何 娜 ， 張 力

(1.湛江經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站 ， 廣東 湛江 524000 ； 2.廣東省韶關(guān)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站 ， 廣東 韶關(guān) 512026)

總氮是反映水體受污染程度和水體富營養(yǎng)化的主要指標(biāo)之一。目前我國現(xiàn)行有效的測定水中總氮的方法有堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(HJ 636—2012)、氣相分子吸收光譜法(HJ/T 199—2005)、連續(xù)流動(dòng)-鹽酸萘乙二胺分光光度法(HJ 667—2013)和流動(dòng)注射-鹽酸萘乙二胺分光光度法(HJ 668-2013)等。其中，堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法因其成本低、操作簡單快捷等特點(diǎn)被廣泛使用，但該方法在實(shí)際測定中會出現(xiàn)空白值偏高、總氮測定結(jié)果低于氨氮以及樣品測定值波動(dòng)大等現(xiàn)象，進(jìn)而影響測定結(jié)果的可靠性。

為有效提高該方法測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，本文將從實(shí)驗(yàn)用水、過硫酸鉀試劑、氫氧化鈉試劑、玻璃器皿、高濁度水樣、高氨氮水樣以及其他注意事項(xiàng)等方面進(jìn)行探討，并提出相應(yīng)有效提高測定總氮準(zhǔn)確度的控制措施。

1 實(shí)驗(yàn)原理

在溫度120～124 ℃條件下，堿性過硫酸鉀溶液使樣品中含氮化合物轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，采用紫外分光光度法于波長220 nm和275 nm處，分別測定吸光度A220和A275，按照公式A=A220-2A275計(jì)算校正吸光度A，總氮含量與校正吸光度A成正比[1]。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 試劑和儀器

試劑：過硫酸鉀1 (AR，國產(chǎn)，廠家1) ； 過硫酸鉀2(GR，國產(chǎn)，廠家1) ；過硫酸鉀3(GR，國產(chǎn)，廠家2)；過硫酸鉀4(puriss.p.a.，進(jìn)口，Sigma) 。氫氧化鈉1(AR，廠家1)；氫氧化鈉2(GR，廠家1) ；氫氧化鈉3(AR，廠家4)；氫氧化鈉2(GR，廠家5)。鹽酸(AR，墨客) ；總氮標(biāo)樣1(0.525 mg/L±0.053mg/L，標(biāo)樣所203269)；總氮標(biāo)樣2(1.71 mg/L±0.12 mg/L，標(biāo)樣所203258)；總氮標(biāo)樣3(6.33 mg/L±0.33 mg/L，標(biāo)樣所203264)。水：普通去離子水、無氨水、超純水。

儀器：DR 5000 紫外分光光度計(jì)(Hach美國) 及 10 mm石英比色皿；YXQ-LS-50SII 立式壓力蒸汽滅菌器(上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠)； YXQ-50SII 立式壓力蒸汽滅菌器(上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠) ；UPR-Ⅱ-20L 超純水機(jī)(四川優(yōu)普超純科技有限公司) 。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法與步驟

按照HJ 636—2012標(biāo)準(zhǔn)分析方法的操作步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

3 結(jié)果與討論

3.1 實(shí)驗(yàn)用水

紫外分光法測定總氮的方法對實(shí)驗(yàn)用水的要求很嚴(yán)格，要求空白試驗(yàn)的校正吸光度應(yīng)小于0.030。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定實(shí)驗(yàn)用水須為無氨水或新制備的去離子水。無氨水的制備方法為每升水中加入 0.10 mL的濃硫酸蒸餾，收集餾出液于具塞玻璃容器中[1]。但該方法會因蒸餾裝置或是收集裝置清洗不干凈而帶入新的污染，且效率較低，故在實(shí)際操作中使用較少。現(xiàn)在大部分實(shí)驗(yàn)室使用超純水作為實(shí)驗(yàn)用水，這種水的純度比較高，且隨用隨制，制取過程是密封的，不易受到氨的污染。本文使用新制備的去離子水、無氨水以及超純水做空白試驗(yàn)，其他試劑均為同一批次且按照標(biāo)準(zhǔn)方法現(xiàn)配。測定結(jié)果見表1。

表1 不同實(shí)驗(yàn)用水對空白值的影響

由表1可知，新制備的去離子水、無氨水和超純水的空白吸光度都能滿足小于0.030的要求，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，超純水的空白吸光度最低。結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，空白值越小對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度越有利，特別是測定總氮含量低的樣品時(shí)。故建議有條件的實(shí)驗(yàn)室，優(yōu)先使用超純水作為實(shí)驗(yàn)用水，最好是隨用隨制備。

3.2 關(guān)鍵試劑

3.2.1過硫酸鉀的純度

過硫酸鉀試劑的質(zhì)量是直接影響總氮測定結(jié)果準(zhǔn)確度的關(guān)鍵因素，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定過硫酸鉀含氮量應(yīng)小于0.000 5%?？瞻字灯呤且?yàn)檫^硫酸鉀的純度不夠[1-2]。目前市售的過硫酸鉀質(zhì)量參差不齊，一些國產(chǎn)的過硫酸鉀試劑標(biāo)稱含氮量<0.000 5%，但實(shí)際使用起來往往達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)空白值的要求。本文選取兩家國產(chǎn)過硫酸鉀和一家進(jìn)口過硫酸鉀分別與優(yōu)級純的氫氧化鈉按標(biāo)準(zhǔn)方法現(xiàn)配，進(jìn)行空白和標(biāo)樣對比實(shí)驗(yàn)。測定結(jié)果見表2和表3。

表2 不同純度的過硫酸鉀對空白值的影響

表3 不同純度的過硫酸鉀對測定結(jié)果的影響

由表2可以看出，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，國產(chǎn)的過硫酸鉀無論是分析純，還是優(yōu)級純，其空白值都高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.030，這與潘忠成等[3]的研究結(jié)果一致，且同為優(yōu)級純，不同廠家的質(zhì)量也有差異。進(jìn)口的過硫酸鉀可以滿足標(biāo)準(zhǔn)空白值的要求。

由表3可以看出，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，純度較差的過硫酸鉀會嚴(yán)重影響測定結(jié)果的準(zhǔn)確度，但進(jìn)口過硫酸鉀測定結(jié)果都在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)。

相對國產(chǎn)試劑來說，進(jìn)口過硫酸鉀價(jià)格較為昂貴。若從低成本的角度，可以考慮使用國產(chǎn)過硫酸鉀進(jìn)行重結(jié)晶。潘忠成等[3]探討了過硫酸鉀進(jìn)行多次重結(jié)晶處理對空白吸光值的影響，實(shí)驗(yàn)表明重結(jié)晶3次的國產(chǎn)分析純過硫酸鉀的純度與進(jìn)口過硫酸鉀的純度相當(dāng)，而成本僅是進(jìn)口過硫酸鉀的1 /4，且大部分過硫酸鉀重結(jié)晶2次就能滿足實(shí)驗(yàn)要求。故建議有條件的實(shí)驗(yàn)室優(yōu)先選用進(jìn)口過硫酸鉀，其次選用經(jīng)重結(jié)晶3次后的國產(chǎn)過硫酸鉀，但每批次都需按標(biāo)準(zhǔn)附錄A進(jìn)行含氮量測定，滿足要求后方可使用。

3.2.2 氫氧化鈉的純度

氫氧化鈉試劑的質(zhì)量是直接影響總氮測定結(jié)果準(zhǔn)確度的關(guān)鍵因素，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定氫氧化鈉含氮量應(yīng)小于0.000 5%。一些國產(chǎn)的氫氧化鈉試劑標(biāo)稱含氮量<0.000 5%，但實(shí)際使用起來往往達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)空白值的要求。本文選取不同純度和不同廠家的氫氧化鈉分別與進(jìn)口過硫酸鉀按HJ636—2012方法現(xiàn)配，進(jìn)行空白和標(biāo)樣對比實(shí)驗(yàn)。結(jié)果見表4。

表4 不同純度的氫氧化鈉對空白值和測定結(jié)果的影響

由表4可知，國產(chǎn)氫氧化鈉質(zhì)量差距很大，同為分析純，有些廠家測得空白吸光度可以滿足要求，且測定標(biāo)準(zhǔn)樣品的濃度都在允許范圍內(nèi)，而有些廠家則達(dá)不到要求，優(yōu)級純亦然。故在選擇氫氧化鈉試劑時(shí)，不管純度是分析純還是優(yōu)級純，均應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)附錄A檢驗(yàn)試劑含氮量是否達(dá)標(biāo)，滿足要求后方可使用。

3.2.3 堿性過硫酸鉀的配制

標(biāo)準(zhǔn)指出應(yīng)將過硫酸鉀和氫氧化鈉分開配制，待氫氧化鈉恢復(fù)室溫后再將兩者混勻定容。因?yàn)樵?0 ℃以上的水溶液中，過硫酸鉀可分解產(chǎn)生硫酸氫鉀和原子態(tài)氧，而氫氧化鈉屬于強(qiáng)堿試劑，溶于水時(shí)會瞬間釋放大量的熱，使溶液的局部溫度驟升，達(dá)到60 ℃以上，會導(dǎo)致部分過硫酸鉀分解失效[4]。本文選取混合配制和分開配制兩種配制方法，進(jìn)行空白和標(biāo)樣對比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表5。

表5 不同配制方法的堿性過硫酸鉀對空白值和測定結(jié)果的影響

由表5可知，混合配制和分開配制對空白吸光度的影響不大，混合配制的測定結(jié)果偏低，其中標(biāo)樣1和標(biāo)樣3的測定結(jié)果均偏離標(biāo)準(zhǔn)值允許范圍，而分開配制得到的堿性過硫酸鉀測定3種濃度標(biāo)樣的測定結(jié)果都在范圍內(nèi)。故配制堿性過硫酸鉀時(shí)必須分開配制，且保證配制過程溫度要在60 ℃以下。另外，由于過硫酸鉀在常溫下較難溶解，可使用超聲或在50 ℃的水浴中加速溶解。

3.3 玻璃器皿

實(shí)驗(yàn)中所用的玻璃器皿，尤其是比色管的潔凈度對實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度的影響較為關(guān)鍵。本文選用3種不同清洗方式對比色管進(jìn)行清洗，做空白對比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表6。方式一，用洗滌劑清洗后，先用自來水沖洗，再用去離子水沖洗干凈后，立即使用；方式二，用(1+9)鹽酸浸泡24 h后，先用自來水沖洗，再用去離子水沖洗干凈，在容易引起氨污染的實(shí)驗(yàn)室放置一周后使用；方式三，用(1+9)鹽酸浸泡24 h后，先用自來水沖洗，再用去離子水沖洗干凈，立即使用。

表6 不同潔凈度的玻璃器皿對空白值的影響

由表6可知，方式一和方式二均不能滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的空白值吸光度應(yīng)小于0.030的要求，方式三可以。說明比色管僅經(jīng)普通清洗(即方式一)，空白吸光度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，這與黃玲等[1]的研究結(jié)果一致。比色管經(jīng)泡酸清洗后，在有氨污染的環(huán)境下放置一段時(shí)間(即方式二)后空白吸光度會發(fā)生較大變化，以上兩種情況均會對測定結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生一定的影響。故實(shí)驗(yàn)中用到的玻璃器皿應(yīng)使用(1+9)鹽酸浸泡24 h后，先用自來水沖洗，再用去離子水沖洗數(shù)次，洗凈后立即使用。

3.4 兩種特殊水樣

3.4.1高濁度水樣

有些水樣經(jīng)消解后出現(xiàn)渾濁的情況，尤其是部分含懸浮物、泥沙高的樣品，常常出現(xiàn)吸光度A275/A220>20%的現(xiàn)象，從而影響測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。根據(jù)方法原理，堿性過硫酸鉀溶液使樣品中含氮化合物轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，利用硝酸根離子在220 nm波長處的吸收而定量測定，溶解的有機(jī)物在220 nm處也會有吸收，而硝酸根離子在275 nm處沒有吸收，因此在275 nm處作另一次測量，以校正硝酸鹽氮值，A=A220-2A275中的2為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)[5]。潘小敏等[6]認(rèn)為，當(dāng)消解后樣品中仍存在懸浮物時(shí)，此時(shí)的A220和A275之間并不存在2∶1的關(guān)系，從而造成總氮的測定結(jié)果偏低。文章選取3種方式對消解定容后仍渾濁的水樣進(jìn)行處理，并做加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)，對比其測定結(jié)果，見表7。方式一，不過濾，直接比色；方式二，經(jīng)0.45 μm水相針式過濾頭，棄去前3 mL，直接過濾到比色皿中；方式三，經(jīng)轉(zhuǎn)速為3 500 r/min離心5 min后比色。

表7 樣品消解定容后不同處理方式對測定結(jié)果的影響

由表7可知，直接測定的結(jié)果比經(jīng)0.45 μm過濾頭過濾和經(jīng)3 500 r/min離心5 min后的測定值都偏低，且樣品經(jīng)過濾或離心后的A275、A275/A220值顯著降低，說明有效去除懸浮物等對總氮測定結(jié)果的干擾，且加標(biāo)回收率均滿足測定要求。故遇到消解定容后仍渾濁的水樣，可以采取經(jīng)0.45 μm過濾頭過濾或是經(jīng)3 500 r/min離心5 min的處理后再進(jìn)行比色。

3.4.2高氨氮水樣

當(dāng)總氮中的含氮化合物由氨氮組成時(shí)(即高氨氮水樣)，兩者的測定結(jié)果很接近，這時(shí)極易出現(xiàn)總氮測定值低于氨氮測定值的情況。主要是因?yàn)樵谙膺^程中部分氮以氨氣形態(tài)逸散在比色管的氣相中。本文用氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液配制氨氮含量(以N計(jì))為200 μg 的模擬水樣(取10.00 mL的20.0 mg/L氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液于比色管中)，分別對原樣和稀釋后的模擬水樣按HJ636—2012的分析步驟進(jìn)行消解，對比其測定結(jié)果，見表8。

表8 模擬水樣不同稀釋倍數(shù)的總氮測定結(jié)果

由表8可知，高氨氮水樣若直接消解，出現(xiàn)總氮的測定結(jié)果偏低的情況，當(dāng)測定水樣中的氨氮含量越高，氮在消解過程中的損失越多。當(dāng)測定水樣中氨氮的含量低于50 μg時(shí)，可得到滿意的結(jié)果。故測定高氨氮水樣時(shí)，應(yīng)將其稀釋，保證其稀釋后水樣的氨氮含量<50 μg，再進(jìn)行消解。

3.5 其他注意事項(xiàng)

實(shí)驗(yàn)室環(huán)境會影響總氮測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，使測定結(jié)果偏高或偏低，因此測定總氮的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)盡量保持室內(nèi)環(huán)境無氨，不能同時(shí)分析氨類測定實(shí)驗(yàn)，不能與總硬度、揮發(fā)分等用到氨水的實(shí)驗(yàn)在同一個(gè)空間，并盡可能遠(yuǎn)離衛(wèi)生間。

比色管出現(xiàn)老化或質(zhì)量問題時(shí)，在消解過程中塞子可能會被頂開或是出現(xiàn)管口破裂，蒸汽滅菌器內(nèi)的高溫高壓和鍋內(nèi)蒸發(fā)的水汽會導(dǎo)致試樣有所損失或被污染，從而影響測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。故要注意比色管的密閉性問題。

試樣消解后在自然冷卻過程中，由水樣中含氮化合物轉(zhuǎn)化的硝酸鹽可能會吸附在試管壁上，從而使總氮測定值偏低，影響測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)亦會降低平行樣之間的精密度。因此，試樣在消解后開塞前，應(yīng)注意顛倒混勻操作。

4 結(jié)論

①新制備的去離子水、無氨水和超純水均能滿足實(shí)驗(yàn)要求，但由于無氨水的制備繁瑣且易引入新的污染，因此，實(shí)驗(yàn)用水可選用新制備的去離子水，有條件的實(shí)驗(yàn)室可使用超純水。②過硫酸鉀和氫氧化鈉的純度對提高測定結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，每批次的試劑都應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)上的方法進(jìn)行含氮量測定，滿足要求后方可使用。過硫酸鉀優(yōu)先選擇進(jìn)口試劑，國產(chǎn)的大多數(shù)須經(jīng)幾次重結(jié)晶后含氮量才達(dá)標(biāo)。配制堿性過硫酸鉀時(shí)過硫酸鉀和氫氧化鈉必須分開溶解，且保證配制過程溫度要在60 ℃以下。③注意玻璃器皿的潔凈度。實(shí)驗(yàn)中使用的玻璃器皿應(yīng)是經(jīng)(1+9)鹽酸浸泡24 h后洗凈的，洗凈后立即使用。④消解定容后仍渾濁的水樣，可以采取經(jīng)0.45 μm過濾頭過濾或是經(jīng)3 500 r/min離心5 min的處理后再進(jìn)行比色。⑤測定氨氮含量較高的水樣時(shí)，應(yīng)先稀釋再消解，稀釋后水樣的氨氮含量(以N計(jì))<50 μg為佳。⑥盡量保持實(shí)驗(yàn)室無氨環(huán)境及避免交叉實(shí)驗(yàn)對測定產(chǎn)生的干擾；注意比色管的密閉性問題；試樣在消解后開塞前，注意顛倒混勻操作，以保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。