影響總氮空白測(cè)定因素的實(shí)驗(yàn)解析

莢辰飛 楊顏

摘? ?要：水體總氮測(cè)定的過(guò)程受多方面因素的影響，可能會(huì)出現(xiàn)空白值偏高的情況。文章采用紫外可見(jiàn)分光光度法對(duì)水中總氮進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法，研究影響總氮空白測(cè)定的主要因素，從而為實(shí)驗(yàn)條件控制提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：總氮;空白值;測(cè)定因素

水體總氮測(cè)定是水體環(huán)境監(jiān)測(cè)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，只有確保測(cè)定結(jié)果的可靠性，才能對(duì)水質(zhì)等級(jí)作出準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在采用紫外可見(jiàn)分光光度法進(jìn)行水體總氮測(cè)量時(shí)，空白實(shí)驗(yàn)校正吸光度應(yīng)在0.030內(nèi)，而實(shí)際操作中經(jīng)常出現(xiàn)空白值超出標(biāo)準(zhǔn)的情況，進(jìn)而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。因此，有必要對(duì)其影響因素進(jìn)行具體研究。

1? ? 影響總氮空白測(cè)定因素的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1? 實(shí)驗(yàn)材料及儀器

實(shí)驗(yàn)化學(xué)試劑主要包括過(guò)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(shí)驗(yàn)用水，并采用環(huán)境研究所提供的總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液。總氮標(biāo)準(zhǔn)樣品質(zhì)量濃度分別為（0.505±0.062）、（1.16±0.09）、（3.60±0.23）mg/L。實(shí)驗(yàn)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(jiàn)分光光度計(jì)、手提式高壓蒸汽滅菌器[1]。

1.2? 實(shí)驗(yàn)原理

紫外可見(jiàn)分光光度法的測(cè)定原理是在120 ℃條件下，利用堿性過(guò)硫酸鉀溶液使水樣中的含氮化合物氮成分轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，然后利用紫外分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，得到波長(zhǎng)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(jì)算校正[2]。

1.3? 實(shí)驗(yàn)步驟

在實(shí)驗(yàn)過(guò)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(biāo)準(zhǔn)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(guò)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(jīng)過(guò)自然冷卻，指針會(huì)到零刻度后，打開(kāi)閥門(mén)，將比色管取出。繼續(xù)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(jìn)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(duì)其吸光度進(jìn)行測(cè)定[3]。

2? ? 影響總氮空白測(cè)定因素的實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

2.1? 玻璃器皿清洗方法的影響

按照上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在分析玻璃器皿清洗方法對(duì)總氮空白測(cè)定影響時(shí)，將采用普通清洗方法和采用鹽酸溶液浸泡24 h的兩組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，采用普通清洗方法進(jìn)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(shuō)明玻璃器皿潔凈度會(huì)對(duì)總氮空白測(cè)定產(chǎn)生影響，通過(guò)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(shí)驗(yàn)環(huán)境的影響

從實(shí)驗(yàn)環(huán)境影響因素來(lái)看，在環(huán)境中懸浮的微粒，由于其中含有化學(xué)元素，會(huì)對(duì)水體總氮測(cè)定結(jié)果造成影響。因此，一般要求在進(jìn)行總氮測(cè)定的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)不能進(jìn)行使用硝酸、氨水及其他銨鹽類試劑的實(shí)驗(yàn)。氨類物質(zhì)具有易揮發(fā)特性，會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室空氣中含氮微粒含量較高，進(jìn)而對(duì)總氮測(cè)量結(jié)果造成影響。在進(jìn)行水體總氮實(shí)驗(yàn)時(shí)，空氣中的含氮微粒可能會(huì)溶劑到試劑中，或因進(jìn)入比色管、比色皿，影響測(cè)定精度。除了要對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行控制外，還要做好實(shí)驗(yàn)試劑以及器皿的使用管理工作，對(duì)其進(jìn)行交叉存放，防止實(shí)驗(yàn)試劑和器皿受到交叉污染。一般情況下，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)每立方米空氣中的微粒含量高達(dá)上百微克，對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果的影響不容忽視。如有必要，在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境進(jìn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.3? 堿性過(guò)硫酸鉀純度的影響

堿性過(guò)硫酸鉀是水體總氮測(cè)定實(shí)驗(yàn)中的主要試劑，其純度會(huì)對(duì)空白值高低產(chǎn)生直接影響，也是影響總氮測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度的主要因素之一。在以往的實(shí)驗(yàn)中，由于市面上購(gòu)買的普通堿性過(guò)硫酸鉀含氮量較高，一般在0.000 5%以上，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果的空白吸光度值超出了標(biāo)準(zhǔn)要求。在此情況下，無(wú)法滿足水體總氮測(cè)定實(shí)驗(yàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。為了確保實(shí)驗(yàn)的有效性，需要選擇優(yōu)級(jí)純或基準(zhǔn)試劑，降低堿性過(guò)硫酸鉀的氮元素含量，從而確保實(shí)驗(yàn)空白吸光值能夠在0.030以下。在本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，采用了二次結(jié)晶的方式對(duì)過(guò)硫酸鉀進(jìn)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(jìn)行水浴加熱。在此過(guò)程中，由于過(guò)硫酸鉀在60 ℃以上會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)。因此，應(yīng)將加熱溫度控制在50 ℃左右。其次，加入堿性過(guò)硫酸鉀進(jìn)行攪拌溶解。

（2）待燒杯內(nèi)過(guò)硫酸鉀完全溶解后，在室溫環(huán)境下進(jìn)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(shí)現(xiàn)過(guò)硫酸鉀的重結(jié)晶。

（3）將重結(jié)晶處理后的清液倒出，可見(jiàn)過(guò)硫酸鉀晶體結(jié)塊于燒杯底部。用經(jīng)過(guò)低溫處理的無(wú)氨水對(duì)燒杯內(nèi)部進(jìn)行清洗，盡量避免過(guò)硫酸鉀晶體流失。

（4）清洗過(guò)后，在燒杯內(nèi)緩慢加入400 mL無(wú)氨水，待結(jié)晶完全溶解后重復(fù)（2—3）步驟，以此實(shí)現(xiàn)過(guò)硫酸鉀的二次結(jié)晶。

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

（6）待長(zhǎng)時(shí)間烘干后，可見(jiàn)過(guò)硫酸鉀與處理前購(gòu)買的藥劑狀態(tài)同樣干燥、松散，用玻璃棒輕輕攪動(dòng)可發(fā)出清脆響聲。

（7）待提純后的過(guò)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(guò)硫酸鉀的空白值由0.051降至0.025，處在固定范圍內(nèi)，表明二次結(jié)晶的處理工藝有效。

2.4? 實(shí)驗(yàn)用水的影響

從實(shí)驗(yàn)用水的影響情況來(lái)看，本次實(shí)驗(yàn)中分別向25 mL比色管加入蒸餾水、無(wú)氨水、去離子水各10 mL，然后加入采用對(duì)應(yīng)類型水稀釋的堿性過(guò)硫酸鉀溶液各5 mL。在120 ℃條件下，經(jīng)過(guò)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(duì)應(yīng)類型的水定容到刻度線。從吸光度值測(cè)定結(jié)果來(lái)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(wú)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(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，采用去離子水和無(wú)氨水的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組均能夠達(dá)到空白值小于0.030的要求，采用去離子水的空白值更低。無(wú)氨水的制備過(guò)程不僅較為繁瑣，還存在安全隱患，因此應(yīng)采用去離子水作為總氮測(cè)定的實(shí)驗(yàn)用水。

2.5? 消解時(shí)間的影響

在本次實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，消解時(shí)間和消解溫度也會(huì)對(duì)水體總氮測(cè)定的空白吸光度值產(chǎn)生一定影響。先從消解時(shí)間方面的影響來(lái)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(guò)硫酸鉀溶液。在120 ℃條件下進(jìn)行消解，分別經(jīng)過(guò)30、35、40、45 min的時(shí)間，按照上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟完成吸光度測(cè)定。共進(jìn)行了3組實(shí)驗(yàn)，在消解時(shí)間為30 min的情況下，平均空白吸光度值為0.032，在消解時(shí)間為35 min的情況下，平均空白吸光度為0.026，在消解時(shí)間為40 min的情況下，平均空白吸光度為0.024，在消解時(shí)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(shí)間過(guò)短或過(guò)長(zhǎng)，都不利于空白值控制。這主要是由于在消解時(shí)間過(guò)短的情況下，堿性過(guò)硫酸鉀還沒(méi)有完全消解。為滿足實(shí)驗(yàn)質(zhì)量要求，應(yīng)控制消解時(shí)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(lái)看，控制其他反應(yīng)條件不變，分別在溫度119、120、121、123、124、126 ℃條件下，經(jīng)過(guò)40 min的消解，測(cè)定吸光度。測(cè)定結(jié)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(lái)看，總氮測(cè)定實(shí)驗(yàn)的最佳消解維度為120～124 ℃，在此范圍內(nèi)，能夠滿足空白吸光度低于0.030的要求。

2.7? 自然冷卻時(shí)間的影響

在120 ℃條件下經(jīng)過(guò)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(cè)定結(jié)果來(lái)看，不同冷卻時(shí)間也會(huì)對(duì)空白值產(chǎn)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(shí)間應(yīng)控制在2～3 h。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

在水體總氮測(cè)定過(guò)程中，影響空白值測(cè)定的因素有多種，通過(guò)采用實(shí)驗(yàn)研究方法對(duì)各類影響因素進(jìn)行具體分析，可以找到有效的實(shí)驗(yàn)控制方法。通過(guò)營(yíng)造良好的實(shí)驗(yàn)條件，防止出現(xiàn)空白值偏高的問(wèn)題，確保實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驖M足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，從而為水體總氮測(cè)定結(jié)果的可靠性提供保障。

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