強吸收峰，但2 mL用以酸化中和的鹽酸在210 nm處吸收峰對硝酸根吸收峰影響很小。

(3) 211～220 nm，相關系數多大于0.999。不同波長對加標回收率、重現性、精密度及方法檢出限檢驗影響不大。同時，隨著測定波長的減小，標準曲線的斜率、相關系數R、摩爾吸光系數依次增加。以硝酸根最大吸收波長211 nm作為測定波長，符合實驗認知習慣。

(4) 實際地表水測定中，不同波長的總氮測定值是基本一致的，無明顯差異。以211 nm作為總氮測定波長是可行的。

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Research on Different Wavelengths of Detecting Total Nitrogen Using Alkaline Potassium Per-sulfate

LIDa-peng,FENGBin

(School of Environmental Science and Engineering, Suzhou University of Science and Technology,Suzhou 215011, China)

The maximum absorption wavelength of nitrate used for the total nitrogen wavelength and the effect of different wavelength on the concentration of total nitrogen were determined in the research. The results showed that the maximum absorption peak ranged from 200～210 nm, but it did not appear at 220 nm when the nitrate from 0.08 to 2.8 mg/L was scanned by the wavelength. When the concentration of total nitrogen was measured with alkaline potassium per-sulfate, a peak of hydrochloric acid was observed between 200 nm and 210 nm. However, it existed a close relationship between the maximum absorption peak and the wavelength from 211 to 220 nm. The results showed that the effect of wavelength on the detection limit of the recovery, repeatability, precision and detection limit of method could be neglected. In addition, the slope of the standard curve, the correlation coefficient and the molar absorption coefficient increased with the decrease of wavelength. The molar absorption coefficient (ε211 nm) was up to 6.8×103(mol/L)-1/cm and it was higher than that at 220 nm. Moreover, the fitting slope (K) was higher at 211 nm, too. Using maximum absorption peak wavelength (211 nm) of nitrate to measure the total nitrogen in the surface water had no significant difference, compared with 220 nm.

total nitrogen; wavelength scanning; sensitivity; surface water

2015-03-23

國家自然科學基金項目(51178284,51278523)

李大鵬(1975-)，男，吉林公主嶺人，副教授，主要從事淺水湖泊修復技術研究。Tel.：13013773710;E-mail:ustsldp@163.com

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1006-7167(2016)01-0010-03