消解中的关键因素对总氮测定的影响探究

（云南省生态环境厅驻昆明市生态环境监测站 云南 650228）

总氮是指有机氮和无机氮的总和，一般以硝酸盐、亚硝酸盐以及氨态氮等多种形式存在于自然水体中。总氮是水生植物生长和繁殖的重要营养元素，但大量的氮元素进入自然水体后，也容易导致富营养化问题，威胁生态系统的稳定性。在环境监测中，总氮作为一项重要的指标用于评价水质的优劣程度，是反映环境水体所受污染程度和富营养化的重要指标之一。如何进行总氮含量的测定具有重要的意义。

但是，在总氮的测定过程中，消解是否完全、以及空白值的高低会影响测量数据的准确程度。对此，通过实验数据以及查阅相关文献，针对测定总氮实验中关键性的消解影响因素进行探讨，包括消解时间以及过硫酸钾纯度。

1.实验部分

(1)实验仪器

UV-1700型紫外分光光度计（上海美析仪器有限公司）；

具10mm的石英比色皿；

LDZX-50KBS立式高压蒸汽灭菌器（上海申安医疗器械厂）；

25ml具塞磨口玻璃比色管。

(2)主要试剂

硝酸钾标准使用液（10.0mg/L）：临用前，由产品编号为GSB04-2837-2011(b)质量浓度为1000mg/L国家标准样品硝酸钾溶液稀释而得；

过硫酸钾（由美国Sigma-Aldrich生产，纯度≥99.0%）；

氢氧化钠（优级纯，天津市风船化学试剂科技有限公司，纯度≥98.0%）；

盐酸（优级纯，四川西陇科学有限公司）；

实验用水为新制备的去离子水。

(3)实验原理及步骤

①原理

根据标准《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》（HJ 636-2012，以下简称为《标准》），在120℃～124℃下，碱性过硫酸钾溶液将样品中含氮化合物的氮转化为硝酸盐，并通过紫外分光光度法在220nm和275nm的波长处分别测定吸光度A220和A275，根据公式（1）计算校正后的吸光度A，总氮含量（以N计）与校正后的吸光度A成正比。

②步骤

校准曲线图：在带塞子的25ml玻璃比色管中分别测量0.00ml、0.20ml、0.50ml、1.00ml、3.00ml、7.00ml硝酸钾标准溶液，其相应的总氮含量（以N计）为0.00μg、2.00μg、5.00μg、10.0μg，30.0μg和70.0μg。用水稀释至10.00ml，然后加入5.00ml碱性过硫酸钾溶液，关闭试管塞，并用纱布和细绳系住试管塞以防止其弹出。将比色管放入高压蒸汽灭菌器中，将其加热至顶部压力阀以吹入空气，关闭阀，继续加热至120℃至124℃之间，并消化30min。自然冷却，打开阀门放气，拆下锅盖，取出比色管并冷却至室温，按住管塞以将比色管中的液体倒置并充分混合2至3次（若比色管在消解过程中出现管口或管塞破裂，应重新取样分析）。

2.消解时间对总氮测定的影响探究

消解时间不足将导致总氮消解不完全，影响测定结果，国标规定的消解时间是30min，因此将设置几组不同的消解时间梯度，分别探究不同的消解时间对空白吸光值、标准曲线的影响，也以实际水样为例，选择最佳的总氮消解时间。

(1)消解时间对空白吸光值的影响

消解时间对空白吸光值的影响如图1。从图1可以看出，随着消解时间的增加，空白样品的吸光度值逐渐下降，在40min以上（包括40min）时，空白值小于0.030（《标准》质控要求空白试验的校正吸光度Ab小于0.030）；在消解时间大于等于为50min时，空白吸光度值下降到最低且保持稳定。

图1 总氮空白值随消解时间变化示意图

(2)消解时间对总氮工作曲线绘制的影响

按照1.3.1，配制标准使用液，每个浓度的标准使用液各7份，按照0.00μg、2.00μg、5.00μg、10.0μg、30.0μg、70.0μg6个浓度为一组，配制7组，在120℃下，消解不同的时间，测其吸光度值，绘制校准曲线。结果如下图2。

图2 标准曲线相关系数随消解时间变化示意图

由图2可以看出，随着消解时间的增加，校准曲线的相关系数r逐渐上升，在消解时间大于45min（包括45min）时，相关系数r大于0.999，满足标准HJ 636-2012质控要求（校准曲线的相关系数r大于等于0.999）；但50min时相关系数r达到最高。

3.过硫酸钾纯度对总氮测定的影响探究

根据总氮的测定标准，要求测定总氮的空白值低于0.030，而总氮的空白值会受到过硫酸钾纯度以及质量、含氮量的影响。因此，在实验过程中选择含氮量低、优级纯或者分析纯的过硫酸钾，才能满足国标要求的空白值。含氮化合物量过高、质量差的过硫酸钾不仅会引起空白值增大（甚至吸光值＞1），标准曲线的线性较差，灵敏度不理想，而且会导致无法比色。从市场上购得的过硫酸钾质量和纯度都难免有差异，甚至有些厂家的实际含氮量也达不到国标要求的低于0.0005%的要求，使用这些不达标的过硫酸钾消解，会导致总氮标准曲线空白值的偏高，从而影响总氮测定数据。

分别选取国内外4个不同厂家生产的过硫酸钾，均为AR级别，分别以A、B、C、D表示，根据HJ 636-2012的方法，使用无氨水与优级纯的氢氧化钠配制成碱性溶液，并进行空白测定，每种不同的过硫酸钾各有5个平行样，消解45min后测定其吸光值，使用公式（A=A220-2A275）计算后进行比较，测定的结果如表1所示：

表1 过硫酸钾空白试验吸光度表

从上述结果可知，C与D厂家的过硫酸钾质量符合总氮的测定标准的空白吸光值要求（低于0.030），但C相较于D而言，组内偏差较大，可能导致空白值不稳定。由此可见，D的空白试验结果较好，建议总氮测定实验时，选择D厂家的过硫酸钾消解，能够很好地降低总氮的空白值。

而国产的A、B、C过硫酸钾，仅有C型的过硫酸钾符合标准，但其组内偏差较D比较高，实验重现性较差，可能造成总氮空白值不稳定，就其而言，其效果不如D厂家。A、B厂家的过硫酸钾均不符合标准，不建议选择。

4.结论

（1）消解时间对总氮的测定存在影响，由本文实验结果可知，消解时间不足会引起空白值偏高，标准曲线相关系数较差，同时导致水样消解不完全，而引起水样的吸光度不稳定。

（2）过硫酸钾的纯度高低会对总氮的空白值产生影响。但是不同厂家的过硫酸钾，纯度以及质量不同，导致其试剂含氮量存在差异。一般纯的过硫酸钾中，其总氮含量最高不会超过0.0045%。使用不符合标准的试剂会引起空白测试值高的问题。因此，为确保总氮测定的准确性，有必要使用优质的过硫酸钾试剂。

（3）根据不同过硫酸钾的空白试验结果，过硫酸钾在总氮测定实验中作为氧化剂，所以碱性过硫酸钾的配置是总氮实验中的一个关键环节，一旦纯度不够，会对消解效果、测定结果以及空白值产生影响。因此，应选择高纯度，优质，低氮含量的过硫酸钾。如果试剂的质量不能满足总氮测定标准的要求，则需要通过重结晶进行纯化，以使数据结果更加可靠。