影響總氮空白測定因素的實驗解析

莢辰飛 楊顏

摘? ?要：水體總氮測定的過程受多方面因素的影響，可能會出現空白值偏高的情況。文章采用紫外可見分光光度法對水中總氮進行測定，通過設計實驗方法，研究影響總氮空白測定的主要因素，從而為實驗條件控制提供依據。

關鍵詞：總氮;空白值;測定因素

水體總氮測定是水體環境監測中的一項重要內容，只有確保測定結果的可靠性，才能對水質等級作出準確評價。根據國家相關標準，在采用紫外可見分光光度法進行水體總氮測量時，空白實驗校正吸光度應在0.030內，而實際操作中經常出現空白值超出標準的情況，進而導致實驗失敗。因此，有必要對其影響因素進行具體研究。

1? ? 影響總氮空白測定因素的實驗設計

1.1? 實驗材料及儀器

實驗化學試劑主要包括過硫酸鉀和氫氧化鈉，純度均為分析純。采用二次去離子水作為實驗用水，并采用環境研究所提供的總氮標準溶液。總氮標準樣品質量濃度分別為（0.505±0.062）、（1.16±0.09）、（3.60±0.23）mg/L。實驗器皿及儀器主要包括10 mm石英比色皿、25 mL具塞磨口玻璃比色管、紫外可見分光光度計、手提式高壓蒸汽滅菌器[1]。

1.2? 實驗原理

紫外可見分光光度法的測定原理是在120 ℃條件下，利用堿性過硫酸鉀溶液使水樣中的含氮化合物氮成分轉化為硝酸鹽，然后利用紫外分光光度計進行測量，得到波長220 nm以及275 nm處的吸光度值，采用公式A=A220-2A275完成吸光度計算校正[2]。

1.3? 實驗步驟

在實驗過程中，分別向25 mL的具塞磨口玻璃比色管加入不同體積的總氮標準溶液，具體為0、0.5、1.0、2.0、3.0、5.0、7.0 、8.0 mL，加入去離子水后，稀釋到10.0 mL。然后向其中加入新配置的5 mL堿性過硫酸鉀溶液，采用紗布、線繩將管塞扎緊。完成操作后，將整支比色管放置在高壓蒸汽滅菌器中，在120 ℃條件下消解30 min，經過自然冷卻，指針會到零刻度后，打開閥門，將比色管取出。繼續冷卻到室溫，然后分別向比色管中加入1.0 mL鹽酸溶液，同樣采用去離子水進行定容，稀釋到25.0 mL。最后，以去離子水為參比，采用10 mm石英比色皿，對其吸光度進行測定[3]。

2? ? 影響總氮空白測定因素的實驗結果討論

2.1? 玻璃器皿清洗方法的影響

按照上述實驗設計方法進行實驗，在分析玻璃器皿清洗方法對總氮空白測定影響時，將采用普通清洗方法和采用鹽酸溶液浸泡24 h的兩組實驗進行對比。采用普通清洗方法的玻璃器皿潔凈度低于采用鹽酸溶液浸泡24 h的玻璃器皿。從實驗結果來看，采用普通清洗方法進行處理的玻璃器皿，空白吸光度值為0.034、0.035、0.036，平均值為0.035。采用鹽酸溶液浸泡處理的玻璃器皿，空白吸光度值為0.023、0.024、0.025，平均值為0.024，明顯低于普通清洗方法處理的玻璃器皿。這說明玻璃器皿潔凈度會對總氮空白測定產生影響，通過采用鹽酸溶液浸泡24 h的處理方法，有利于提高玻璃器皿清潔度，從而降低空白值。

2.2? 實驗環境的影響

從實驗環境影響因素來看，在環境中懸浮的微粒，由于其中含有化學元素，會對水體總氮測定結果造成影響。因此，一般要求在進行總氮測定的實驗室內不能進行使用硝酸、氨水及其他銨鹽類試劑的實驗。氨類物質具有易揮發特性，會導致實驗室空氣中含氮微粒含量較高，進而對總氮測量結果造成影響。在進行水體總氮實驗時，空氣中的含氮微粒可能會溶劑到試劑中，或因進入比色管、比色皿，影響測定精度。除了要對實驗環境進行控制外，還要做好實驗試劑以及器皿的使用管理工作，對其進行交叉存放，防止實驗試劑和器皿受到交叉污染。一般情況下，實驗室內每立方米空氣中的微粒含量高達上百微克，對實驗測定結果的影響不容忽視。如有必要，在實驗前應對實驗室環境進行特殊處理，確保其微粒中的氮元素成分含量較低，從而提升實驗結果的準確性。

2.3? 堿性過硫酸鉀純度的影響

堿性過硫酸鉀是水體總氮測定實驗中的主要試劑，其純度會對空白值高低產生直接影響，也是影響總氮測定結果準確度的主要因素之一。在以往的實驗中，由于市面上購買的普通堿性過硫酸鉀含氮量較高，一般在0.000 5%以上，導致測定結果的空白吸光度值超出了標準要求。在此情況下，無法滿足水體總氮測定實驗的相關標準要求。為了確保實驗的有效性，需要選擇優級純或基準試劑，降低堿性過硫酸鉀的氮元素含量，從而確保實驗空白吸光值能夠在0.030以下。在本次實驗過程中，采用了二次結晶的方式對過硫酸鉀進行提純處理。

（1）首先，選取容量為1 L的燒杯，注入800 mL水后進行水浴加熱。在此過程中，由于過硫酸鉀在60 ℃以上會發生分解反應。因此，應將加熱溫度控制在50 ℃左右。其次，加入堿性過硫酸鉀進行攪拌溶解。

（2）待燒杯內過硫酸鉀完全溶解后，在室溫環境下進行充分冷卻，冷卻后用保鮮膜包住燒杯口部，將其置于冰箱中冷卻一夜，以此實現過硫酸鉀的重結晶。

（3）將重結晶處理后的清液倒出，可見過硫酸鉀晶體結塊于燒杯底部。用經過低溫處理的無氨水對燒杯內部進行清洗，盡量避免過硫酸鉀晶體流失。

（4）清洗過后，在燒杯內緩慢加入400 mL無氨水，待結晶完全溶解后重復（2—3）步驟，以此實現過硫酸鉀的二次結晶。

（5）倒出二次結晶處理后的清液，把過硫酸鉀結晶移取到250 mL的小型燒杯中。將燒杯置于烘干箱進行烘干處理，烘干溫度為50 ℃。

（6）待長時間烘干后，可見過硫酸鉀與處理前購買的藥劑狀態同樣干燥、松散，用玻璃棒輕輕攪動可發出清脆響聲。

（7）待提純后的過硫酸鉀完全冷卻后，將其放入清潔的聚乙烯瓶中蓋緊備用。提純處理后，過硫酸鉀的空白值由0.051降至0.025，處在固定范圍內，表明二次結晶的處理工藝有效。

2.4? 實驗用水的影響

從實驗用水的影響情況來看，本次實驗中分別向25 mL比色管加入蒸餾水、無氨水、去離子水各10 mL，然后加入采用對應類型水稀釋的堿性過硫酸鉀溶液各5 mL。在120 ℃條件下，經過40 min的消解，在自然條件下冷卻到室溫，然后加入1 mL鹽酸溶液，分別使用對應類型的水定容到刻度線。從吸光度值測定結果來看，蒸餾水的空白吸光度值為0.033、0.034、0.035，平均值為0.034，無氨水的空白吸光度值為0.028、0.027、0.027，平均值為0.027，去離子水的空白吸光度值為0.023、0.025、0.024，平均值為0.024。從實驗結果來看，采用去離子水和無氨水的兩個實驗組均能夠達到空白值小于0.030的要求，采用去離子水的空白值更低。無氨水的制備過程不僅較為繁瑣，還存在安全隱患，因此應采用去離子水作為總氮測定的實驗用水。

2.5? 消解時間的影響

在本次實驗中發現，消解時間和消解溫度也會對水體總氮測定的空白吸光度值產生一定影響。先從消解時間方面的影響來看，在25 mL比色管中加入10 mL去離子水，然后加入新配置的5 mL堿性過硫酸鉀溶液。在120 ℃條件下進行消解，分別經過30、35、40、45 min的時間，按照上述實驗設計步驟完成吸光度測定。共進行了3組實驗，在消解時間為30 min的情況下，平均空白吸光度值為0.032，在消解時間為35 min的情況下，平均空白吸光度為0.026，在消解時間為40 min的情況下，平均空白吸光度為0.024，在消解時間為45 min的情況下，平均空白吸光度為0.028。由此可以看出，消解時間過短或過長，都不利于空白值控制。這主要是由于在消解時間過短的情況下，堿性過硫酸鉀還沒有完全消解。為滿足實驗質量要求，應控制消解時間在35～40 min。

2.6? 消解溫度的影響

從消解溫度的影響情況來看，控制其他反應條件不變，分別在溫度119、120、121、123、124、126 ℃條件下，經過40 min的消解，測定吸光度。測定結果顯示，119 ℃條件下的平均空白吸光度為0.032，120 ℃條件下的平均空白吸光度為0.023，121 ℃條件下的平均空白吸光度為0.025，123 ℃條件下的平均空白吸光度為0.025，124 ℃條件下的平均空白吸光度為0.027，126 ℃條件下的平均空白吸光度為0.033。由此來看，總氮測定實驗的最佳消解維度為120～124 ℃，在此范圍內，能夠滿足空白吸光度低于0.030的要求。

2.7? 自然冷卻時間的影響

在120 ℃條件下經過40 min的消解，然后在自然條件下分別放置1 、2 、2.5 、3 、4 h，再向其中加入鹽酸溶液定容至25 mL。從吸光度測定結果來看，不同冷卻時間也會對空白值產生明顯影響，放置1 h的平均空白吸光度值為0.039，放置2 h的平均空白吸光度為0.020，放置2.5 h的平均空白吸光度為0.023，放置3 h的平均空白吸光度為0.024，放置4 h的平均空白吸光度為0.037。因此，自然冷卻時間應控制在2～3 h。

3? ? 結語

在水體總氮測定過程中，影響空白值測定的因素有多種，通過采用實驗研究方法對各類影響因素進行具體分析，可以找到有效的實驗控制方法。通過營造良好的實驗條件，防止出現空白值偏高的問題，確保實驗能夠滿足相關標準要求，從而為水體總氮測定結果的可靠性提供保障。

[參考文獻]

[1]劉小平，菲爾汗，吳智慧.總氮測定中影響空白值的因素分析及經驗對策[J].新疆環境保護，2018（1）：47-50.

[2]黃振輝.總氮測定中空白值影響因素實驗分析[J].低碳世界，2018（23）：3-4.

[3]徐莉，牟太榮，陳茂蘭.影響總氮空白測定因素的實驗探討[J].環境科學與管理，2018（4）：140-141，146.