地表水总氮测定中去除浊度干扰研究

魏 薇 强平平 张 伟 郭 滕

（山东省济宁生态环境监测中心，山东 济宁 272000）

0 引言

总氮是《“十四五”国家地表水监测及评价方案（试行）》中9个基本监测指标之一，其准确度至关重要。在实际工作中，遇到可视浊度比较高，混合均匀取样后经碱性过硫酸钾120 ℃消解30 min，冷却至室温加入盐酸，混合均匀后浊度依然存在。浊度会导致吸光度偏高。总氮浓度计算过程中使用220 nm处吸光度减去2倍的275 nm处吸光度，这种吸光度的计算方法在浊度的影响下，导致总氮浓度偏低。因此，将定量滤纸过滤、0.45μm滤膜过滤和离心3种去除浊度的方法进行比较，减少浊度对总氮测定的影响。

1 试验部分

1.1 样品外观

地表水是陆地表面上动态水和静态水的总称，主要有河流、湖泊等。湖泊流动性小，水面保持相对静止的状态，主要受到风力、水力、温差等扰动，更新缓慢，因此，湖泊水样更加澄清。河流流动性大，水体大多处于流动状态，如果河流中泥沙含量比较高，河流水样的浊度就会比较高，按照《地表水和污水监测技术规范（HJ/T 91-2002）》采集水样现场沉降0.5 h后，浊度依然较高。该文中地表水主要指河流水。地表水总氮测定过程中影响因素很多，例如过硫酸钾纯度、放置时间、氢氧化钠、盐度、消解时间、消解温度、消解容器以及冷却时间，尤其是浊度干扰。

该试验所用实际水样为盛装于1000 mL 透明广口玻璃瓶中的新采集地表水样品，采集时间为上午9：00，测定时间为当天下午13：00。该实际地表水样品的底部沉淀明显，手工震动摇匀后浑浊，摇匀前后样品的外观如图1所示。图1（a）为手工震动摇匀之前的地表水样品，由图示可以看到该地表水水样上层清澈透明，底层沉淀为土黄色，上层清澈水样与底层土黄色沉淀清晰分层。图1（b）为手工震动摇匀后的地表水样品，由图示可以看到该地表水样品为土黄色浑浊液体。

图1 水样外观图

1.2 仪器与试剂

该试验所用仪器：北京普析通用TU-1901型双光束紫外可见分光光度计（具10 mm石英比色皿），高压蒸汽灭菌器（工作压力1.1 kg/cm～1.4 kg/cm，工作温度120℃～124℃），25 mL天玻具塞磨口玻璃比色管，定量滤纸（直径为12.5 cm），天津津腾0.45μm滤膜（直径为50 mm），离心机（4000 r/min）。

该试验所用试剂：硝酸盐氮标准溶液（500 mg/L）购自生态环境监测标准样品资源库。无氨水（第一代摩尔纯水机），氢氧化钠（分析纯）购自中国国药集团，盐酸（分析纯）购自中国国药集团，过硫酸钾（分析纯）购自阿拉丁试剂（HJ 636-2012专用），压力指示卡（利尔康）。

1.3 测定过程

按照国家生态环境监测方法标准《水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（HJ 636-2012）》，分别量取0.00 mL、0.20 mL、0.50 mL、1.00 mL、3.00 mL和5.00 mL硝酸钾标准使用液（10.0 mg/L）于25 mL具塞磨口玻璃比色管中，其对应的总氮（以N计）含量分别为0.00μg、2.00μg、5.00μg、10.0μg、30.0μg和50.0μg。加水稀释至10.00mL，再加入5.00 mL碱性过硫酸钾溶液（40 g/L），塞紧管塞，用纱布和线绳扎紧管塞，以防弹出。将比色管和压力指示卡置于高压蒸汽灭菌器中，加热至顶压阀吹气，关阀，继续加热至120℃开始计时，温度保持在120 ℃～124 ℃30min。自然冷却、开阀放气，移去外盖，取出比色管冷却至室温，按住管塞将比色管中的液体颠倒混匀2～3次。每个比色管分别加入1.0 mL盐酸溶液（1+9），用水稀释至25 mL标线，盖塞混匀。使用10 mm石英比色皿，在TU-1901型双光束紫外可见分光光度计上，以水作参比，分别于波长220 nm和275nm处测定吸光度。零浓度的校正吸光度=-2、其他标准系列的校正吸光度=-2及其差值=-。以总氮（以计）含量（μg）为横坐标，对应的值为纵坐标，绘制校准曲线。

量取10.00 mL试样于25 mL具塞磨口玻璃比色管中，按照上述步骤进行比色前的测定。分别采取离心、0.45μm滤膜过滤和定量滤纸过滤后，再在TU-1901型双光束紫外可见分光光度计上，以水作参比，分别于波长220 nm和275 nm处测定吸光度。根据测定的吸光度和总氮计算公式，得出总氮校准曲线。

2 结果与分析

2.1 总氮校准曲线

按照1.3测定过程测定总氮校准曲线，所测的6个不同浓度点的具体吸光度值和质量浓度对应关系见表1。

如表1第一列所示，空白样品吸光度经过计算公式Ab220-2Ab275计算后所得结果为0.020，低于《水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（HJ 636-2012）》中要求的空白吸光度上限（0.030），说明试验所用氢氧化钠和过硫酸钾的含氮量满足标准《水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（HJ 636-2012）》中的规定。再根据最小二乘法公式计算得出拟合直线的斜率为0.0110；计算出斜率后，根据表中数据对的平均值和已经确定的斜率0.0110，利用待定系数法求出截距为0.000。经过数据统计分析，总氮校准曲线的线性相关系数为0.9998，也满足《水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（HJ 636-2012）》中关于校准曲线相关系数大于0.999的要求。

表1 总氮校准曲线表

2.2 三种处理方式结果分析

手工震荡摇匀图1所示的地表水水样，从混合均匀的1000 mL的样品瓶中平行准确依次量取3个10.00 mL试样，每个水样都先按照1.3测定过程进行比色前的测定。样品1采用离心处理方式处理后分别在波长220nm和275nm处比色，样品2采用0.45μm滤膜过滤处理方式处理后分别在波长220nm和275nm处比色、样品3采用定量滤纸过滤处理方式处理后分别在波长220nm和275nm处比色。三种处理方式分别得到离心、0.45μm滤膜过滤、定量滤纸过滤三种处理方式在波长220nm和275nm处的吸光度，并根据公式-2计算两个波长下实际样品的吸光度之差，再按照公式=（-2）-（-2）得出值。通过总氮校准曲线=0.000+0.0110（=0.9998），求出值，用值除以实际取样体积10.00mL得出实际样品总氮的浓度。计算得出三种处理方式测定的该地表水水样中总氮的浓度，见表2。

如表2所示，采用三种前处理方式处理同一个地表水样品。由于三种前处理方式处理后样品的和各不相同，导致计算结果各不相同。其中离心前处理方式处理后样品的和均最低，定量滤纸过滤前处理方式处理后样品的和均最高，0.45μm滤膜过滤前处理方式处理后样品的和介于前两种样品处理方式之间。离心前处理方式处理后样品的浓度最高，定量滤纸过滤前处理方式处理后样品的浓度最低，0.45μm滤膜过滤前处理方式处理后样品的浓度介于两者之间。经分析，比色前的实际水样浑浊导致吸光度和偏高，总氮计算过程中吸光度要使用-2的差参与后续浓度计算，由于过高，-2差值偏低，计算所得浓度偏低。由此得知，离心方式在处收到浊度干扰最小，所得结果最接近该地表水水样总氮实际结果，在地表水总氮监测工作中优先选择离心方式进行前处理。

表2 三种处理方式结果对比表

2.3 三种处理方式精密度分析

手工震荡摇匀上图1所示的地表水水样，从混合均匀的该地表水水样中平行准确量取18个10.00 mL试样，分为3组。每组均为6个试样。依次按照该文1.3测定过程进行比色前的测定，其中第一组6个试样均采用离心处理方式处理后分别在波长220nm和275nm处比色，第二组6个试样均采用0.45μm滤膜过滤方式处理后分别在波长220nm和275nm处比色，第三组6个试样均采用定量滤纸过滤方式处理后分别在波长220nm和275nm处比色。通过总氮校准曲线计算得出3种处理方式测定的该地表水水样中总氮的浓度。详细数据结果见表3。

如表3所示，采用离心处理方式连续测定6次同一地表水水样的总氮浓度，平均值为1.74 mg/L，标准偏差为0.01mg/L，相对标准偏差由标准偏差和平均值的比值乘以百分之百计算得出，为0.8%。采用0.45μm滤膜过滤处理方式连续测定六次同一地表水水样的总氮浓度，平均值为1.66mg/L，标准偏差为0.02 mg/L，相对标准偏差为1.3%。采用定量滤纸过滤处理方式连续测定六次同一地表水水样的总氮浓度，平均值为1.45 mg/L，标准偏差为0.04mg/L，相对标准偏差为2.7%。其中离心方式的标准偏差和相对标准偏差最低，定量滤纸过滤的标准偏差和相对标准偏差最高，0.45μm滤膜过滤的标准偏差和相对标准偏差处于前两种处理方式之间。由于定量滤纸在使用过程中受到滤纸材料，滤纸孔径、所使用的玻璃漏斗等方面的影响，降低了测试过程的精密度；0.45μm滤膜过滤过程中采用针筒抽取样品过滤，耗时比较长；因此三种去除浊度干扰的前处理方式中优先选择离心前处理方式。

表3 三种处理方式精密度表

2.4 三种处理方式准确度分析

手工震荡摇匀上图1所示的地表水水样，从混合均匀的该地表水水样中准确量取200.00mL试样，向该200.00mL试样中准确加入500mg/L总氮标准溶液0.80mL。手工震动摇匀上述加标后的地表水水样，从混合均匀的加标后的地表水水样中准确量取18个10.00mL试样，将这18个试样分为3组，每组均为6个试样。依次按照1.3测定过程进行比色前的测定。其中第一组六个试样均采用离心处理方式处理后分别在波长220nm和275nm处比色，第二组六个试样均采用0.45μm滤膜过滤方式处理后分别在波长220nm和275nm处比色，第三组6个试样均采用定量滤纸过滤方式处理后分别在波长220nm和275nm处比色。详见表4中原测定值（6次平行测定的平均值）、加标量、加标后测定值（6次平行测定的平均值）以及加标回收率。

由表4可知，三种不同的处理方式测定同一个统一加标后的地表水水样，离心处理方式的加标回收率大于100%，0.45μm滤膜过滤和定量滤纸过滤两种处理方式的加标回收率小于100%。由于离心处理方式降低浊度的效果最明显，浊度对吸光度测定的干扰最小，离心处理方式的加标回收率大于100%，其余两种过滤方式加标回收率小于100%。因此，三种处理方式中优先选择离心处理方式。

表4 三种处理方式加标回收率表

3 结论

该文主要探讨国控地表水总氮测定中有一些水样可视浊度比较高，混合均匀取样后经碱性过硫酸钾120℃消解30min，冷却至室温加入盐酸，混合均匀后浊度依然存在。浊度会导致吸光度偏高。总氮浓度计算过程中使用220nm处吸光度减去2倍的275nm处吸光度，这种吸光度的计算方法在浊度的影响下，导致总氮浓度偏低。该文采用试验室常用操作离心、0.45μm滤膜过滤和定量滤纸过滤三种前处理方式，通过实际地表水水样在220nm和275nm实测吸光度大小比较、实际水样220nm和275nm两处波长实测吸光度差值比较、实际水样测定值精密度分析、实际水样加标回收率测定及精密度测定，得出三种处理方式的浊度去除效率由高到低依次为离心>0.45μm滤膜>定量滤纸。在实际工作中，分析大批量地表水水样时，离心操作步骤简单，所需分析时间较少，干扰较小，因此建议优先选用离心方法去除地表水总氮测定中浊度的干扰。