可見分光光度法測定水質(zhì)中總氮的研究

水質(zhì)總氮檢測，對水資源保護、環(huán)境保護至關(guān)重要。文章以此為中心，對水質(zhì)總氮檢測方法進行改進，并從實驗原理、消解速度、線性、準確性、干擾等方面進行分析討論，提出了一種水質(zhì)總氮檢測的新方法。

1、水質(zhì)總氮檢測現(xiàn)狀

水質(zhì)總氮包括樣品中溶解態(tài)氮及懸浮物中氮的總和，包括亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、無機銨鹽、溶解態(tài)氨及大部分有機含氮化合物，是衡量水體富營養(yǎng)化狀態(tài)的重要指標。

對于水質(zhì)總氮檢測，目前主要應(yīng)用堿性過硫酸鉀消解紫外線分光光度法，在120～124℃下，堿性過硫酸鉀溶液使樣品中含氮化合物的氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，采用紫外分光光度法于波長220nm和275nm處，分別測定吸光度A220和A275，按公式A= A220-2A275計算校正吸光度A，總氮（以N計）含量與校正吸光度A成正比。由于過硫酸鉀在20℃時的溶解度僅為5g/100mL，配置過硫酸鉀溶液（將40g過硫酸鉀溶于600mL水中）時，即便在50℃的水浴中仍需溶解3～4h，比較費時。故在實際檢測分析中，對方法進行改進，采用堿性過硫酸鈉作為堿性消解液對樣品進行消解，由于過硫酸鈉在20℃時溶解度為55g/100mL，可以快速溶解，使得分析時間縮短，并且其此種方法在標準曲線、精密度、準確度方面與堿性過硫酸鉀消解的方法并無顯著性差異。由于采用玻璃比色管作為消解器皿，容易造成空白偏高、結(jié)果偏低等問題，故出現(xiàn)利用雙圓柱狀的消解杯對水樣進行消解的方式。另外，由于采用壓力蒸汽滅菌器進行消解帶有安全隱患，也有實驗室改用烘箱進行消解。

2、水質(zhì)總氮檢測方法的改進

2.1 儀器和試劑

2.1.1 儀器

儀器：可見分光光度計（V-1100D）、比色管（50mL）、比色皿（1cm）、水熱反應(yīng)釜（50mL）、電熱鼓風干燥箱（DGG-9053AD）、瓷蒸發(fā)皿（100mL）。

2.1.2 試劑

　（1）去離子水。

（2）0.9g/mL濃氨水。

（3）堿性過硫酸鉀溶液。稱取40.0g過硫酸鉀（6.3）溶于600mL水中（可置于50℃水浴中加熱至全部溶解）;另稱取15.0g氫氧化鈉（6.2）溶于300mL水中。待氫氧化鈉溶液溫度冷卻至室溫后，混合兩種溶液定容至1000mL，存放于聚乙烯瓶中，可保存一周。

（4）總氮標準貯備液：ρ（N）=100mg/L。稱取0.7218g硝酸鉀（6.4）溶于適量水，移至1000mL容量瓶中，用水稀釋至標線，混勻。加入1～2mL三氯甲烷作為保護劑，在0～10℃暗處保存，可穩(wěn)定6個月。也可直接購買市售有證標準溶液。

（5）總氮標準使用液：ρ（N）=10.0mg/L。量取10.00mL總氮標準貯備液（6.12）至100mL容量瓶中，用水稀釋至標線，混勻，臨用現(xiàn)配。

（6）鹽酸（1+9）。

（7）濃硫酸。

（8）酚二磺酸。稱取25g苯酚置于錐形瓶中，加225mL濃硫酸使之溶解，充分混合。瓶口插一小漏斗，置瓶于沸水浴中加熱6h，得淡棕色稠液，貯于棕色瓶中，密封保存。

（9）硫酸溶液：0.5mol/L。

（10）氫氧化鈉溶液：0.1mol/L。

2.2 實驗操作方法

2.2.1 標準曲線

取8支水熱反應(yīng)釜，分別加入0、0.50、1.00、2.00、3.00、5.00、7.00mL總氮標準使用液和5.00mL總氮質(zhì)控溶液（批次：GSB07-3168-2014203244，濃度定值：2.18±0.14mg/L），標準系列對應(yīng)的總氮含量分別為0、5.0、10.0、20.0、30.0、50.0μg，質(zhì)控樣品對應(yīng)的總氮含量為10.9μg，分別加入15.0、14.5、14.0、13.0、12.0、10.0、8.00、0.00mL去離子水，然后加入5.0mL堿性過硫酸鉀溶液，將反應(yīng)釜密封放入125℃電熱鼓風干燥箱中，反應(yīng)時間為30min，反應(yīng)結(jié)束后，將水熱反應(yīng)釜取出置于室內(nèi)冷卻。待水熱反應(yīng)釜冷卻至室溫時，打開反應(yīng)釜，加入1mL鹽酸，攪拌均勻。將消解液轉(zhuǎn)移至到蒸發(fā)皿中，并用少量去離子水沖洗反應(yīng)釜，洗液一并轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中，加氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)至微堿性（pH≈8），置水浴上蒸發(fā)至干。水浴蒸干完畢，在試液中加入2.0mL酚二磺酸，為了保證試劑、蒸發(fā)皿殘渣完全接觸，以玻璃棒反復(fù)研磨，放置2min再次研磨，靜置10min。加入約10mL去離子水，在攪拌下加入3～4mL氨水，使溶液呈現(xiàn)最深的黃色，將溶液轉(zhuǎn)移到比色管中，用去離子水稀釋至標線，混勻。用吸管吸取樣品到1cm比色皿中，于410nm波長處，以水為參比，測量溶液吸光度。計算標準系列的校正吸光度，以總氮（以 N 計）含量（μg）為橫坐標，對應(yīng)的校正吸光度為縱坐標，繪制校準曲線。

2.2.2 樣品測定

量取15mL水樣（若水樣中總氮含量較高，可適量減少），按照2.2.1步驟進行處理、測定。

2.2.3 空白實驗

取15.0mL去離子水，與樣品同樣的步驟、試劑和用量，進行操作。

2.2.4 總氮含量的計算

樣品中總氮的吸光度At=As-Ab，其中As為樣品溶液（2.2.2）的吸光度，Ab為空白溶液（2.2.3）的吸光度。將At帶入標準曲線查得總氮的量m（μg），水樣中總氮含量c（mg/L）為：

其中，V為水樣體積，mL;f為稀釋倍數(shù)。

3、結(jié)果與討論

3.1 實驗原理

本方法為水質(zhì)總氮檢測方法的改進，采用堿性過硫酸鉀消解的方法對水樣進行前處理，使樣品中含氮化合物的氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，將消解水樣進行蒸發(fā)，使之在無水情況下與酚二磺酸反應(yīng)，生成硝基二磺酸酚，在堿性溶液中生成黃色化合物，于410nm波長下進行分光光度測定。

3.2 消解速度

在60℃以上的水溶液中，過硫酸鉀分解產(chǎn)生氧氣、氫離子、硫酸根和鉀離子，加入氫氧化鈉以中和氫離子促進過硫酸鉀分解完全，產(chǎn)生的氧氣可以將氨氮、亞硝酸鹽氮和大部分有機氮化合物氧化為硝酸鹽氮。

由于滅菌器升溫時需要先排出空氣，故升溫速度比電熱鼓風干燥箱緩慢，本實驗采用高壓反應(yīng)釜作為容器進行消解，高壓反應(yīng)釜的容積比滅菌器容積小，可以更快達到設(shè)定溫度，使得消解更快速、完全。

3.3 標準曲線

通過2.2.1步驟得到曲線方程：y=0.0109x+0.0021;r=0.9999。表1為標準系列的吸光度值。

由標準曲線方程和相關(guān)系數(shù)得知，本實驗中吸光度與總氮含量為線性關(guān)系。將質(zhì)控樣品的吸光度帶入曲線計算總氮濃度為2.14 mg/L，質(zhì)控樣的濃度為2.18±0.14mg/L，符合質(zhì)控要求。

3.4 精密度

準備3個水樣，分別為河道水和軸承生產(chǎn)企業(yè)污水處理站的進出口水。每個水樣進行6次重復(fù)檢測，結(jié)果如表2。

通過實驗發(fā)現(xiàn)，對3個不同水樣進行檢測，6次平行實驗的標準偏差小于5%，滿足HJ636-2012中的規(guī)定：當樣品總氮含量>1.00mg/L時，測定結(jié)果相對偏差應(yīng)≤5%。檢測結(jié)果可靠。

4、結(jié)論

本實驗對水質(zhì)總氮檢測方法進行改進，其優(yōu)勢在于：首先利用水熱反應(yīng)釜對樣品進行消解，提高了消解速度，比傳統(tǒng)色管消解更加快速和完全;再次利用酚二磺酸法對總氮含量進行檢測，排出了六價鉻離子和三價鐵離子的干擾;最后，利用可見風光光度法對總氮進行檢測，為未配置紫外分光光度計的實驗室提供了一種檢測水質(zhì)總氮含量的途徑。