總氮測定過程中的影響因素及解決方法

曾潤娣

（廣東省環境保護職業技術學校，廣東 廣州 510655）

前言

目前，在社會上含氮工業廢水、生活污水不經處理大量排入水體，使水體中以氮形式的化合物含量增加，從而微生物類和生物大量繁殖消耗水中溶解氧（DO），使水體質量越來越差，從而使水體量富營養化狀態。

1 ．方案論證

目前，我們普遍采用過硫酸鉀氧化法-紫外分光光度法（HJ636-2012），是《水和廢水監測分析方法(第四版)》[1]提及的方法，在堿性環境下，過硫酸鉀產生反應硫酸氫鉀和原子態氧，分解出的原子態氧，可以使水中含氮化合物的氮元素轉為硝酸鹽，消解后用紫外分光光度計測出吸光度，從而得出總氮的含量。

操作步驟簡單是該方法的優勢，且實驗所使用的儀器為一般實驗室具備的，實驗試劑、實驗用水、消解時間、溫度等因素對其造成影響。本課題對造成測定結果不準確、不穩定的等因素進行分析，并提出改進方法。

1.1 實驗原理

適用環境類別：湖泊、水庫、江河；方法檢測測定上限為4mg/L，下限為0.05mg/L；在一定溫度的水溶液中（60℃），過硫酸鉀分解生成H+和氧，詳見下面反應方程式：

本方法是使用雙光路雙波長紫外分光光度計，在波長220nm和275nm處測定其吸光度，按公式： A =A220-2A275計算硝酸鹽氮的吸光度值，從而計算總氮的含量。

1.2 實驗儀器和設備

本實驗使用國產北京瑞利UV1801紫外分光光度計：10mm石英比色皿。

本實驗使用手提式壓力蒸汽滅菌鍋：型號為YX-280(24L)，最高工作溫度不低于120～124℃、最高工作壓力為1.1～1.4kg/cm2。

具塞磨口玻璃比色管。

1.3 實驗試劑和材料

無氨水

20%氫氧化鈉溶液

堿性過硫酸鉀溶液

（1+9）鹽酸硝酸鉀標準溶液

1.4 實驗方法

1.4.1 校準曲線的繪制

分別用吸量管量取0、0.50、1.00、2.00、3.00、5.00、7.00、8.00等八個梯度的硝酸鉀標準使用溶液于25ml比色管中，用水稀釋至10ml。

加入5ml堿性過硫酸鉀溶液，關緊磨口塞且用紗布包扎比色管，防止在消解過程中飛濺出來。

將上述比色管放置提式壓力蒸汽滅菌鍋中，放氣使壓力指針回零，加熱30min。待升溫至120～124℃開始計時，使比色管加熱30min。

關閉電源，自然冷卻，待壓力表指針回零后開閥放氣，取出比色管并冷至室溫。取出比色管后，輕輕搖勻，揭蓋并加入鹽酸1ml，加水稀釋至25ml。

在紫外分光光度計上，用10mm石英比色皿分別在220nm、275nm波長處測定吸光度，用校正的吸光度繪制標準曲線。

1.4.2 空白實驗

以10ml水代替水外，其他試劑、用量、分析步驟保持一致進行平行操作。

1.5 實驗數據處理

Ab=Ab220-2

As=As220-2*As275

Ar=As-Ab

根據上述公式，計算試樣Ar，樣品中總氮的質量濃度ρ總氮（mg/L）按公式進行計算：

2.過程論述及結果分析

2.1 實驗用水對測定的影響

在總氮測定過程中，實驗用水對空白實驗結果影響較大。國家標準規定在要求全程使用無氨水對總氮進行測定，使用的試劑需符合分析純國家標準。因為水體中含有一定量的硝酸鹽和亞硝酸鹽成分，所以在進行實驗所選用的水建議為蒸餾水或者為去離子水。以下用純水和蒸餾水作為空白進行實驗，每組實驗測定5個空白值進行比較的情況：

表2 -1實驗過程用水對實驗空白的影響

由表2-1可知，使用純水作為空白試驗得到的空白平均值為0.121，而蒸餾水的空白平均值為0.063，明顯地看出，使用蒸餾水進行空白實驗得到的空白值比使用純水進行空白實驗的要小，也證明了蒸餾水對實驗空白的影響較小。建議在實驗用水的選擇中，優先選用蒸餾水，可以減小空白的影響。

2.2 堿性過硫酸鉀溶液對測定的影響

本方法主要使用的堿性過硫酸鉀進行消解，通過各種實驗數據，過硫酸鉀在總氮測定中非常重要，本課題過硫酸鉀是進口的。過硫酸鉀的純度，一定程度影響空白值的高低和測定結果的準確度。不同廠家的試劑，或者同廠家的不同批次，其含氮量常常達不到要求，使實驗空白值比較高，不符合要求。

2.2.1 堿性過硫酸鉀溶液配置時水浴溫度對測定的影響

根據國家標準的配置堿性過硫酸鉀的方法，用萬分之一電子天平上稱取40.0g過硫酸鉀（含氮量應小于0.0005%）溶于600ml無氨水；另取稱15.0g氫氧化鈉（含氮量應小于0.0005%）溶于300ml水中。本課題采用此配置方法，分析改變不同的變量對實驗的影響。

研究在不同的水浴溫度配置堿性過硫酸鉀溶液時，對測定的影響。

表2 -2不同水浴溫度配置堿性過硫酸鉀溶液對空白實驗的影響

由表2-2可知，標樣1、標樣2在溫度20℃、80℃時，測定值低于最低允許濃度；標樣3低于或高于60℃時，低于允許溫度；水浴溫度在60℃時，3個標樣都在允許范圍內。因此，配置堿性過硫酸鉀溶液控制溫度在60℃左右為最適合，提高測定的準確性。

2.2.2 堿性過硫酸鉀溶液存放時間對測定的影響

堿性過硫酸鉀在總氮的測定過程中起到氧化劑作用，則其濃度也是重要的影響因素，它決定實驗結果的準確性，因此往往需要避光低溫保存。至于其儲存時間，國家標準規定，一般不要超過一周。

研究堿性過硫酸鉀儲存時間對測定的影響

表2 -3堿性過硫酸鉀存放時間長短對空白實驗的影響

由表2-3驗證了堿性過硫酸鉀溶液隨著保存時間的延長，空白值也隨著變大。建議堿性過硫酸鉀臨使用前配制，保存時間不應過長，不超過5天，不然過硫酸鉀的質量會影響測定標準曲線的線性和結果的準確度。

2.3 消解過程對測定的影響

總氮測定消解過程中主要控制的因素之一—溫度。按國家標準要求手提式壓力蒸汽滅菌鍋的要求，其壓力為1.1～1.4kg/cm2時，溫度才能達到要求。故應定期檢查校準壓力表，或安裝穩壓器，使壓力控制在規定范圍內進行使用。消解時，要求達到規定溫度、壓力后，即計時，確保電源不中斷，以完成實驗。消解后冷卻時，放氣要緩慢，防止塞子因熱脹冷縮原因崩開。若消解不充分，如時間不足、溫度不足，導致空白實驗值過大。按國家標準要求消解時間為30min，但實際實驗證明，30min不足讓過硫酸鉀消解完全，應采用更長的消化時間，數據證明要40分鐘以上，空白實驗值才趨于穩定，可以分解完全。

2.3.1 消解時間對測定的影響

消解過程是將堿性過硫酸鉀溶液完全分解。以兩個試樣在不同的消解時間進行測定，并分析結果。

表2 -4消解時間對測定的影響

由表2-4可知，當時間大于30min時，總氮含量下降，表明延長消解時間可以降低空白樣的水樣總氮測定值；消解時間大于45分鐘以后，實驗結果趨于穩定，在30min到40min，測定值變化較大，所以消解時間控制在45min左右為最適。

2.3.2消解溫度對測定的影響

比色管放置高壓蒸汽滅菌鍋，加熱、出氣、關閥，繼續加熱至120℃即可計時（30min），保持溫度在120～124℃之間。以三個試樣在不同的消解溫度進行測定。

表2 -5消解溫度對空白測定的影響

由表2-5可知，溫度低于120℃或高于128℃時，空白值較高；溫度在120～124℃時，空白實驗結果滿足國家規定空白試實驗的校正吸光度Ab低于0.030。導致空白值偏高，是由于堿性過硫酸鉀分解不完全，所以建議在消解時，將溫度控制在120～124℃。

2.3.3 消解冷卻時間對測定的影響

水樣消解完畢之后，待壓力表指針歸零，打開閥門緩慢放氣，將蓋子打開再取出水樣比色管（戴棉手套以免燙傷手部），自然冷卻至水樣溫度達到室溫。

實驗數據證明，比色管冷卻時間的長短，影響測量的結果高低。過長，結果偏低，相反，過短，則測定結果偏高。

2.4 其他因素對測定的影響

2.4.1 實驗室環境

國家標準注意事項中提及，實驗室環境應在無塵、通風良好、無氨的環境中進行，避免導致含氮量增大，不應與氨氮、亞硝酸鹽氨、硝酸鹽氨、揮發酚、總硬度等實驗項目在同一個實驗室內進行。另外實驗所用的試劑、玻璃儀器等用具應單獨保存，避免與氨的交叉污染，盡量專用。

2.4.2 玻璃器皿的洗滌

潔凈的器皿對總氮測定很重要。在水樣的采集、分析的器皿建議提前用10%的鹽酸溶液進行清洗，再用超純水進行清洗，最后用無氨水進行沖洗多次，保證實驗用到的器皿都清洗干凈，不受氮的影響,洗滌器不得使用重鉻酸鉀和硝酸洗液進行清洗。

本課題使用的是雙光路的紫外分光光度計，其優點是避免測量誤差，同時快速便捷。建議有條件的實驗室可采用雙光路紫外分光光度計，不僅避免測量誤差，器皿間誤差也能自動修正。

3.結論

堿性過硫酸鉀紫外分光光度計測定總氮含量的影響因素，總結課題中提出的幾點結論：

3.1 選擇適合的水有效降低空白實驗的值，實驗的精確度也有效提高，課題中得出蒸餾水比純水適合。

3.2 堿性過硫酸鉀對實驗的影響，課題從水浴溫度、儲存時間研究其對實驗的影響，課題的得出水浴溫度為60℃左右適合、儲存時間不宜超過5天，現用現配最好。

3.3 消解對實驗的影響，課題從消解時間、消解溫度以及冷卻時間方面進行研究，并得出消解時間控制在45min左右最適、消解溫度控制在120～124℃之間、冷卻時間冬天2h、夏天3h。課題還概述了實驗室環境、玻璃器皿洗滌以及比色皿比對等因素對總氮測定的影響。通過總氮測定課題的研究，我們在日常總氮測定中必須選用符合國家標準的、使用在有效期內過硫酸鉀，實驗前必須對試劑做空白實驗，準確把握消解溫度、時間，堿性過硫酸鉀采用優質的且臨用現配，最好不超過5天，實驗用水為無氨水。