碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定水质中总氮实验空白的分析与研究

景胜元

(山西省交通保护中心站(有限公司)，山西 太原 030006)

引 言

总氮含量是反映水体受营养物质污染状况、衡量区域水质好坏的重要指标，水中总氮的测定对评价水质情况、加强水质监测十分必要。目前，国内实验室测定水中总氮主要按照 HJ 636-2012中UV法，该检测方法原理简单、操作简便、成本较低，但实验空白是影响总氮测定准确度的关键，尤其是总氮含量较低的水样，若空白校正吸光度不达要求，就会出现含量测量不准、数据重现性较差等问题。国内许多学者也作过相关研究，如黄玲等[1]对造成水中总氮测定实验空白值增大的各个环节进行探究，徐莉等[2]对水中总氮测定实验空白值的主要影响因素实验用水等级、试剂纯度与器皿洁净度等进行分析，并给出对应的实验质量控制方法。本研究结合笔者日常工作经验，对影响UV法测定水中总氮实验空白的主要因素进行了分析与研究。

1 总氮定义及测定原理

总氮是指水样中溶解态氮及悬浮物中氮的总和。其测定原理是水样中的含氮化合物于试验体系温度120 ℃～124 ℃下被加入的碱性过硫酸钾溶液转化为硝酸盐，然后试液在紫外分光光度计上于波长220 nm和275 nm处分别测定吸光度，并根据水样中总氮含量(以N计)与校正吸光度A(A220-2A275)的比例关系采用标准曲线法来定量。

2 主要仪器及试剂

主要仪器：紫外分光光度计(TU-1950)；立式压力蒸汽灭菌器；10 mm石英比色皿；25 mL具塞磨口玻璃比色管。

主要试剂：不同厂家生产的过硫酸钾，优级纯；氢氧化钠，优级纯；盐酸溶液(1+9)；无氨水、新鲜去离子水、放置3 d去离子水、新鲜超纯水。

3 实验过程

参照国标方法HJ 636-2012进行样品采集、试样制备和试剂溶液配制。

使用移液器准确移取10.00 mL待测试样于25 mL具塞比色管中，加入5.00 mL碱性过硫酸钾溶液后加塞，再用纱布和细绳扎紧(或塑料胶布包扎)后置于立式压力蒸汽灭菌器中，加热至顶压阀吹气时关阀并继续加热至120 ℃，于120 ℃～124 ℃下加热30 min，冷却、放气后，待比色管内试液恢复到室温，混匀，再加入1.0 mL(1+9)盐酸溶液，用水稀释定容至刻度后混匀。取适量试液于石英比色皿中，用水作参比，使用TU-1950紫外分光光度计于波长220 nm与275 nm处测定其吸光度。

4 实验结果及分析

水中总氮测定国标方法的质控要求为每批样品至少做一个空白实验，且其校正吸光度Ab应小于0.030[3]。而实际检测中Ab往往大于0.030，造成最终总氮测定结果的不准确。造成该结果一般有多种原因，本研究就空白值偏大的原因进行深入分析。

4.1 试剂的纯度

在UV法测定水中总氮的实验中，碱性过硫酸钾作为起氧化作用的关键试剂，其纯度直接可以影响到实验空白值的高低，通常使用纯度较低的试剂，导致空白值吸光度较高。HJ 636-2012中要求过硫酸钾的含氮量低于0.000 5%，但由汪曼[4]等学者的研究可知，国内的试剂厂商中几乎没有能生产符合该国家标准要求的。本研究使用两家国产试剂厂商和一家进口试剂厂商(标示含氮量0.000 5%)提供的过硫酸钾，参照国家标准方法配制碱性过硫酸钾溶液进行空白实验，每个厂家做7次平行空白，测其吸光度值进行比较，结果见表1。

表1 不同厂家过硫酸钾对空白值的影响

从表1可以看出，不同试剂厂商提供的过硫酸钾配制碱性过硫酸钾溶液进行空白实验后测得的空白值差异较大，使用两家国产试剂厂商生产的过硫酸钾均不能满足国家标准中空白值小于0.030的要求，进口试剂厂商提供的过硫酸钾则满足要求。经过进一步研究，对国产厂商提供的过硫酸钾进行提纯，可以采用重结晶方法对过硫酸钾进行提纯，提纯原理是利用过硫酸钾和其他杂质在水中的溶解度不同，使过硫酸钾在过饱和溶解中析出，从而分离出纯度较高的过硫酸钾。将过硫酸钾在50 ℃～60 ℃去离子水中溶解，将滤液冷却，使晶体在过饱和溶液中析出，而将其他杂质仍留在过饱和溶液中。这一方法也得到国内其他学者的验证，如重结晶-缓慢冷却法在提纯过硫酸钾的应用[5]，测定经过提纯的过硫酸钾的含氮量，避免由试剂纯度不达标造成空白偏高的问题。

4.2 碱性过硫酸钾的配制及保存期限

碱性过硫酸钾的配制过程十分重要，掌握不好，会影响消解结果，对测定结果产生一定的影响。过硫酸钾的溶解速度非常慢，常温时难以溶解，若要加快溶解速度，也不能直接加热，最好采用超声波振荡，然后水浴加热，并且加热温度控制在50 ℃，因为过硫酸钾超过60 ℃会分解失效。配制碱性过硫酸钾溶液时，应分别配制过硫酸钾和氢氧化钠，待氢氧化钠溶液降到室温后再加入过硫酸钾溶解。避免因氢氧化钠溶解时放热使得溶液体系温度过高导致过硫酸钾分解。HJ 636-2012中注明配制好的碱性过硫酸钾溶液保存于聚乙烯瓶中，保存期限不超过7 d，本研究先后数次对在聚乙烯瓶中存放不同天数的碱性过硫酸钾溶液进行空白实验，每次实验做7次平行空白，结果见表2。

表2 过硫酸钾存放时间对空白值的影响

从表2可以看出，配制好的碱性过硫酸钾溶液随着存放时间延长，其实验空白值也会增大，且在一周内使用基本可以满足国家标准中空白值小于0.030的要求，因此，为保证水中总氮测定结果的准确率，日常实验中一定要严格按国家标准要求最好现配现用，其最长存放时间不能超过7 d。

4.3 实验用水的纯度

在UV法测定水中总氮的实验中，实验用水也是对实验空白值产生影响的一个重要因素。HJ 636-2012中要求使用无氨水或新鲜去离子水，因无氨水需使用浓硫酸蒸馏，操作复杂且效率较低，本研究使用无氨水、新鲜去离子水、放置3 d的去离子水及超纯水等不同纯度实验用水分别进行空白实验，每种实验用水做7次平行空白实验，结果见第133页表3。

从表3可以看出，使用国家标准要求的无氨水、新鲜去离子水及超纯水均能满足实验需求，且超纯水测得的空白值要低于前两者，而使用放置3 d的去离子水测得的实验空白值明显超出标准规定。结合目前国内检验检测领域发展实际，超纯水机在分析实验室的普及率较高，可以随制随用，且出水量较大，代替无氨水不仅有助于提高实验效率，而且也能减少实验空白，使得测定结果更为准确。

表3 实验用水对空白值的影响

4.4 消解环境的污染状况

消解环境状况主要包括所用到的比色管、高压蒸气锅等的清洁程度，消解所使用的比色管应先用盐酸(1+9)浸泡后，再用超纯水冲洗数次使用，高压蒸气锅也应使用超纯水冲洗数次使用，另外，消解时要塞紧管塞，国家标准推荐用纱布和线绳扎紧管塞，防止弹出，实际消解时有些检验人员使用塑料胶布进行包扎。本研究为探究不同消解环境对空白吸光度的影响，采用之前验证过的进口过硫酸钾和超纯水进行现场配制碱性过硫酸钾溶液，一组采用酸洗过比色管、纱布和线绳包扎，另一组采用未酸洗比色管、塑料胶布包扎分别进行消解，结果见表4。

表4 消解环境对空白值的影响

从表4可以看出，在相同实验条件下，酸洗过比色管、纱布和线绳包扎的空白值可以达到国家标准方法中规定的空白值要求，而未酸洗比色管、塑料胶布包扎测得的空白值大于0.030，所以实际操作中检验人员不能为图省事而采用这种方式。分析其原因，塑料胶布上胶水主要成分为异氰酸酯丙烯酸乙酯，是一种化学物质，分子式是C6H7NO3，消解时会造成氮污染，影响实验空白。

4.5 消解时间

消解过程是UV法测定水中总氮含量的关键步骤，消解的时间、体系压力以及温度等因素对实验空白值影响也较大，其中消解时间长短尤为关键。HJ 636-2012中要求试样处于120 ℃～124 ℃下消解30 min，为研究不同消解时间对空白吸光度的影响，本研究采用之前验证过的进口过硫酸钾和超纯水进行现场配制碱性过硫酸钾溶液，分别消解10 min、20 min、30 min、40 min，来研究消解时间对空白值的影响，结果见表5。

表5 消解时间对空白值的影响

从表5可以看出，在相同实验条件下，消解时间10 min、20 min的空白吸光度大于0.030，不在标准规定范围内；消解时间30 min、40 min的空白吸光度小于0.030，可以达到国家标准方法中规定的空白值要求。这一结果也得到国内其他学者的验证，如崔静等研究表明适当延长消解时间有助于碱性过硫酸钾消解作用的发挥[6]，有利于降低实验空白值和提升结果准确度，因此实验中须按照标准要求消解时间不得低于30 min。

5 结语

综上所述，在碱性过硫酸钾消解UV法测定水中总氮实验中，过硫酸钾纯度、碱性过硫酸钾配制及存放时长、实验用水情况、消解环境的污染状况及消解时长等均是影响实验空白吸光度的因素，其中以试剂纯度的影响最为关键。实验结果表明，使用进口过硫酸钾可满足实验要求，但因其价格昂贵，也可将国产厂商提供的过硫酸钾进行1次～2次重结晶后使用；碱性过硫酸钾配制时溶液体系温度须控制在60 ℃以下，且最好现配现用，若确需存放只可于聚乙烯瓶中保存7 d；消解环境的污染状况、消解时间对空白值也有影响，建议严格按照HJ 636-2012操作，消解所使用的比色管应先用盐酸(1+9)浸泡后，再用超纯水冲洗数次使用，高压蒸气锅也应使用超纯水冲洗数次使用，另外，消解时要塞紧管塞，并用纱布和线绳扎紧管塞，将比色管置于高压蒸汽灭菌器中，并控制消解时间不低于30 min。