堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定水質中總氮實驗空白的分析與研究

景勝元

(山西省交通保護中心站(有限公司)，山西 太原 030006)

引 言

總氮含量是反映水體受營養物質污染狀況、衡量區域水質好壞的重要指標，水中總氮的測定對評價水質情況、加強水質監測十分必要。目前，國內實驗室測定水中總氮主要按照 HJ 636-2012中UV法，該檢測方法原理簡單、操作簡便、成本較低，但實驗空白是影響總氮測定準確度的關鍵，尤其是總氮含量較低的水樣，若空白校正吸光度不達要求，就會出現含量測量不準、數據重現性較差等問題。國內許多學者也作過相關研究，如黃玲等[1]對造成水中總氮測定實驗空白值增大的各個環節進行探究，徐莉等[2]對水中總氮測定實驗空白值的主要影響因素實驗用水等級、試劑純度與器皿潔凈度等進行分析，并給出對應的實驗質量控制方法。本研究結合筆者日常工作經驗，對影響UV法測定水中總氮實驗空白的主要因素進行了分析與研究。

1 總氮定義及測定原理

總氮是指水樣中溶解態氮及懸浮物中氮的總和。其測定原理是水樣中的含氮化合物于試驗體系溫度120 ℃～124 ℃下被加入的堿性過硫酸鉀溶液轉化為硝酸鹽，然后試液在紫外分光光度計上于波長220 nm和275 nm處分別測定吸光度，并根據水樣中總氮含量(以N計)與校正吸光度A(A220-2A275)的比例關系采用標準曲線法來定量。

2 主要儀器及試劑

主要儀器：紫外分光光度計(TU-1950)；立式壓力蒸汽滅菌器；10 mm石英比色皿；25 mL具塞磨口玻璃比色管。

主要試劑：不同廠家生產的過硫酸鉀，優級純；氫氧化鈉，優級純；鹽酸溶液(1+9)；無氨水、新鮮去離子水、放置3 d去離子水、新鮮超純水。

3 實驗過程

參照國標方法HJ 636-2012進行樣品采集、試樣制備和試劑溶液配制。

使用移液器準確移取10.00 mL待測試樣于25 mL具塞比色管中，加入5.00 mL堿性過硫酸鉀溶液后加塞，再用紗布和細繩扎緊(或塑料膠布包扎)后置于立式壓力蒸汽滅菌器中，加熱至頂壓閥吹氣時關閥并繼續加熱至120 ℃，于120 ℃～124 ℃下加熱30 min，冷卻、放氣后，待比色管內試液恢復到室溫，混勻，再加入1.0 mL(1+9)鹽酸溶液，用水稀釋定容至刻度后混勻。取適量試液于石英比色皿中，用水作參比，使用TU-1950紫外分光光度計于波長220 nm與275 nm處測定其吸光度。

4 實驗結果及分析

水中總氮測定國標方法的質控要求為每批樣品至少做一個空白實驗，且其校正吸光度Ab應小于0.030[3]。而實際檢測中Ab往往大于0.030，造成最終總氮測定結果的不準確。造成該結果一般有多種原因，本研究就空白值偏大的原因進行深入分析。

4.1 試劑的純度

在UV法測定水中總氮的實驗中，堿性過硫酸鉀作為起氧化作用的關鍵試劑，其純度直接可以影響到實驗空白值的高低，通常使用純度較低的試劑，導致空白值吸光度較高。HJ 636-2012中要求過硫酸鉀的含氮量低于0.000 5%，但由汪曼[4]等學者的研究可知，國內的試劑廠商中幾乎沒有能生產符合該國家標準要求的。本研究使用兩家國產試劑廠商和一家進口試劑廠商(標示含氮量0.000 5%)提供的過硫酸鉀，參照國家標準方法配制堿性過硫酸鉀溶液進行空白實驗，每個廠家做7次平行空白，測其吸光度值進行比較，結果見表1。

表1 不同廠家過硫酸鉀對空白值的影響

從表1可以看出，不同試劑廠商提供的過硫酸鉀配制堿性過硫酸鉀溶液進行空白實驗后測得的空白值差異較大，使用兩家國產試劑廠商生產的過硫酸鉀均不能滿足國家標準中空白值小于0.030的要求，進口試劑廠商提供的過硫酸鉀則滿足要求。經過進一步研究，對國產廠商提供的過硫酸鉀進行提純，可以采用重結晶方法對過硫酸鉀進行提純，提純原理是利用過硫酸鉀和其他雜質在水中的溶解度不同，使過硫酸鉀在過飽和溶解中析出，從而分離出純度較高的過硫酸鉀。將過硫酸鉀在50 ℃～60 ℃去離子水中溶解，將濾液冷卻，使晶體在過飽和溶液中析出，而將其他雜質仍留在過飽和溶液中。這一方法也得到國內其他學者的驗證，如重結晶-緩慢冷卻法在提純過硫酸鉀的應用[5]，測定經過提純的過硫酸鉀的含氮量，避免由試劑純度不達標造成空白偏高的問題。

4.2 堿性過硫酸鉀的配制及保存期限

堿性過硫酸鉀的配制過程十分重要，掌握不好，會影響消解結果，對測定結果產生一定的影響。過硫酸鉀的溶解速度非常慢，常溫時難以溶解，若要加快溶解速度，也不能直接加熱，最好采用超聲波振蕩，然后水浴加熱，并且加熱溫度控制在50 ℃，因為過硫酸鉀超過60 ℃會分解失效。配制堿性過硫酸鉀溶液時，應分別配制過硫酸鉀和氫氧化鈉，待氫氧化鈉溶液降到室溫后再加入過硫酸鉀溶解。避免因氫氧化鈉溶解時放熱使得溶液體系溫度過高導致過硫酸鉀分解。HJ 636-2012中注明配制好的堿性過硫酸鉀溶液保存于聚乙烯瓶中，保存期限不超過7 d，本研究先后數次對在聚乙烯瓶中存放不同天數的堿性過硫酸鉀溶液進行空白實驗，每次實驗做7次平行空白，結果見表2。

表2 過硫酸鉀存放時間對空白值的影響

從表2可以看出，配制好的堿性過硫酸鉀溶液隨著存放時間延長，其實驗空白值也會增大，且在一周內使用基本可以滿足國家標準中空白值小于0.030的要求，因此，為保證水中總氮測定結果的準確率，日常實驗中一定要嚴格按國家標準要求最好現配現用，其最長存放時間不能超過7 d。

4.3 實驗用水的純度

在UV法測定水中總氮的實驗中，實驗用水也是對實驗空白值產生影響的一個重要因素。HJ 636-2012中要求使用無氨水或新鮮去離子水，因無氨水需使用濃硫酸蒸餾，操作復雜且效率較低，本研究使用無氨水、新鮮去離子水、放置3 d的去離子水及超純水等不同純度實驗用水分別進行空白實驗，每種實驗用水做7次平行空白實驗，結果見第133頁表3。

從表3可以看出，使用國家標準要求的無氨水、新鮮去離子水及超純水均能滿足實驗需求，且超純水測得的空白值要低于前兩者，而使用放置3 d的去離子水測得的實驗空白值明顯超出標準規定。結合目前國內檢驗檢測領域發展實際，超純水機在分析實驗室的普及率較高，可以隨制隨用，且出水量較大，代替無氨水不僅有助于提高實驗效率，而且也能減少實驗空白，使得測定結果更為準確。

表3 實驗用水對空白值的影響

4.4 消解環境的污染狀況

消解環境狀況主要包括所用到的比色管、高壓蒸氣鍋等的清潔程度，消解所使用的比色管應先用鹽酸(1+9)浸泡后，再用超純水沖洗數次使用，高壓蒸氣鍋也應使用超純水沖洗數次使用，另外，消解時要塞緊管塞，國家標準推薦用紗布和線繩扎緊管塞，防止彈出，實際消解時有些檢驗人員使用塑料膠布進行包扎。本研究為探究不同消解環境對空白吸光度的影響，采用之前驗證過的進口過硫酸鉀和超純水進行現場配制堿性過硫酸鉀溶液，一組采用酸洗過比色管、紗布和線繩包扎，另一組采用未酸洗比色管、塑料膠布包扎分別進行消解，結果見表4。

表4 消解環境對空白值的影響

從表4可以看出，在相同實驗條件下，酸洗過比色管、紗布和線繩包扎的空白值可以達到國家標準方法中規定的空白值要求，而未酸洗比色管、塑料膠布包扎測得的空白值大于0.030，所以實際操作中檢驗人員不能為圖省事而采用這種方式。分析其原因，塑料膠布上膠水主要成分為異氰酸酯丙烯酸乙酯，是一種化學物質，分子式是C6H7NO3，消解時會造成氮污染，影響實驗空白。

4.5 消解時間

消解過程是UV法測定水中總氮含量的關鍵步驟，消解的時間、體系壓力以及溫度等因素對實驗空白值影響也較大，其中消解時間長短尤為關鍵。HJ 636-2012中要求試樣處于120 ℃～124 ℃下消解30 min，為研究不同消解時間對空白吸光度的影響，本研究采用之前驗證過的進口過硫酸鉀和超純水進行現場配制堿性過硫酸鉀溶液，分別消解10 min、20 min、30 min、40 min，來研究消解時間對空白值的影響，結果見表5。

表5 消解時間對空白值的影響

從表5可以看出，在相同實驗條件下，消解時間10 min、20 min的空白吸光度大于0.030，不在標準規定范圍內；消解時間30 min、40 min的空白吸光度小于0.030，可以達到國家標準方法中規定的空白值要求。這一結果也得到國內其他學者的驗證，如崔靜等研究表明適當延長消解時間有助于堿性過硫酸鉀消解作用的發揮[6]，有利于降低實驗空白值和提升結果準確度，因此實驗中須按照標準要求消解時間不得低于30 min。

5 結語

綜上所述，在堿性過硫酸鉀消解UV法測定水中總氮實驗中，過硫酸鉀純度、堿性過硫酸鉀配制及存放時長、實驗用水情況、消解環境的污染狀況及消解時長等均是影響實驗空白吸光度的因素，其中以試劑純度的影響最為關鍵。實驗結果表明，使用進口過硫酸鉀可滿足實驗要求，但因其價格昂貴，也可將國產廠商提供的過硫酸鉀進行1次～2次重結晶后使用；堿性過硫酸鉀配制時溶液體系溫度須控制在60 ℃以下，且最好現配現用，若確需存放只可于聚乙烯瓶中保存7 d；消解環境的污染狀況、消解時間對空白值也有影響，建議嚴格按照HJ 636-2012操作，消解所使用的比色管應先用鹽酸(1+9)浸泡后，再用超純水沖洗數次使用，高壓蒸氣鍋也應使用超純水沖洗數次使用，另外，消解時要塞緊管塞，并用紗布和線繩扎緊管塞，將比色管置于高壓蒸汽滅菌器中，并控制消解時間不低于30 min。