可見分光光度法測定水質中總氮的研究

水質總氮檢測，對水資源保護、環(huán)境保護至關重要。文章以此為中心，對水質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，提出了一種水質總氮檢測的新方法。

1、水質總氮檢測現狀

水質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。

對于水質總氮檢測，目前主要應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、結果偏低等問題，故出現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）、水熱反應釜（50mL）、電熱鼓風干燥箱（DGG-9053AD）、瓷蒸發(fā)皿（100mL）。

2.1.2 試劑

?。?）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總氮質控溶液（批次：GSB07-3168-2014203244，濃度定值：2.18±0.14mg/L），標準系列對應的總氮含量分別為0、5.0、10.0、20.0、30.0、50.0μg，質控樣品對應的總氮含量為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，將反應釜密封放入125℃電熱鼓風干燥箱中，反應時間為30min，反應結束后，將水熱反應釜取出置于室內冷卻。待水熱反應釜冷卻至室溫時，打開反應釜，加入1mL鹽酸，攪拌均勻。將消解液轉移至到蒸發(fā)皿中，并用少量去離子水沖洗反應釜，洗液一并轉移至蒸發(fā)皿中，加氫氧化鈉溶液調節(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，使溶液呈現最深的黃色，將溶液轉移到比色管中，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。

3、結果與討論

3.1 實驗原理

本方法為水質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，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釜作為容器進行消解，高壓反應釜的容積比滅菌器容積小，可以更快達到設定溫度，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系數得知，本實驗中吸光度與總氮含量為線性關系。將質控樣品的吸光度帶入曲線計算總氮濃度為2.14 mg/L，質控樣的濃度為2.18±0.14mg/L，符合質控要求。

3.4 精密度

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

通過實驗發(fā)現，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，測定結果相對偏差應≤5%。檢測結果可靠。

4、結論

本實驗對水質總氮檢測方法進行改進，其優(yōu)勢在于：首先利用水熱反應釜對樣品進行消解，提高了消解速度，比傳統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總氮含量的途徑。