有效提高紫外分光法测定总氮准确度的方法探讨

何 娜 ， 张 力

(1.湛江经济技术开发区环境保护监测站 ， 广东 湛江 524000 ； 2.广东省韶关生态环境监测中心站 ， 广东 韶关 512026)

总氮是反映水体受污染程度和水体富营养化的主要指标之一。目前我国现行有效的测定水中总氮的方法有碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(HJ 636—2012)、气相分子吸收光谱法(HJ/T 199—2005)、连续流动-盐酸萘乙二胺分光光度法(HJ 667—2013)和流动注射-盐酸萘乙二胺分光光度法(HJ 668-2013)等。其中，碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法因其成本低、操作简单快捷等特点被广泛使用，但该方法在实际测定中会出现空白值偏高、总氮测定结果低于氨氮以及样品测定值波动大等现象，进而影响测定结果的可靠性。

为有效提高该方法测定结果的准确性，结合实际工作经验，本文将从实验用水、过硫酸钾试剂、氢氧化钠试剂、玻璃器皿、高浊度水样、高氨氮水样以及其他注意事项等方面进行探讨，并提出相应有效提高测定总氮准确度的控制措施。

1 实验原理

在温度120～124 ℃条件下，碱性过硫酸钾溶液使样品中含氮化合物转化为硝酸盐，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，按照公式A=A220-2A275计算校正吸光度A，总氮含量与校正吸光度A成正比[1]。

2 实验部分

2.1 试剂和仪器

试剂：过硫酸钾1 (AR，国产，厂家1) ； 过硫酸钾2(GR，国产，厂家1) ；过硫酸钾3(GR，国产，厂家2)；过硫酸钾4(puriss.p.a.，进口，Sigma) 。氢氧化钠1(AR，厂家1)；氢氧化钠2(GR，厂家1) ；氢氧化钠3(AR，厂家4)；氢氧化钠2(GR，厂家5)。盐酸(AR，墨客) ；总氮标样1(0.525 mg/L±0.053mg/L，标样所203269)；总氮标样2(1.71 mg/L±0.12 mg/L，标样所203258)；总氮标样3(6.33 mg/L±0.33 mg/L，标样所203264)。水：普通去离子水、无氨水、超纯水。

仪器：DR 5000 紫外分光光度计(Hach美国) 及 10 mm石英比色皿；YXQ-LS-50SII 立式压力蒸汽灭菌器(上海博讯实业有限公司医疗设备厂)； YXQ-50SII 立式压力蒸汽灭菌器(上海博讯实业有限公司医疗设备厂) ；UPR-Ⅱ-20L 超纯水机(四川优普超纯科技有限公司) 。

2.2 实验方法与步骤

按照HJ 636—2012标准分析方法的操作步骤进行实验。

3 结果与讨论

3.1 实验用水

紫外分光法测定总氮的方法对实验用水的要求很严格，要求空白试验的校正吸光度应小于0.030。标准规定实验用水须为无氨水或新制备的去离子水。无氨水的制备方法为每升水中加入 0.10 mL的浓硫酸蒸馏，收集馏出液于具塞玻璃容器中[1]。但该方法会因蒸馏装置或是收集装置清洗不干净而带入新的污染，且效率较低，故在实际操作中使用较少。现在大部分实验室使用超纯水作为实验用水，这种水的纯度比较高，且随用随制，制取过程是密封的，不易受到氨的污染。本文使用新制备的去离子水、无氨水以及超纯水做空白试验，其他试剂均为同一批次且按照标准方法现配。测定结果见表1。

表1 不同实验用水对空白值的影响

由表1可知，新制备的去离子水、无氨水和超纯水的空白吸光度都能满足小于0.030的要求，在相同的实验条件下，超纯水的空白吸光度最低。结合实际经验，空白值越小对实验结果的准确度越有利，特别是测定总氮含量低的样品时。故建议有条件的实验室，优先使用超纯水作为实验用水，最好是随用随制备。

3.2 关键试剂

3.2.1过硫酸钾的纯度

过硫酸钾试剂的质量是直接影响总氮测定结果准确度的关键因素，标准中规定过硫酸钾含氮量应小于0.000 5%。空白值偏高是因为过硫酸钾的纯度不够[1-2]。目前市售的过硫酸钾质量参差不齐，一些国产的过硫酸钾试剂标称含氮量<0.000 5%，但实际使用起来往往达不到标准空白值的要求。本文选取两家国产过硫酸钾和一家进口过硫酸钾分别与优级纯的氢氧化钠按标准方法现配，进行空白和标样对比实验。测定结果见表2和表3。

表2 不同纯度的过硫酸钾对空白值的影响

表3 不同纯度的过硫酸钾对测定结果的影响

由表2可以看出，在相同的实验条件下，国产的过硫酸钾无论是分析纯，还是优级纯，其空白值都高于标准规定的0.030，这与潘忠成等[3]的研究结果一致，且同为优级纯，不同厂家的质量也有差异。进口的过硫酸钾可以满足标准空白值的要求。

由表3可以看出，在相同的实验条件下，纯度较差的过硫酸钾会严重影响测定结果的准确度，但进口过硫酸钾测定结果都在标准值范围内。

相对国产试剂来说，进口过硫酸钾价格较为昂贵。若从低成本的角度，可以考虑使用国产过硫酸钾进行重结晶。潘忠成等[3]探讨了过硫酸钾进行多次重结晶处理对空白吸光值的影响，实验表明重结晶3次的国产分析纯过硫酸钾的纯度与进口过硫酸钾的纯度相当，而成本仅是进口过硫酸钾的1 /4，且大部分过硫酸钾重结晶2次就能满足实验要求。故建议有条件的实验室优先选用进口过硫酸钾，其次选用经重结晶3次后的国产过硫酸钾，但每批次都需按标准附录A进行含氮量测定，满足要求后方可使用。

3.2.2 氢氧化钠的纯度

氢氧化钠试剂的质量是直接影响总氮测定结果准确度的关键因素，标准中规定氢氧化钠含氮量应小于0.000 5%。一些国产的氢氧化钠试剂标称含氮量<0.000 5%，但实际使用起来往往达不到标准空白值的要求。本文选取不同纯度和不同厂家的氢氧化钠分别与进口过硫酸钾按HJ636—2012方法现配，进行空白和标样对比实验。结果见表4。

表4 不同纯度的氢氧化钠对空白值和测定结果的影响

由表4可知，国产氢氧化钠质量差距很大，同为分析纯，有些厂家测得空白吸光度可以满足要求，且测定标准样品的浓度都在允许范围内，而有些厂家则达不到要求，优级纯亦然。故在选择氢氧化钠试剂时，不管纯度是分析纯还是优级纯，均应按标准附录A检验试剂含氮量是否达标，满足要求后方可使用。

3.2.3 碱性过硫酸钾的配制

标准指出应将过硫酸钾和氢氧化钠分开配制，待氢氧化钠恢复室温后再将两者混匀定容。因为在60 ℃以上的水溶液中，过硫酸钾可分解产生硫酸氢钾和原子态氧，而氢氧化钠属于强碱试剂，溶于水时会瞬间释放大量的热，使溶液的局部温度骤升，达到60 ℃以上，会导致部分过硫酸钾分解失效[4]。本文选取混合配制和分开配制两种配制方法，进行空白和标样对比实验，结果见表5。

表5 不同配制方法的碱性过硫酸钾对空白值和测定结果的影响

由表5可知，混合配制和分开配制对空白吸光度的影响不大，混合配制的测定结果偏低，其中标样1和标样3的测定结果均偏离标准值允许范围，而分开配制得到的碱性过硫酸钾测定3种浓度标样的测定结果都在范围内。故配制碱性过硫酸钾时必须分开配制，且保证配制过程温度要在60 ℃以下。另外，由于过硫酸钾在常温下较难溶解，可使用超声或在50 ℃的水浴中加速溶解。

3.3 玻璃器皿

实验中所用的玻璃器皿，尤其是比色管的洁净度对实验结果准确度的影响较为关键。本文选用3种不同清洗方式对比色管进行清洗，做空白对比实验，结果见表6。方式一，用洗涤剂清洗后，先用自来水冲洗，再用去离子水冲洗干净后，立即使用；方式二，用(1+9)盐酸浸泡24 h后，先用自来水冲洗，再用去离子水冲洗干净，在容易引起氨污染的实验室放置一周后使用；方式三，用(1+9)盐酸浸泡24 h后，先用自来水冲洗，再用去离子水冲洗干净，立即使用。

表6 不同洁净度的玻璃器皿对空白值的影响

由表6可知，方式一和方式二均不能满足标准规定的空白值吸光度应小于0.030的要求，方式三可以。说明比色管仅经普通清洗(即方式一)，空白吸光度达不到标准要求，这与黄玲等[1]的研究结果一致。比色管经泡酸清洗后，在有氨污染的环境下放置一段时间(即方式二)后空白吸光度会发生较大变化，以上两种情况均会对测定结果的准确性产生一定的影响。故实验中用到的玻璃器皿应使用(1+9)盐酸浸泡24 h后，先用自来水冲洗，再用去离子水冲洗数次，洗净后立即使用。

3.4 两种特殊水样

3.4.1高浊度水样

有些水样经消解后出现浑浊的情况，尤其是部分含悬浮物、泥沙高的样品，常常出现吸光度A275/A220>20%的现象，从而影响测定结果的准确性。根据方法原理，碱性过硫酸钾溶液使样品中含氮化合物转化为硝酸盐，利用硝酸根离子在220 nm波长处的吸收而定量测定，溶解的有机物在220 nm处也会有吸收，而硝酸根离子在275 nm处没有吸收，因此在275 nm处作另一次测量，以校正硝酸盐氮值，A=A220-2A275中的2为经验系数[5]。潘小敏等[6]认为，当消解后样品中仍存在悬浮物时，此时的A220和A275之间并不存在2∶1的关系，从而造成总氮的测定结果偏低。文章选取3种方式对消解定容后仍浑浊的水样进行处理，并做加标回收率实验，对比其测定结果，见表7。方式一，不过滤，直接比色；方式二，经0.45 μm水相针式过滤头，弃去前3 mL，直接过滤到比色皿中；方式三，经转速为3 500 r/min离心5 min后比色。

表7 样品消解定容后不同处理方式对测定结果的影响

由表7可知，直接测定的结果比经0.45 μm过滤头过滤和经3 500 r/min离心5 min后的测定值都偏低，且样品经过滤或离心后的A275、A275/A220值显著降低，说明有效去除悬浮物等对总氮测定结果的干扰，且加标回收率均满足测定要求。故遇到消解定容后仍浑浊的水样，可以采取经0.45 μm过滤头过滤或是经3 500 r/min离心5 min的处理后再进行比色。

3.4.2高氨氮水样

当总氮中的含氮化合物由氨氮组成时(即高氨氮水样)，两者的测定结果很接近，这时极易出现总氮测定值低于氨氮测定值的情况。主要是因为在消解过程中部分氮以氨气形态逸散在比色管的气相中。本文用氨氮标准溶液配制氨氮含量(以N计)为200 μg 的模拟水样(取10.00 mL的20.0 mg/L氨氮标准溶液于比色管中)，分别对原样和稀释后的模拟水样按HJ636—2012的分析步骤进行消解，对比其测定结果，见表8。

表8 模拟水样不同稀释倍数的总氮测定结果

由表8可知，高氨氮水样若直接消解，出现总氮的测定结果偏低的情况，当测定水样中的氨氮含量越高，氮在消解过程中的损失越多。当测定水样中氨氮的含量低于50 μg时，可得到满意的结果。故测定高氨氮水样时，应将其稀释，保证其稀释后水样的氨氮含量<50 μg，再进行消解。

3.5 其他注意事项

实验室环境会影响总氮测定结果的准确性，使测定结果偏高或偏低，因此测定总氮的实验室应尽量保持室内环境无氨，不能同时分析氨类测定实验，不能与总硬度、挥发分等用到氨水的实验在同一个空间，并尽可能远离卫生间。

比色管出现老化或质量问题时，在消解过程中塞子可能会被顶开或是出现管口破裂，蒸汽灭菌器内的高温高压和锅内蒸发的水汽会导致试样有所损失或被污染，从而影响测定结果的准确性。故要注意比色管的密闭性问题。

试样消解后在自然冷却过程中，由水样中含氮化合物转化的硝酸盐可能会吸附在试管壁上，从而使总氮测定值偏低，影响测定结果的准确性，同时亦会降低平行样之间的精密度。因此，试样在消解后开塞前，应注意颠倒混匀操作。

4 结论

①新制备的去离子水、无氨水和超纯水均能满足实验要求，但由于无氨水的制备繁琐且易引入新的污染，因此，实验用水可选用新制备的去离子水，有条件的实验室可使用超纯水。②过硫酸钾和氢氧化钠的纯度对提高测定结果的准确性至关重要，每批次的试剂都应按标准上的方法进行含氮量测定，满足要求后方可使用。过硫酸钾优先选择进口试剂，国产的大多数须经几次重结晶后含氮量才达标。配制碱性过硫酸钾时过硫酸钾和氢氧化钠必须分开溶解，且保证配制过程温度要在60 ℃以下。③注意玻璃器皿的洁净度。实验中使用的玻璃器皿应是经(1+9)盐酸浸泡24 h后洗净的，洗净后立即使用。④消解定容后仍浑浊的水样，可以采取经0.45 μm过滤头过滤或是经3 500 r/min离心5 min的处理后再进行比色。⑤测定氨氮含量较高的水样时，应先稀释再消解，稀释后水样的氨氮含量(以N计)<50 μg为佳。⑥尽量保持实验室无氨环境及避免交叉实验对测定产生的干扰；注意比色管的密闭性问题；试样在消解后开塞前，注意颠倒混匀操作，以保证检测结果的准确性。