氣相分子吸收光譜法在線氧化消解測定水質總氮研究

路杰++白麗++劉豐奎

摘 要：總氮是衡量水質富營養化程度的主要指標之一。研究熱復合-紫外光催化氧化在線消解氣相分子吸收光譜法分析測定水和廢水中總氮，實現了在較低溫度和常壓條件下水質中總氮快速、安全和穩定的自動化批量分析。該文圍繞熱復合-紫外光催化氧化，提出了利用熱復合-紫外光催化氧化在線消解氣相分子吸收光譜法分析測定水中總氮的的方法，并從環境水質分析中的運用，對其作用原理、裝置設計及實驗對比結果等幾個方面進行論述，以期可以獲得更好的測定效果。

關鍵詞：氣相分子吸收光譜法 總氮 熱復合-紫外光催化氧化 在線消解

中圖分類號：X832 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）10（a）-0048-02

近年來，隨著經濟的發展，人類活動的加劇，大量的生活污水、農田廢水或含氮工業廢水排入自然水體，使水質中有機氮和無機氮化合物含量增加[1-3]，導致水質富營養化現象日益加重，嚴重地影響了人類的正常生活，而湖水、水庫等水質內極易富營養化，因此，總氮是當今控制水質質量的重要指標之一。

1 實驗原理

過硫酸根離子是最強的氧化劑之一，在60 ℃以上的水溶液中，過硫酸鉀分解產生氫離子和原子態氧，加入氫氧化鈉中和氫離子，使過硫酸鉀分解完全。反應方程式如下。

K2S2O8+H2O→2KHSO4+[O]

KHSO4→K++HSO4-

HSO4-→H++SO42-

紫外光催化氧化機理：紫外光催化氧化是一種紫外光輻射和氧化劑結合使用的方法。在紫外光激發下，氧化劑光分解產生氧化能力更強的自由基（[O]），從而可以氧化更多單用氧化劑無法分解的、難降解的有機污染物。熱復合-紫外光催化氧化，使得在氧化能力還是反應速率上，都遠遠超過單獨使用一種氧化方法所達到的效果。

2 系統設計

系統主要包括流路驅動模塊、熱復合-紫外光催化氧化模塊及氣相分子吸收光譜儀等，系統框圖如圖1所示。流路驅動模塊包括多位閥和蠕動泵及相應的驅動電路。熱復合紫外光催化氧化模塊采用該實驗室研制的消解裝置，通過溫度控制電路和紫外燈驅動電路實現消解預處理在線裝置。最終將流路驅動模塊和熱復合-紫外光催化氧化模塊應用于氣相分子吸收光譜設備中，實現總氮的在線自動檢測方法。

為了實現總氮的自動分析檢測，在流路部分需要完成水樣和試劑的自動進樣、混合，流路的清洗等過程。系統采用連續流動注射分析技術完成上述過程。

3 實驗儀器及試劑

3.1 實驗儀器設備

氣相分子吸收光譜儀（上海安杰環保科技有限公司）；滅菌鍋（上海博迅實業有限公司）；紫外分光光度計（上海奇立科學儀器有限公司）；萬分之一天平（賽多利斯科學儀器有限公司）；移液器（吉爾森公司）；自制研發熱復合-紫外光催化氧化模塊。

3.2 試劑

水質總氮標準樣品[批號：GSB 04-2837-2011環境保護部標準樣品研究所]；過硫酸鉀（SIGMA）；氫氧化鈉（國藥集團）；硼砂（天津光復科技）；鹽酸（北京化工廠）；三氯化鈦（天津永大化學）；無水乙醇（國藥集團）；實驗室用水為純凈水。

3.3 實驗步驟

（1）精確配置含氮量1 000 mg/L的水質總氮標準溶液，用移液器精確抽取1 000 ?L的上述溶液，定容至250 mL的容量瓶中即可得到含氮量為4mg/L的總氮標準溶液。

（2）用萬分之一天平分別稱取定量的過硫酸鉀、氫氧化鈉及硼砂，溶解后定容的容量瓶中，用于總氮的消解液。

（3）打開蠕動泵設置不同的轉速，使水樣及消解液通過流路系統進樣、混合。同時開啟熱復合-紫外光催化氧化模塊，使溫度達到設定溫度，流經流路模塊混合后的水樣進入熱復合-紫外光催化氧化模塊進行水樣消解。

（4）氧化消解后的水樣通過AJ-3000氣相分子吸收光譜儀中進行測定，氣相分子吸收光譜儀自動計算出對應的硝酸根離子濃度，從而測定出水中總氮的含量。

4 實驗結果與討論

4.1 最佳消解條件

實驗證明消解液組分含量：過硫酸鉀6.25 g，2.25 g的氫氧化鈉及4.75 g的硼砂，溶解后定容于500 mL的容量瓶中；蠕動泵轉速：水樣20 r/min，消解液2 r/min；加熱溫度為95 ℃；單根10 W的紫外燈為最佳的消解條件。

4.2 方法對比實驗結果

取某市周邊自然水體水樣4組：1#水樣、2#水樣、3#水樣、4#水樣，進行總氮的氧化消解測定，并與實驗室國標法測定值進行對比。每個水樣用2種方法分別做3次平行樣。

利用熱復合-紫外光催化氧化模塊氣相分子吸收光譜儀消解水中總氮，總氮含量在2～10 mg/L范圍內，相對標準偏差均小于5%，總氮消解的氧化轉化率大于96.5%，加標回收率在95%～102%之間。對于自然水采用本法進行氧化消解氣相分子吸收光譜儀測總氮，并與實驗室國標法進行對比，相對偏差在4%～9%之間，滿足分析測試要求。

5 結語

熱復合-紫外光催化氧化模塊測水質中總氮，無需使用高溫高壓，使水樣在短時間內實現連續、快速、徹底的氧化消解，具有較高的精密度和準確度，結果符合分析方法的要求，該法僅需要外加蠕動泵和自制研發的熱復合-紫外光催化氧化模塊就可以實現氣相分子吸收光譜法在線自動總氮消解及測定，簡便可行，具有很好的檢測效果，同時節省了時間和人工的投入，有望在環境水質在線監測提供中應用推廣。

參考文獻

[1] 吳雅琴.紫外分光光度法測定水質總氮影響因素分析[J].貴州化工，2009，34（5）：45-49.

[2] 蔡海霞，封麗紅，雷振平，等.紫外分光光度法測定水中總氮的改進消解方法[J].工業廢水處理，2011，31（1）：71-73.

[3] 鄭京平.關于過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定總氮方法改進探討[J].光譜實驗室，2011，28（1）：211-217.