紫外法测定水质中总氮的影响因素研究

李秋波

（大连市环境监测中心，大连辽宁 116023）

紫外法测定水质中总氮的影响因素研究

李秋波

（大连市环境监测中心，大连辽宁 116023）

结合紫外法测定水质中总氮空白校正吸光度值易偏高、测定结果准确度低的问题，分别从检测试剂含氮量、选择实验用水、清洗玻璃器皿、改进实验操作、改进消解环境等多个方面分析了各影响因素对总氮测定的影响，相应提出了采用测定含氮量的方法筛选试剂、新制备的去离子水作为总氮实验用水、每次总氮实验使用新刷好的器皿、增加颠倒混匀步骤提高测定结果的准确度和精密度、高压蒸汽灭菌器应定时清洗换水等对策与建议。

总氮；紫外法；空白试验；标准样品；影响因素；准确度

总氮（Total Nitrogen，TN）是指水体中所有含氮化合物中氮的总含量，包括亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、无机铵盐、溶解态氨及有机氮。水体中的总氮含量反映水体受污染的程度和自净状况，是反映水体富营养化程度的重要指标之一。总氮超标可能导致赤潮的发生，对环境质量产生巨大的威胁，国家已在相继出台的多个工业水污染物排放标准中增加了总氮控制指标，控制总氮达标已是环境治理的大势所趋，因此，准确测定水质中总氮含量对环境管理工作具有重要意义。目前，国内测定总氮的标准分析方法主要有碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法[1]（以下简称“紫外法”）和气相分子吸收光谱法[2]。紫外法测定总氮的特点是操作简单、准确度高，不用加强酸、强碱以及汞盐等对环境产生危害的物质[3]，对实验仪器设备要求不高，适合大部分实验室开展总氮分析。然而，在实际操作中发现，紫外法空白试验的校正吸光度值易偏高，较难控制在标准中规定的0.030以下，这与试剂过硫酸钾和氢氧化钠中的含氮量关系较大；紫外法测定总氮对实验条件要求也比较严格，包括实验用水、器皿以及环境条件等一些因素可能对总氮的测定结果产生较大影响。针对紫外法中存在的问题，本研究对试剂、实验用水、器皿、操作、消解环境等影响因素进行探讨，为提高紫外法测定总氮的准确度提供建议与对策。

1 总氮和试剂含氮量测定方法

1.1 实验材料

1.1.1 实验用水与试剂

（1）实验用水为无氨水[1]，新制备的去离子水；（2）碱性过硫酸钾溶液：称取40.0 g过硫酸钾（分析纯）溶于600 ml水中，另称取15.0 g氢氧化钠（分析纯）溶于300 ml水中，待氢氧化钠溶液温度冷却至室温后，混合两种溶液定容至1 000 ml，存放于聚乙烯瓶中，可保存一周；（3）盐酸溶液：1+9；（4）总氮有证标准样品。

1.1.2仪器设备

（1）高压蒸汽灭菌器：最高工作温度不低于120～124℃；（2）紫外分光光度计：具10 mm石英比色皿；（3）25 ml具塞磨口玻璃比色管。

1.2 测定方法

总氮的测定方法按照紫外法[1]中的分析步骤进行。

过硫酸钾和氢氧化钠的含氮量测定方法分别按照日本工业标准JIS K 8253（1996）[4]和JIS K 8826（2004）[5]进行。

2 紫外法测定总氮影响因素研究

2.1 试剂过硫酸钾和氢氧化钠含氮量的检测

紫外法空白校正吸光度值易偏高的问题与过硫酸钾和氢氧化钠中的含氮量关系较大。实验室分析人员在筛选试剂时，普遍采用空白试验的方法，根据试剂的等级和标注含氮量优先选取一些试剂来进行比较。但市售的过硫酸钾和氢氧化钠质量参差不齐，有些厂家的试剂标注的等级高（分析纯以上），含氮量低（＜0.000 5%），实际应用效果却很不理想，空白校正吸光度值甚至达到1.0以上，对筛选合格试剂产生很大困扰。日本工业标准（Japanese Industrial Standards，简称JIS）测定总氮的紫外分光光度法[6]（JIS K 0102 1998 45.2）与我国的紫外法原理一致，日本的紫外分光光度法中规定过硫酸钾和氢氧化钠应分别符合JIS K 8253（1996）[4]和JIS K 8826（2004）[5]的要求，试剂的含氮量均应小于0.000 5%并分别给出具体的判别方法。

购买不同生产厂家、不同等级的过硫酸钾和氢氧化钠，按照文献[4]和[5]的方法对试剂的含氮量进行检测，实验结果见表1。

表1 过硫酸钾和氢氧化钠含氮量检测结果

表1中的实验结果显示，厂家A的过硫酸钾和厂家C的氢氧化钠为优级纯试剂，标注含氮量小于0.000 5%，而实际检测结果均大于0.000 5%，与标注等级均不一致。若分析人员按照等级选择试剂，必然优先选用厂家A的过硫酸钾和厂家C的氢氧化钠，由两者配制碱性过硫酸钾，总氮空白校正吸光度值为0.098，这样的结果对分析人员筛选试剂产生一定的干扰。厂家B的过硫酸钾和厂家D的氢氧化钠为分析纯试剂，标准含氮量相对较高，而实际检测结果均小于0.000 5%，与标注等级也均不一致。由两者配制碱性过硫酸钾，总氮空白校正吸光度值为0.022，若分析人员依据标注等级和含氮量排除两者，易错过适用于总氮实验的试剂。鉴于以上原因，本研究认为文献[4]和[5]中的含氮量测定方法可较为顺利地一次性筛选出符合总氮实验要求的试剂，可经空白试验确认校正吸光度值小于0.030后应用于总氮测定，为通过筛选合格试剂解决空白校正吸光度值高的问题提供途径。

2.2 实验用水的选择

紫外法测定总氮要求实验用水为无氨水。传统的无氨水制备方法包括离子交换法和蒸馏法，制取过程较为复杂。随着监测条件的提高，多数实验室已使用由纯水机制备的去离子水直接作为实验用水，新制备的去离子水纯度高，随用随制，制取过程密封，不易受氨气、硝酸或铵盐试剂的污染，实验效果与传统方法制备的无氨水相比不存在差异。

以新制备去离子水和传统方法制备无氨水分别作为实验用水，同步测定总氮空白及标准样品，实验结果见表2。

表2 新制备去离子水和无氨水总氮实验结果比对

表2中的数据显示，以新制备去离子水作为实验用水空白校正吸光度值在0.030以下，标准样品的平行双样测定结果均在保证值范围之内，与以传统方法制备无氨水作为实验用水的测定结果保持一致。由此可见，以新制备去离子水作为总氮实验用水对空白校正吸光度值和样品测定值的准确性均不产生影响，在有条件的情况下，分析人员可将由纯水机新制备的去离子水直接作为总氮测定的实验用水，既省时便利，提高工作效率，又保证了紫外法测定总氮的实验效果。

2.3 实验器皿对总氮测定的影响

实验室是一个药品和污水样品集中的环境，极易存在氨气、硝酸以及铵盐试剂污染。实际工作中，有些分析人员在总氮实验中使用清洗后存放备用的玻璃器皿，而不是在每次实验前冲洗玻璃器皿，这就导致玻璃器皿清洁程度成为影响总氮测定值准确度的一个关键因素。

25 ml比色管是总氮实验中的主要器皿，将其按方法要求清洗后在实验室放置数日，与实验前新刷比色管同步测定总氮空白及标准样品，测定结果见表3。

表3 两种比色管总氮测定结果比对

表3中的比对结果显示，使用实验前新刷的比色管，总氮空白校正吸光度值均在0.030以下，标准样品的平行双样测定结果也均在保证值范围之内；使用清洗后放置数日的比色管，空白校正吸光度值明显升高至0.044（平均值），标准样品的测定结果1.64 mg/L（平均值）超出了保证值范围的上限，总氮测定结果的准确性因比色管被污染而受影响。由此可见，清洗后在实验室中存放备用的玻璃器皿极易受到含氮物质的污染，对总氮测定值的准确性产生影响，在不能保证清洗后存放备用的玻璃器皿不会受到污染的情况下，应在每次总氮实验前新刷玻璃器皿，以避免因器皿受污染而导致实验失败。

2.4 消解后混匀对总氮测定的影响

由于消解时的加热、蒸发，试样在自然冷却过程中，硝酸盐可能会被吸附在比色管内上层的管壁和管塞上，若直接进行定容、比色操作，总氮测定值的准确性和精密性有可能会受到影响。若在消解完毕并自然冷却后、开塞前增加颠倒混匀试样的操作，可能有助提高总氮测定值的准确度和精密度。

通过测定总氮空白及标准样品，比较试样在消解后、开塞前不颠倒混匀和颠倒混匀两种情况下总氮测定结果是否发生变化，实验结果见表4。

表4 颠倒混匀操作对总氮测定结果的影响

表4的实验结果显示，试样消解后在不颠倒混匀直接定容比色的情况下，平行6次空白实验的校正吸光度值在0.009～0.022之间，各空白实验测定结果变化较大，精密度较低；标准样品的平行6次测定结果中，其中3次测定值超出保证值范围，6次测定均值为1.43 mg/L，相对误差为5.9%。试样在颠倒混匀后定容比色的情况下，平行6次空白实验的校正吸光度值在0.010～0.015之间，各空白实验测定结果变化较小，精密度较高；标准样品的平行6次测定结果均在保证值范围之内，6次测定均值为1.51 mg/L，相对误差为0.7%。由此可见，水样消解后少量的硝酸盐冷却在比色管上层的管壁和管塞上，若不进行颠倒混匀操作，总氮测定值的准确度和精密度势必受到一定影响。因此，在紫外法原有操作步骤的基础上，试样消解冷却后、开塞前可增加颠倒混匀操作，降低硝酸盐含量损失对总氮测定结果准确度和精密度的影响。

2.5 消解环境对总氮测定的影响

紫外法测定总氮的消解过程在高压蒸汽灭菌器中进行，灭菌器中的水分易吸收实验室中挥发的氨气、硝酸以及铵盐试剂，消解时灭菌器完全密闭，水分在高温高压下蒸发，整个消解环境的清洁程度对总氮测定结果的准确度可能产生影响。

在两个不同的高压蒸汽灭菌器内分别消解总氮空白试样和标准样品，其中，一个为实验室新购置且装入新制备蒸馏水的高压蒸汽灭菌器，另一个为数周未清洗换水的高压蒸汽灭菌器，两组实验的测定结果见表5。

表5 消解环境对总氮空白试验结果的影响

表5的实验结果显示，在新购置并装入新制备蒸馏水的高压蒸汽灭菌器中消解时，平行6次空白实验的校正吸光度值在0.011～0.016之间，消解环境未对总氮空白吸光度值产生影响；在数周未清洗换水的高压蒸汽灭菌器中消解时，平行6次空白实验的校正吸光度值在0.038～0.053之间，结果全部超出了紫外法对空白实验的要求。产生以上现象的原因，可能是灭菌器内的水分已吸收实验室内氨气、硝酸、铵盐试剂等含氮物质，或经反复消解受到其他样品污染，这将对总氮测定结果的准确度，尤其是低浓度样品产生很大影响。因此，本研究认为消解环境是紫外法测定总氮时一个不容忽视的环境影响因素，高压蒸汽灭菌器内的清洁程度对保证总氮测定结果的准确性十分重要，灭菌器应定时清洗，最好加入未受污染的蒸馏水并经常更换，确保消解环境不会对总氮测定值产生影响。

3 紫外法的改进对策及建议

（1）紫外法测定总氮的消解试剂是碱性过硫酸钾，过硫酸钾和氢氧化钠的含氮量直接影响到空白校正吸光度值的高低，尤其对过硫酸钾的要求十分苛刻。由于部分市售过硫酸钾和氢氧化钠的含氮量与标注等级及含氮量存在差异，对分析人员筛选试剂带来较大困扰。为使分析人员在筛选试剂时具有明确的思路和方法，本研究建议按照文献[4]和[5]的含氮量测定方法，一次性从备选试剂中筛选出含氮量小于0.000 5%的过硫酸钾和氢氧化钠，并经空白试验确认校正吸光度值小于0.030后应用于总氮测定。

（2）总氮测定的实验用水为无氨水，传统的无氨水制备方法较为繁复，随着监测条件的逐步提高，实验室已开始使用由纯水机制备的去离子水直接作为实验用水。新制备的去离子水纯度高，随用随制，制取过程密封，不易受氨气、硝酸或铵盐试剂的污染，总氮测定结果与使用传统方法制备的无氨水的测定结果不存在差异。本研究建议使用新制备的去离子水作为总氮实验用水，既可使操作简便，又可提高工作效率。

（3）多数实验室需在同一房间内进行多个实验项目，由于存放试剂或污水样品，实验室内极易存在氨气、硝酸以及铵盐试剂污染，玻璃器皿若清洗后存放备用，对总氮空白及实际水质样品测定值的准确性和精密性产生较大影响。本研究认为总氮实验所用玻璃器皿应在每次实验前冲洗，以保证测定结果的准确性以及平行样品之间的精密性。

（4）总氮实验中的水质试样在消解后的自然冷却过程中，硝酸盐会有少量被吸附在比色管内上层管壁和管塞上，若直接进行定容、比色操作，总氮测定值的准确性和精密性将受到影响。本研究已通过实验验证，在水样消解完毕并自然冷却后、开塞前增加颠倒混匀试样的操作，对提高总氮测定值的准确度以及平行样品之间的精密度具有较大帮助。

（5）紫外法测定总氮的消解过程在高压蒸汽灭菌器中进行，灭菌器中的水分易吸收实验室中挥发的氨气、硝酸以及铵盐试剂，消解时灭菌器完全密闭，水分在高温高压下蒸发，整个消解环境的清洁程度对总氮测定结果产生一定影响。本研究认为消解总氮水样的高压蒸汽灭菌器应定时清洗，最好加入未受污染的蒸馏水并经常更换，以保证消解环境不会对总氮测定值的准确性产生影响。

[1]上海市环境监测中心.GB 11894-89水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法[S].北京：中国环境科学出版社，1989.

[2]上海宝钢工业检测公司宝钢环境监测站.HJ/T 199-2005水质总氮的测定气相分子吸收光谱法[S].北京：中国环境科学出版社，2005.

[3]谭爱平，钟陵，黄滨.测定总氮的影响因素探讨[J].中国环境监测，2006，22（1）：58-60.

[4]社团法人日本分析化学会.JIS K 8253（1996），ペルォキソニ硫酸カリウム[S].日本：日本规格协会，1996.

[5]日本规格协会.JIS K 8826（2004），Sodium hydroxide for nitrogen compounds analysis[S].日本：日本规格协会，2004.

[6]日本规格协会.JIS K 0102 1998 45.2总氮的测定紫外分光光度法[S].日本：日本规格协会，1998.

Research on the Influence Factors of Total Nitrogen Determination in Water Quality by UV Spectrophotometric Method

Li Qiubo
（Dalian Environmental Monitoring Centre,Dalian Liaoning 116023,China）

In view of the problems existed in total nitrogen determination in water quality that the absorbance value of blank correction is on the high side,and the accuracy of determination results is low,the article analyzed the influencing factors's impact on total nitrogen determination respectively from detecting reagent nitrogen compounds,selecting experimental water,cleaning glassware, improving experimental operation,improving digestion environment,and put forward some suggestions,such as screening reagent by determining nitrogen compounds,using fresh deionized water as experimental water,using new brushed glassware,adding the step of putting upside down and blending to improve the accuracy and precision,cleaning high pressure steam sterilizer and changing water timing accordingly.

total nitrogen；UV spectrophotometric method；blank test；standard sample；influencing factors；accuracy

X830.5

：A

：1008-813X（2013）03-0065-05

2013-04-07

国家环境标准制修订《水质总氮的测定过硫酸钾氧化-紫外-可见分光光度法》（修订GB 11894-89）（961）

李秋波（1980-），女，辽宁省沈阳市人，毕业于哈尔滨工业大学环境科学专业，工程师，现主要从事环境监测方面的工作。