过硫酸钾消解-离子色谱法同时检测水中氯化物、总磷和总氮

【摘要】建立一种先用过硫酸钾消解水样，碳酸钡粉去除消解后大量的硫酸盐，再用离子色谱法同时测定水中氯化物、总磷、总氮含量的方法。此方法避免了国标法存在的干扰因素多、步骤繁杂、试剂种类多、分析时间长等问题，具有准确度高、灵敏度高、耗时短的优点。经验证，本方法操作简单，检出限低，精密度和准确度都满足分析测试要求，适用于地表水、污水中氯化物、总磷、总氮的测定。

【关键词】离子色谱法；过硫酸钾；氯化物；总磷；总氮；碳酸钡

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.06.004

Potassium Persulfate Digestion-Simultaneous Detection of Chloride， Total Phosphorus， and Total Nitrogen in Water by Ion Chromatography

TAN Zhimin

（Guangdong Qingchang Environmental Protection Technology Co.， Ltd.， Heshan 529700， China）

Abstract： This article establishes a method for the simultaneous determination of chloride， total phosphorus， and total nitrogen content in water samples using potassium persulfate digestion， barium carbonate powder to remove a large amount of sulfate after digestion， and ion chromatography. This method avoids the interference factors， complex steps， multiple types of reagents， and long analysis time of the national standard method， and has the advantages of high accuracy， high sensitivity， and short time consumption. After verification， this method is simple to operate， has a low detection limit， and meets the requirements of analysis and testing in terms of precision and accuracy. It is suitable for the determination of chloride， total phosphorus， and total nitrogen in surface water and sewage.

Keywords： ion chromatography； potassium persulfate； chloride； total phosphorus； total nitrogen； barium carbonate

在污水处理过程中，高氯化物的进水会抑制水处理中污泥活性，使出水的总磷和总氮超标排放，直接导致环境水体黑臭、水质恶化[1]。因此，氯化物检测频率为周检，总磷、总氮检测频率为日检。在地表水中，根据GB 3838—2002《地表水环境质量标准》，氯化物、总磷、总氮也是常规检测指标。

但是国标法具有干扰因素多、检测时间长、试剂种类多且毒性强、步骤烦琐、操作复杂的缺点。本文综合了国标法和离子色谱法的优点，采用过硫酸钾消解-离子色谱法同时检测水中氯化物、总磷和总氮。该检测方法简单有效，对环境友好[2]，对指导污水、地表水常规检测有积极的推动意义。

1方法原理

在一定压力下，用碱性过硫酸钾使水样中含氮化合物氧化成硝酸盐，用中性过硫酸钾使水样中含磷化合物氧化成正总磷，然后使用碳酸钡粉去除消解后大量的硫酸盐[3]，使氯化物保持不变。最后利用离子色谱仪的阴离子分离柱分离，同时测水中氯化物、总磷和总氮。

2实验部分

2.1仪器和试剂

盛瀚CIC-D120型离子色谱仪；戴安ICS-90离子色谱仪；压力蒸汽灭菌器；超纯水机，超纯水的电阻率为18.25 MΩ·cm；恒温水浴锅；碱性过硫酸钾溶液（40 g/L过硫酸钾+15 g/L氢氧化钠）；过硫酸钾溶液（40 g/L）；碳酸钡（GR）；1000μg/mL氯离子标准溶液，中国计量科学研究院；500 mg/L总氮、总磷标准溶液，水利部水环境监测评价研究中心；常用玻璃器皿，经过超声波清洗后晾干备用。

2.2色谱条件

CIC-D120离子色谱仪。赛默飞AS19阴离子分析柱；SH-G-1阴离子保护柱；柱温为30℃；SHY-A-6自动再生抑制器，抑制电流为70 mA；淋洗液：氢氧化钾淋洗液发生器，流量为0.8 mL/ min，梯度淋洗0～25 min为16 mM，25～37 min为30 mM，37～40 min为16 mM；进样量为25μL；采集时间为40 min。

ICS-90离子色谱仪。Donex AS9-HC色谱柱；IonPac AG9-HC保护柱；Dionex AMMSⅢ抑制器，抑制电流为30 mA；13 mmoL/mL碳酸钠淋洗液；0.4%稀硫酸再生液；进样量为10μL；采集时间为18 min。

2.3样品的预处理和测定

水样摇匀后，取10.0 mL加入25 mL比色管中，分别加入5.0 mL碱性过硫酸钾溶液（此为总氮样品）和5.0 mL过硫酸钾溶液（此为总磷样品）。将比色管置于高压蒸汽灭菌器中，让温度在120～124℃保持30 min。冷却后取出，比色管液体颠倒混匀2～3次。消解后的总磷、总氮样品，各取2.5 mL等比例混合，加入1 g碳酸钡（GR）粉末，在80℃恒温水浴锅中，振荡30 min，用0.45μm微孔滤头过滤水样后放入自动进样器进行离子色谱分析。

3结果和讨论

3.1试样分离效果

在水样中加入过硫酸钾氧化后，硫酸盐的浓度远远高于硝酸盐和正磷酸盐。用碳酸钡吸附可降低硫酸盐浓度，减少对色谱柱的伤害。如图1、图2所示，出峰顺序为氯化物、总氮、总磷。使用氢氧化钾淋洗液体系，总磷的出峰时间为37 min；使用碳酸钠淋洗液体系，总磷的出峰时间为13 min，对比发现后者更省时，因而以下试验选用碳酸钠淋洗液体系。

3.2校准曲线的绘制

按表1配制氯化物、总磷、总氮混合标准曲线，按照“2.3”方法进行预处理，然后进行离子色谱法测定，绘制工作曲线。氯化物、总磷和总氮都呈现出良好的线性关系。

3.3检出限测试

参考HJ 168—2020《环境监测分析方法标准制订技术导则》，对氯化物为0.20 mg/L、总氮为0.20 mg/L、总磷为0.25 mg/L的混合标液，进行测定，重复7次试验，按照以下公式计算检出限：MDL=3.143×S（标准偏差）。检出限分别为氯化物0.021 mg/L，总氮0.017 mg/L，总磷0.009 mg/L。国标检出限分别为氯化物0.10 mg/L，总氮0.05 mg/L，总磷为0.01 mg/L。实验表明，本方法中氯化物、总氮、总磷检出限均低于国标法检出限。

3.4准确度和精密度试验

氯化物质控样（201857）为（11.0±0.4）mg/L，检测值为11.23 mg/L；总氮质控样（203289）为（3.49±0.20）mg/L，检测值为3.31 mg/L；总磷质控样（203984）为（1.14±0.05）mg/L，检测值为1.12 mg/L（结果如表2所示）。进行6次平行样测定，RSD分别为1.11%、1.15%、3.30%。质控样测定结果均在质控范围内，RSD满足要求。碳酸钠淋洗液体系精密度如表2所示。

3.5实际水样试验

取3个不同的水样，进行离子色谱分析。样品测试和加标回收率结果如表3所示。由表3可知，加标回收率分别为氯化物99.8%～105.8%，总氮101.0%～104.0%，总磷106.0%～ 107.6%，均在90%～110%范围内，结果满意。

4结束语

先用过硫酸钾消解，再用碳酸钡粉去除消解液中大量硫酸根，最后用离子色谱法检测水中氯化物、总磷和总氮的方法，能有效避免硫酸盐对色谱柱的伤害，将国标法和离子色谱法的优点结合，减少试剂种类，节约人工时间，减少人为误差。整个过程只有样品处理和上机测试两步，操作简单。用氢氧化钾和碳酸钠淋洗液体系进行比对，发现后者节约了22 min。

本方法线性良好、检出限低、重复性好、回收率高。质控样测定结果在标准值不确定度范围内，表明该方法的精密度高、准确性高、重复性好，测定结果可靠，能满足对水中氯化物、总磷、总氮的检测要求。

【参考文献】

[1]刁小冬，黄桂荣，何阳.离子色谱法同时测定水中总氮和总磷[J].化工环保，2012，32（3）：291-294.

[2]韦杰，张怡宁，李玲慧.离子色谱法测定地表水中总磷和总氮的含量[J].环境与发展，2019，31（6）：110-111.

[3]胡粝丹，李晓晔，苏静.碱性过硫酸钾消解离子色谱法测定地表水中总氮[J].化学工程师，2017，31（1）：27-29.

【作者简介】

谭智敏，女，1991年出生，工程师，学士，研究方向为生态环境监测。

（编辑：李钰双）