总氮测定过程中的影响因素及解决方法

曾润娣

（广东省环境保护职业技术学校，广东 广州 510655）

前言

目前，在社会上含氮工业废水、生活污水不经处理大量排入水体，使水体中以氮形式的化合物含量增加，从而微生物类和生物大量繁殖消耗水中溶解氧（DO），使水体质量越来越差，从而使水体量富营养化状态。

1 ．方案论证

目前，我们普遍采用过硫酸钾氧化法-紫外分光光度法（HJ636-2012），是《水和废水监测分析方法(第四版)》[1]提及的方法，在碱性环境下，过硫酸钾产生反应硫酸氢钾和原子态氧，分解出的原子态氧，可以使水中含氮化合物的氮元素转为硝酸盐，消解后用紫外分光光度计测出吸光度，从而得出总氮的含量。

操作步骤简单是该方法的优势，且实验所使用的仪器为一般实验室具备的，实验试剂、实验用水、消解时间、温度等因素对其造成影响。本课题对造成测定结果不准确、不稳定的等因素进行分析，并提出改进方法。

1.1 实验原理

适用环境类别：湖泊、水库、江河；方法检测测定上限为4mg/L，下限为0.05mg/L；在一定温度的水溶液中（60℃），过硫酸钾分解生成H+和氧，详见下面反应方程式：

本方法是使用双光路双波长紫外分光光度计，在波长220nm和275nm处测定其吸光度，按公式： A =A220-2A275计算硝酸盐氮的吸光度值，从而计算总氮的含量。

1.2 实验仪器和设备

本实验使用国产北京瑞利UV1801紫外分光光度计：10mm石英比色皿。

本实验使用手提式压力蒸汽灭菌锅：型号为YX-280(24L)，最高工作温度不低于120～124℃、最高工作压力为1.1～1.4kg/cm2。

具塞磨口玻璃比色管。

1.3 实验试剂和材料

无氨水

20%氢氧化钠溶液

碱性过硫酸钾溶液

（1+9）盐酸硝酸钾标准溶液

1.4 实验方法

1.4.1 校准曲线的绘制

分别用吸量管量取0、0.50、1.00、2.00、3.00、5.00、7.00、8.00等八个梯度的硝酸钾标准使用溶液于25ml比色管中，用水稀释至10ml。

加入5ml碱性过硫酸钾溶液，关紧磨口塞且用纱布包扎比色管，防止在消解过程中飞溅出来。

将上述比色管放置提式压力蒸汽灭菌锅中，放气使压力指针回零，加热30min。待升温至120～124℃开始计时，使比色管加热30min。

关闭电源，自然冷却，待压力表指针回零后开阀放气，取出比色管并冷至室温。取出比色管后，轻轻摇匀，揭盖并加入盐酸1ml，加水稀释至25ml。

在紫外分光光度计上，用10mm石英比色皿分别在220nm、275nm波长处测定吸光度，用校正的吸光度绘制标准曲线。

1.4.2 空白实验

以10ml水代替水外，其他试剂、用量、分析步骤保持一致进行平行操作。

1.5 实验数据处理

Ab=Ab220-2

As=As220-2*As275

Ar=As-Ab

根据上述公式，计算试样Ar，样品中总氮的质量浓度ρ总氮（mg/L）按公式进行计算：

2.过程论述及结果分析

2.1 实验用水对测定的影响

在总氮测定过程中，实验用水对空白实验结果影响较大。国家标准规定在要求全程使用无氨水对总氮进行测定，使用的试剂需符合分析纯国家标准。因为水体中含有一定量的硝酸盐和亚硝酸盐成分，所以在进行实验所选用的水建议为蒸馏水或者为去离子水。以下用纯水和蒸馏水作为空白进行实验，每组实验测定5个空白值进行比较的情况：

表2 -1实验过程用水对实验空白的影响

由表2-1可知，使用纯水作为空白试验得到的空白平均值为0.121，而蒸馏水的空白平均值为0.063，明显地看出，使用蒸馏水进行空白实验得到的空白值比使用纯水进行空白实验的要小，也证明了蒸馏水对实验空白的影响较小。建议在实验用水的选择中，优先选用蒸馏水，可以减小空白的影响。

2.2 碱性过硫酸钾溶液对测定的影响

本方法主要使用的碱性过硫酸钾进行消解，通过各种实验数据，过硫酸钾在总氮测定中非常重要，本课题过硫酸钾是进口的。过硫酸钾的纯度，一定程度影响空白值的高低和测定结果的准确度。不同厂家的试剂，或者同厂家的不同批次，其含氮量常常达不到要求，使实验空白值比较高，不符合要求。

2.2.1 碱性过硫酸钾溶液配置时水浴温度对测定的影响

根据国家标准的配置碱性过硫酸钾的方法，用万分之一电子天平上称取40.0g过硫酸钾（含氮量应小于0.0005%）溶于600ml无氨水；另取称15.0g氢氧化钠（含氮量应小于0.0005%）溶于300ml水中。本课题采用此配置方法，分析改变不同的变量对实验的影响。

研究在不同的水浴温度配置碱性过硫酸钾溶液时，对测定的影响。

表2 -2不同水浴温度配置碱性过硫酸钾溶液对空白实验的影响

由表2-2可知，标样1、标样2在温度20℃、80℃时，测定值低于最低允许浓度；标样3低于或高于60℃时，低于允许温度；水浴温度在60℃时，3个标样都在允许范围内。因此，配置碱性过硫酸钾溶液控制温度在60℃左右为最适合，提高测定的准确性。

2.2.2 碱性过硫酸钾溶液存放时间对测定的影响

碱性过硫酸钾在总氮的测定过程中起到氧化剂作用，则其浓度也是重要的影响因素，它决定实验结果的准确性，因此往往需要避光低温保存。至于其储存时间，国家标准规定，一般不要超过一周。

研究碱性过硫酸钾储存时间对测定的影响

表2 -3碱性过硫酸钾存放时间长短对空白实验的影响

由表2-3验证了碱性过硫酸钾溶液随着保存时间的延长，空白值也随着变大。建议碱性过硫酸钾临使用前配制，保存时间不应过长，不超过5天，不然过硫酸钾的质量会影响测定标准曲线的线性和结果的准确度。

2.3 消解过程对测定的影响

总氮测定消解过程中主要控制的因素之一—温度。按国家标准要求手提式压力蒸汽灭菌锅的要求，其压力为1.1～1.4kg/cm2时，温度才能达到要求。故应定期检查校准压力表，或安装稳压器，使压力控制在规定范围内进行使用。消解时，要求达到规定温度、压力后，即计时，确保电源不中断，以完成实验。消解后冷却时，放气要缓慢，防止塞子因热胀冷缩原因崩开。若消解不充分，如时间不足、温度不足，导致空白实验值过大。按国家标准要求消解时间为30min，但实际实验证明，30min不足让过硫酸钾消解完全，应采用更长的消化时间，数据证明要40分钟以上，空白实验值才趋于稳定，可以分解完全。

2.3.1 消解时间对测定的影响

消解过程是将碱性过硫酸钾溶液完全分解。以两个试样在不同的消解时间进行测定，并分析结果。

表2 -4消解时间对测定的影响

由表2-4可知，当时间大于30min时，总氮含量下降，表明延长消解时间可以降低空白样的水样总氮测定值；消解时间大于45分钟以后，实验结果趋于稳定，在30min到40min，测定值变化较大，所以消解时间控制在45min左右为最适。

2.3.2消解温度对测定的影响

比色管放置高压蒸汽灭菌锅，加热、出气、关阀，继续加热至120℃即可计时（30min），保持温度在120～124℃之间。以三个试样在不同的消解温度进行测定。

表2 -5消解温度对空白测定的影响

由表2-5可知，温度低于120℃或高于128℃时，空白值较高；温度在120～124℃时，空白实验结果满足国家规定空白试实验的校正吸光度Ab低于0.030。导致空白值偏高，是由于碱性过硫酸钾分解不完全，所以建议在消解时，将温度控制在120～124℃。

2.3.3 消解冷却时间对测定的影响

水样消解完毕之后，待压力表指针归零，打开阀门缓慢放气，将盖子打开再取出水样比色管（戴棉手套以免烫伤手部），自然冷却至水样温度达到室温。

实验数据证明，比色管冷却时间的长短，影响测量的结果高低。过长，结果偏低，相反，过短，则测定结果偏高。

2.4 其他因素对测定的影响

2.4.1 实验室环境

国家标准注意事项中提及，实验室环境应在无尘、通风良好、无氨的环境中进行，避免导致含氮量增大，不应与氨氮、亚硝酸盐氨、硝酸盐氨、挥发酚、总硬度等实验项目在同一个实验室内进行。另外实验所用的试剂、玻璃仪器等用具应单独保存，避免与氨的交叉污染，尽量专用。

2.4.2 玻璃器皿的洗涤

洁净的器皿对总氮测定很重要。在水样的采集、分析的器皿建议提前用10%的盐酸溶液进行清洗，再用超纯水进行清洗，最后用无氨水进行冲洗多次，保证实验用到的器皿都清洗干净，不受氮的影响,洗涤器不得使用重铬酸钾和硝酸洗液进行清洗。

本课题使用的是双光路的紫外分光光度计，其优点是避免测量误差，同时快速便捷。建议有条件的实验室可采用双光路紫外分光光度计，不仅避免测量误差，器皿间误差也能自动修正。

3.结论

碱性过硫酸钾紫外分光光度计测定总氮含量的影响因素，总结课题中提出的几点结论：

3.1 选择适合的水有效降低空白实验的值，实验的精确度也有效提高，课题中得出蒸馏水比纯水适合。

3.2 碱性过硫酸钾对实验的影响，课题从水浴温度、储存时间研究其对实验的影响，课题的得出水浴温度为60℃左右适合、储存时间不宜超过5天，现用现配最好。

3.3 消解对实验的影响，课题从消解时间、消解温度以及冷却时间方面进行研究，并得出消解时间控制在45min左右最适、消解温度控制在120～124℃之间、冷却时间冬天2h、夏天3h。课题还概述了实验室环境、玻璃器皿洗涤以及比色皿比对等因素对总氮测定的影响。通过总氮测定课题的研究，我们在日常总氮测定中必须选用符合国家标准的、使用在有效期内过硫酸钾，实验前必须对试剂做空白实验，准确把握消解温度、时间，碱性过硫酸钾采用优质的且临用现配，最好不超过5天，实验用水为无氨水。