紫外分光光度法测定水质总氮的影响因素分析

邱国良,陈泓霖

(衡阳市环境监测站，湖南　衡阳　421001)



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紫外分光光度法测定水质总氮的影响因素分析

邱国良,陈泓霖

(衡阳市环境监测站，湖南衡阳421001)

总氮是湖泊、水库水质营养状态评价不可缺少的指标之一，在监测工作中常采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定总氮。该经典方法在实际测定过程中，会遇到空白值偏高、测量结果重复性不够好、准确度不够好等问题。本文从比色管筛选、过硫酸钾试剂、实验用水、消解温度、消解时间、冷却时间、待测样品的稀释、波长定位准确性及避免其它污染带来的影响等多方面因素进行讨论分析，得出总氮测定时须特别注意的影响因素。

碱性过硫酸钾氧化；总氮；紫外分光光度法；影响因素

为了加强饮用水水源地水质监测与监管，在环保部办公厅印发的《全国集中式生活饮用水水源地水质监测实施方案》(环办函[2012]1266号)文件中，总氮纳入集中式生活饮用水水源地水质常规监测，为饮用水水源地水质每月监测的61个项目之一[1]。对于湖库型水源地，有监测透明度、叶绿素a、总氮、总磷、高锰酸盐指数五个项目后，可以计算综合营养状态指数，对湖库型水源地水质能进行综合评价，总氮也是湖泊、水库水质营养状态评价不可缺少的指标之一[2]。水质总氮的测定在环保部发布的标准监测分析方法中有碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法[3]、连续流动-盐酸萘乙二胺分光光度法、流动注射-盐酸萘乙二胺分光光度法，就仪器设备配置而言，各级环境监测机构常用的方法是碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法。但该方法在实际测定过程中，会遇到空白值偏高、测量结果重复性不够好、准确度不够好等问题，本文对上述问题进行分析，找出影响因素，提出改进建议。

1　方法原理

水质中总氮指能测定的样品中溶解态氮及悬浮物中氮的总和，包括亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、无机铵盐、溶解态氨及大部分有机含氮化合物中的氮[3]。在120～124℃下，碱性过硫酸钾溶液使样品中含氮化合物中的氮转化为硝酸盐，采用紫外分光光度法于波长220 nm和275 nm处，分别测定吸光度A220和A275，按公式(A=A220-2A275)计算校正吸光度A，总氮(以N计)含量与校正吸光度A成正比[3]。

2　材料与方法

2.1仪器与试剂

UV9100D紫外可见分光光度计，10 mm石英比色皿；高压蒸汽灭菌器(最高工作压力不低于1.1～1.4 kg/cm2，最高工作温度不低于120～124℃);25 mL具塞磨口玻璃比色管。

氢氧化钠；过硫酸钾；盐酸(优级纯)；硝酸钾(基准试剂)；总氮标准样品(GSBZ50026-94，标准值(1.22±0.09) mg/L，以下简称标准样品)。

2.2实验方法

按照《碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》(HJ 636-2012)的分析步骤进行实验，绘制校准曲线及进行标准样品测定[3]。通过改变实验条件用实验结果分析影响因素，或通过多年的样品分析经验总结得出影响因素。

3　影响因素讨论分析

3.125 mL具塞磨口玻璃比色管

根据作者多年的水质总氮样品分析经验，25 mL具塞磨口玻璃比色管的密封性能好坏对总氮测定的结果有较大的影响。在高压高温环境中，比色管在碱性过硫酸钾消解过程中会产生正偏差、也会产生负偏差。首先应选用若干个(20个以上)同批次的比色管，利用标准值为1.22 mg/L的总氮标准样品作为水样，按相同的过程进行消解，消解后通过观察液面位置变化情况(密封性能较差的比色管消解后管内液体会增多或减少)以及测定吸光度值，淘汰密封性能较差的比色管，筛选出密封性能较好的比色管用于样品分析，能提高监测结果的准确性。筛选出比色管使用一段时间后，需定期进行密封性能筛选实验，保证使用密封性能较好的比色管用于实验分析。

3.2过硫酸钾试剂

过硫酸钾是影响空白值偏高的主要因素，应控制过硫酸钾空白值的吸光度及样品的吸光度。根据作者多年的水质总氮样品分析经验，碱性过硫酸钾溶液空白值在220 nm处的吸光度不高于0.200的试剂方能满足要求，且要控制样品测定值在220 nm处的吸光度应不高于0.900，才能满足测定结果准确性要求。碱性过硫酸钾溶液配制时应注意防止过硫酸钾分解失效，需待氢氧化钠溶液冷却后再与过硫酸钾溶液混合定容[3]。碱性过硫酸钾溶液最好是现配现用，低温保存也不要超过一周。

3.3实验用水

HJ 636-2012标准分析方法中总氮测定的无氨水可以使用加硫酸后蒸馏出的无氨水，也可以使用新制备的去离子水[3]；本文用加硫酸后蒸馏出的无氨水、新制备的去离子水配制碱性过硫酸钾溶液，消解后进行空白值测定，测定结果如表1所示[4]。实验证明二者差别较小，能用新制备去离子水代替无氨水，以节省无氨水蒸馏程序。

表1　不同实验用水的空白值测定情况

3.4消解温度与时间

3.4.1消解温度

采用总氮标准样品(1.22±0.09) mg/L作为水样进行实验测定，在5个不同的消解温度下(120℃、121℃、122℃、123℃、124℃)分别测定5个平行样，实验结果见表2[5]。校准曲线与样品测定的消解温度相同，5个不同的消解温度实验时消解时间(30 min)与冷却时间(2 h)一致。实验结果表明消解温度在120～124℃下，测定结果均符合要求；消解温度为122℃时，测定值更接近标准值。

表2　不同消解温度下标准样品测定结果

3.4.2消解时间

总氮测定的标准方法上规定在120～124℃下保持加热消解时间为30 min[3]。本实验中，分别采用30 min、40 min、50 min、60 min的消解时间进行实验(同一消解时间下测定5个平行样)，校准曲线与样品测定消解时间相同，其它条件(消解温度122℃、冷却时间2 h)一致，实验结果见表3。实验结果表明在122℃下，保持加热消解时间为40 min时，含氮物质已被完全氧化消解，测定值也接近标准值。

表3　不同消解时间下标准样品测定结果

3.5冷却时间

标准分析方法上写明加热消解结束后，让高压蒸汽灭菌器自然冷却，开阀放气，移去外盖，取出比色管冷却至室温，然后进行比色测定[3]。标准分析方法上未对冷却时间作出规定，本实验中消解后的比色管自然冷却时间用1 h、2 h、3 h、4 h进行实验(同一冷却时间下测定5个平行样)，校准曲线与样品测定冷却时间相同，其它条件(消解温度122℃、消解时间40 min)一致，实验结果见表4[6]。实验结果表明比色管自然冷却1～2 h后(冷却至室温)即可进行下一步比色测定，一般冬季自然冷却1 h、夏季自然冷却2 h可冷却至室温，标准样品测定值接近标准值。

表4　不同冷却时间下标准样品测定结果

3.6待测样品稀释

根据作者多年的水质总氮样品分析经验，总氮校准曲线适宜的测定范围为0.05～3.2 mg/L，超出测定范围必须重新消解；要符合此测定范围还需要求碱性过硫酸钾溶液空白值在220 nm处的吸光度应不高于0.200。一般的清洁地表水可直接取样10 mL测定，各类废水视情况而定，可取样1 mL或2.5 mL 测定，或将样品先稀释10倍或20倍再取稀释样5 mL或10 mL进行测定；以保证消解后比色管内总氮浓度在校准曲线的中间段，保证样品测定结果的准确性。对于未知总氮浓度

的废水样品，建议设置2～3个不同的稀释倍数取样测定，以提高样品测定结果的准确性及减少不必要的重复取样测定工作。

3.7波长定位准确性及其它污染带来的影响

要同时测定样品两个不同波长(220 nm，275 nm)处的吸光值，如使用手动调节波长的紫外分光光度计测定，需来回手动调节波长,波长定位会产生一定的误差[7]。测定总氮建议采用双波长紫外分光光度计，快速方便又能避免调整波长产生的误差。

紫外分光光度法应使用石英比色皿，实验所用器皿和灭菌器等均应做到无氮污染，玻璃器皿可用盐酸溶液浸泡再用自来水及去离子水冲洗干净[3]。

4　结　论

碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定总氮时，首先需定期对25 mL具塞磨口玻璃比色管进行密封性能筛选实验，保证使用密封性能较好的比色管用于实验分析。试验试剂选择上注意控制过硫酸钾空白值的吸光度(A220≤0.200)及样品的吸光度(A220≤0.900)，试验用水可以使用新制备的去离子水代替无氨水。在消解温度为122℃下(120～124℃下均符合要求)，保持加热消解时间为40 min时，比色管自然冷却1～2 h(冷却至室温)的条件下，测定结果准确性最好。建议合理取样或设定多个稀释比稀释样品后再取样，以保证消解后比色管内总氮浓度在校准曲线的中间段，保证样品测定结果的准确性以及减少不必要的重复取样测定工作。另外建议采用双波长紫外分光光度计测定，配制的试剂、实验所用器皿注意避开氮的污染。

[1]环境保护部办公厅.《全国集中式生活饮用水水源地水质监测实施方案》(环办函[2012]1266号)[Z].2012.

[2]环境保护部办公厅.《地表水环境质量评价办法(试行)》(环办[2011]22号)[Z].2011.

[3]环境保护部.HJ636-2012.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,2012.

[4]李慧.水质总氮测定空白值偏高影响因素分析[J].广州化工,2013,41(16):158-159.

[5]范文飙.紫外分光光度法测定水样中的总氮最佳条件的研究[J].化学工程师,2006(8):35-36.

[6]邝婉文.影响总氮空白值的主要因素及最佳消解条件的探讨[J].广东化工,2012,39(4):96-97.

[7]赵虹.水质总氮测定中影响因素分析[J].辽宁城乡环境科技,2005,25(6):12-14.

Analysis of Influencing Factors Affecting Total Nitrogen in Water by UV Spectrophotometry

QIU Guo-liang,CHEN Hong-lin

(Hengyang Environmental Monitoring Station,Hunan Hengyang 421001,China)

Total nitrogen is one of the indispensable indexes for evaluating the water quality of lake and reservoir.In the monitoring work,the total nitrogen is determined by alkaline potassium sulfate digestion and ultraviolet spectrophotometry.Using classical method in the actual measurement process,some problems exist,such as the blank value is high,the measurement result is not good repeatability,accuracy is not good enough,and so on.The factors affecting the total nitrogen determination were discussed from many aspects,such as the screening of the color temperature,the reagent,the water consumption,the temperature,the time of digestion,the cooling time,the dilution of the sample,the accuracy of wavelength positioning,and the effects of avoiding other pollution.

alkaline potassium sulfate oxidation;total nitrogen;UV spectrophotometry;influence factors

邱国良(1982-)，男，工程师，主要从事环境监测方面的工作。

X832

A

1001-9677(2016)04-0089-03