可见分光光度法测定水质总氮的研究

朱永双 潘意隆 王震

摘要：水质总氮检测，对水资源保护、环境保护至关重要。文章以此为中心，对水质总氮检测方法进行改进，并从实验原理、消解速度、线性、准确性、干扰等方面进行分析讨论，提出了一种水质总氮检测的新方法。

关键词：总氮;可见分光光度法;水热反应釜

中图分类号：X830.3 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）01-0-02

Abstract：The detection of total nitrogen in water quality is very important for water resources protection and environmental protection.The article takes this as the center，improves the water quality total nitrogen detection method，and analyzes and discusses the experimental principle，digestion speed，linearity，accuracy，interference and other aspects，and provides a new method for water quality total nitrogen detection.

Key words：Total nitrogen;Visible spectrophotometry;Hydrothermal reactor

1 水質总氮检测现状

水质总氮包括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[1]，是衡量水体富营养化状态的重要指标。

对于水质总氮检测，目前主要应用碱性过硫酸钾消解紫外线分光光度法，在120～124℃下，碱性过硫酸钾溶液使样品中含氮化合物的氮转化为硝酸盐，采用紫外分光光度法于波长220nm和275nm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。[1]由于过硫酸钾在20℃时的溶解度仅为5g/100mL，配置过硫酸钾溶液（将40g过硫酸钾溶于600mL水中）时，即便在50℃的水浴中仍需溶解3～4h，比较费时。故在实际检测分析中，对方法进行改进，采用碱性过硫酸钠作为碱性消解液对样品进行消解，由于过硫酸钠在20℃时溶解度为55g/100mL，可以快速溶解，使得分析时间缩短，并且其此种方法在标准曲线、精密度、准确度方面与碱性过硫酸钾消解的方法并无显著性差异。[2]由于采用玻璃比色管作为消解器皿，容易造成空白偏高、结果偏低等问题，故出现利用双圆柱状的消解杯对水样进行消解的方式[4]。另外，由于采用压力蒸汽灭菌器进行消解带有安全隐患，也有实验室改用烘箱进行消解[5]。

2 水质总氮检测方法的改进

2.1 仪器和试剂

2.1.1 仪器

仪器：可见分光光度计（V-1100D）、比色管（50mL）、比色皿（1cm）、水热反应釜（50mL）、电热鼓风干燥箱（DGG-9053AD）、瓷蒸发皿（100mL）。

2.1.2 试剂

（1）去离子水。（2）0.9g/mL浓氨水。（3）碱性过硫酸钾溶液。称取40.0g过硫酸钾（6.3）溶于600mL水中（可置于50℃水浴中加热至全部溶解）;另称取15.0g氢氧化钠（6.2）溶于300mL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1000mL，存放于聚乙烯瓶中，可保存一周。[1]（4）总氮标准贮备液：ρ（N）=100mg/L。称取0.7218g硝酸钾（6.4）溶于适量水，移至1000mL容量瓶中，用水稀释至标线，混匀。加入1～2mL三氯甲烷作为保护剂，在0～10℃暗处保存，可稳定6个月。也可直接购买市售有证标准溶液。（5）总氮标准使用液：ρ（N）=10.0mg/L。量取10.00mL总氮标准贮备液（6.12）至100mL容量瓶中，用水稀释至标线，混匀，临用现配。（6）盐酸（1+9）。（7）浓硫酸。（8）酚二磺酸。称取25g苯酚置于锥形瓶中，加225mL浓硫酸使之溶解，充分混合。瓶口插一小漏斗，置瓶于沸水浴中加热6h，得淡棕色稠液，贮于棕色瓶中，密封保存。[3]（9）硫酸溶液：0.5mol/L。（10）氢氧化钠溶液：0.1mol/L。

2.2 实验操作方法

2.2.1 标准曲线

取8支水热反应釜，分别加入0、0.50、1.00、2.00、3.00、5.00、7.00mL总氮标准使用液和5.00mL总氮质控溶液（批次：GSB07-3168-2014203244，浓度定值：2.18±0.14mg/L），标准系列对应的总氮含量分别为0、5.0、10.0、20.0、30.0、50.0μg，质控样品对应的总氮含量为10.9μg，分别加入15.0、14.5、14.0、13.0、12.0、10.0、8.00、0.00mL去离子水，然后加入5.0mL碱性过硫酸钾溶液，将反应釜密封放入125℃电热鼓风干燥箱中，反应时间为30min，反应结束后，将水热反应釜取出置于室内冷却。待水热反应釜冷却至室温时，打开反应釜，加入1mL盐酸，搅拌均匀。将消解液转移至到蒸发皿中，并用少量去离子水冲洗反应釜，洗液一并转移至蒸发皿中，加氢氧化钠溶液调节至微碱性（pH≈8），置水浴上蒸发至干。水浴蒸干完毕，在试液中加入2.0mL酚二磺酸，为了保证试剂、蒸发皿残渣完全接触，以玻璃棒反复研磨，放置2min再次研磨，静置10min。加入约10mL去离子水，在搅拌下加入3～4mL氨水，使溶液呈现最深的黄色，将溶液转移到比色管中，用去离子水稀释至标线，混匀。用吸管吸取样品到1cm比色皿中，于410nm波长处，以水为参比，测量溶液吸光度。计算标准系列的校正吸光度，以总氮（以 N 计）含量（μg）为横坐标，对应的校正吸光度为纵坐标，绘制校准曲线。

2.2.2 样品测定

量取15mL水样（若水样中总氮含量较高，可适量减少），按照2.2.1步骤进行处理、测定。

2.2.3 空白实验

取15.0mL去离子水，与样品同样的步骤、试剂和用量，进行操作。

2.2.4 总氮含量的计算

样品中总氮的吸光度At=As-Ab，其中As为样品溶液（2.2.2）的吸光度，Ab为空白溶液（2.2.3）的吸光度。将At带入标准曲线查得总氮的量m（μg），水样中总氮含量c（mg/L）为：

其中，V为水样体积，mL;f为稀释倍数。

3 结果与讨论

3.1 实验原理

本方法为水质总氮检测方法的改进，采用碱性过硫酸钾消解的方法对水样进行前处理，使样品中含氮化合物的氮转化为硝酸盐，将消解水样进行蒸发，使之在无水情况下与酚二磺酸反应，生成硝基二磺酸酚，在碱性溶液中生成黄色化合物，于410nm波长下进行分光光度测定。

3.2 消解速度

在60℃以上的水溶液中，过硫酸钾分解产生氧气、氢离子、硫酸根和钾离子，加入氢氧化钠以中和氢离子促进过硫酸钾分解完全，产生的氧气可以将氨氮、亚硝酸盐氮和大部分有机氮化合物氧化为硝酸盐氮。[6]

由于灭菌器升温时需要先排出空气，故升温速度比电热鼓风干燥箱缓慢，本实验采用高压反应釜作为容器进行消解，高压反应釜的容积比灭菌器容积小，可以更快达到设定温度，使得消解更快速、完全。

3.3 标准曲线

通过2.2.1步骤得到曲线方程：y=0.0109x+0.0021;r=0.9999。表1为标准系列的吸光度值。

由标准曲线方程和相关系数得知，本实验中吸光度与总氮含量为线性关系。将质控样品的吸光度带入曲线计算总氮浓度为2.14 mg/L，质控样的浓度为2.18±0.14mg/L，符合质控要求。

3.4 精密度

准备3个水样，分别为河道水和轴承生产企业污水处理站的进出口水。每个水样进行6次重复检测，结果如表2。

通过实验发现，对3个不同水样进行检测，6次平行实验的标准偏差小于5%，满足HJ636-2012中的规定：当样品总氮含量>1.00mg/L时，测定结果相对偏差应≤5%。检测结果可靠。

4 结论

本实验对水质总氮检测方法进行改进，其优势在于：首先利用水热反应釜对样品进行消解，提高了消解速度，比傳统色管消解更加快速和完全;再次利用酚二磺酸法对总氮含量进行检测，排出了六价铬离子和三价铁离子的干扰;最后，利用可见风光光度法对总氮进行检测，为未配置紫外分光光度计的实验室提供了一种检测水质总氮含量的途径。

参考文献

[1]HJ 636-2012，水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法[S].

[2]师培.地表水中总氮测定方法的改进[J].环境研究与监测，2014，2：51-53.

[3]GB 7480-87，水质 硝酸盐氮的测定 酚二磺酸分光光度法[S].

收稿日期：2019-10-11

作者简介：朱永双（1987-），女，汉族，硕士研究生学历，工程师，研究方向为理化检测及实验室质量管理。