碱性过硫酸钾法测定水中总氮的研究

谢 聃

（梅州市蕉玲生态环境监测站，广东 梅州 514100）

近些年来，随着经济社会的不断发展和进步，城市化进程也不断加快，随之而来的是水质环境污染也逐渐严重，对自然环境和人体健康造成威胁与影响。在当下，水质环境的污染已经成为世界各国主要面临的挑战。我国的水质污染形势相对严峻，对人体健康所造成的不良影响也逐渐地凸显。基于此，需要展开水质环境的检测和分析，探寻出快速检测的方式方法，并对其进行合理科学的控制，以此来判断污染源，进行控制治理[1]。在水质总氮的测定当中，可以分为多种方式，其中包括流动注射-盐酸萘乙二胺分光光度法与碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法。在流动注射法当中，主要是在碱性的介质和硫酸盐产生氧化反应之后，利用镉柱来进行还原，转化为亚硝酸盐物质，之后可以在酸性的介质当中产生重氮化的反应，在盐酸钠乙二胺偶联的作用下生成一种紫红色的化和物质。碱性过硫酸钾法主要是，在规定的条件范围内，进行样品悬浮物质的测定以及氮综合的求解。

1 总氮定义及其测定原理

总氮，主要指的是水体样本当中所包含的溶解态氮以及悬浮物当中包含的氮，两者的总和。在进行测定的原理当中，主要指的是水样当中所包含的含氮物质在实验体系的温度下进行转化，其中一般温度都在120 ℃到124 ℃之间，加入碱性过硫酸钾溶液之后自身转化为硝酸盐物质，将其转化的试液放置在紫外分光光度计当中进行测定，其中需要确保波长220 nm和275 nm位置处都要进行测定，根据水体当中包含的总氮含量和校正吸光度之间产生的比例关系来进行判断，其中可以借助于标准曲线法进行测量[2]。

2 实验部分

2.1 实验试剂及仪器

在本文当中，主要应用到的试剂有氢氧化钠、过硫酸钾、盐酸、碱性过硫酸钾溶液（其中在碱性过硫酸钾的制作过程当中，需要借助于40 g的过硫酸钾和15 g的氢氧化钠，两者溶解于超纯水当中，将其稀释到1 000 mL即可）、1+9盐酸、硝酸钾的标准溶液以及氨氮的标准溶液。在该实验当中主要应用到的仪器当中，主要是利用T6新世纪的紫外可见分光光度计、1 cm的石英比色皿、YX-280D的高压蒸汽灭菌器[3]。

2.2 实验过程

在实验过程中，需要根据HJ 636-2012标准来实现样品的采集、试样的制备以及试剂溶液的配置。借助移液器将10.00 mL的样品放置于25 mL的比色管当中，并在其中添加5.00 mL的碱性过硫酸钾溶液，利用纱布和细绳或者塑料胶布包扎之后，将其放置于立式压力蒸汽灭菌器内进行加热，直到顶压阀吹气，就可以关闭阀门，然后继续加热到120 ℃，在此过程中，需要在120 ℃到124 ℃的区间范围内保持30 min的加热时间，等到冷却之后就可以放气，再等到比色管内部的试液逐渐恢复到室温状态后就可以进行摇匀，并在其中加入1.00 mL的盐酸溶液用水进行稀释到一定刻度后，就可以取出适量的试液放置在石英比色皿中。在比色过程中，可以利用水作为参考，在TU-1950紫外分光光度计的作用下对波长在220 nm和275 nm位置处进行吸光程度的测定。

2.3 实验关键点分析

2.3.1 数值偏高、精密程度差

在实验过程当中，出现了空白值的数值偏高且精密程度相对较差的现象，在进行水中总氮测定的过程当中，产生此种现象的主要原因多种多样，包含多个方面的因素，其中实验用水、关键试剂、比色皿洁净度、消解后开塞前是否摇匀等，在每一个环节都需要谨慎处理。

在实验用水方面，标准中规定实验需要利用无氨水或者新制备的去离子水。经过对不同的水进行对比，结果如表1所示。其中，新制备的无氨水、高纯水、市场购买的纯净水A和B在实验的空白校正吸光度方面都符合要求，但是去离子水不能满足实验需求，造成此种现象的主要原因可能是因为实验室的输水管道比较长，产生了氮污染的现象。因此在实验室进行实验的过程中，无氨水的制备需要现制现用，而且对无氨水的制备要求较高[4]。

表1 几种水空白校正吸光度对比

在关键试剂方面，我们对氢氧化钠和过硫酸钾进行分析，两者的用量具备一定的要求，其含氮量也有所区别，在实际的应用过程当中，需要针对不同的批次来进行实际含氮量的检测，确保合格的氢氧化钠和过硫酸钾试剂。其中在对氢氧化钠纯度提取检验的过程当中，需要按照标准文本当中的方式检验，结果说明其质量的差距较大，选取的时候需要结合氮含量来选出最优试剂。在对过硫酸钾的纯度提取当中，一般借助于简单的重结晶方式，就可以对试剂当中的杂质去除。在本文当中，提出了一种简单的操作方式，在装有1 000 mL无氨水的烧杯放置于50 ℃的锅当中对其进行加热操作，在这个过程当中需要边加边搅拌，在溶解结束之后将其用保鲜膜封好，放置于4 ℃的冰箱当中重结晶，保持一夜时间之后，利用高纯水对晶体清洗，在50 ℃的烘箱下对其进行烘干操作。经过试验之后，可以1次提纯就满足需求，提纯2次的效果更好。

在试剂消解之后开塞前的颠倒混匀方面，在标准当中做出了明确的规定，但是实际的操作过程当中很容易出现简化步骤的情况，在盐酸加入之后再统一摇匀就会产生测定值偏低或者精确程度较差的现象。在试样消解之后开塞之前进行颠倒摇晃比色管，可以将其内部存在的氨气分子以及硝酸盐充分地溶解到水体当中。在本文当中，对两种操作进行对比测定，结果见表2，从表2当中可以看出，是否进行颠倒混匀的操作可以对空白测定的结果稳定程度产生极大的影响。在实际的样品当中，不颠倒混匀的结果准确程度偏低且回收率较低。

表2 颠倒混匀操作对测定结果产生的影响（mg/L）

在比色管的清洗方面，实验的操作当中，我们先利用自来水对盐酸浸泡的比色管进行冲洗之后，再进行无氨水的清洗，放置一周，将其和全新清洗好的比色管对比，得出的实验结果表明，放置一周的比色管空白吸光度产生了很多的变化，影响了最终的结果，因此在实验中需要确保实验器皿不会造成氮污染。

在高压蒸汽灭菌器方面，运行的过程当中属于完全密封的环境，因此自身的清洁程度会影响实验的最终结果。在本文当中，我们将两组试样进行对比分析，其中一组利用新购置的高压蒸汽灭菌器进行消解，另外一组利用陈旧高压蒸汽灭菌器消解，得出结果[5]。在旧的高压蒸汽灭菌器当中，对于多种类型的水体试样都进行消解，比如地表水、废水以及污水厂进出口等，因此在不及时清洁的情况下很容易造成试样的污染，因此产生的样品吸光度要比新锅消解的大。基于此，需要保持每周灵活的清洗频率，在清洗的过程当中也可以借助于聚四氟乙烯螺旋塞的专用消解管来进行消解，其具有较好的密封效果，对于清洗高压蒸汽灭菌器的次数可以降低。

2.3.2 总氮小于氨氮

在对污水处理厂样品进行分析的过程当中，经常会出现总氮的测量所得数值相较于氨氮要小，此种情况下的水体样本当中氨氮浓度处于较高的状态，在碱性过硫酸钾和氨氮生成反应之后就会产生氨气的逸出操作，最终造成了总氮的测定结果较低的状态。在氨氮含量较高的情况下，其总氮的测定值就越小，且回收率越低。对于测定总氮，在实验中为了简便操作，样品在统一加入硫酸钾之后统一加盖操作，此种方式给氨气的挥发创造了时间，此外还会受到铵盐的含量、管口大小以及操作时间等因素的影响。因此，基于此种情况，可以借助于移液枪的方式来进行快速地提取过硫酸钾，提取之后马上盖好盖子，减少氨气的逸出操作；也可以利用稀释样品的方式来降低铵盐的浓度，或者延长消解时间[6]。

3 改进方式

针对以上标准测量总氮方式的不足，可以进行改进，其一，可以将硝酸钾标准利用液用容量瓶进行定容操作之后再进行消解操作，对于其中产生的两次补水就可以省去，产生的误差小；其二，也可以利用耐温耐压的COD消解管在恒温消解器内部进行加热操作，达到少量药剂实现充分的氧化操作，也可以延长消解的时间。利用此种方式进行检测具有简便、试剂用量少且使用安全的特点，可以快速地进行总氮含量的测量，最大限度地满足了快速测试需求。

4 结语

综上所述，得出了以下结论：在实验当中，可以使用无氨水、高纯水或者纯净水；在购买不同的批次氢氧化钠、过硫酸钾下都需要确保空白实验的完成且空白值的吸光度需要在0.03范围以内，可以利用重结晶的方式来进行提纯过硫酸钾；在进行溶解过硫酸钾的过程当中可以利用多种方式来完成，比如水浴、超声以及磁力搅拌等，可以提升溶解速度和工作的实际效率。在比色管方面，需要确保现洗现用，如果在样品当中发现了氨氮含量超出总氮的情况，可以利用碱性过硫酸钾加入之后立刻盖上比色管盖子、样品稀释的方式来进行消解时间的延长，最终达到理想的总氮回收率。