水體中總氮測定的影響因素及方法改進

黃文婷，周俊，張奇磊

(常州市環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 常州 213001)

水體中總氮測定的影響因素及方法改進

黃文婷，周俊，張奇磊

(常州市環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 常州 213001)

對濁度、氯離子及高濃度氨氮對國標法測定總氮的影響進行分析。結果顯示，濁度會使地表水中總氮測定的結果偏低，采用消解后3 500 r/min離心可以基本消除該影響；氯離子質量濃度>3 000 mg/L時，對220 nm處吸光度值出現(xiàn)正干擾；水體中氨氮濃度較高時，會出現(xiàn)總氮測定結果嚴重偏低的現(xiàn)象，采用趁熱搖勻法可以有效地避免高氨氮的干擾。

總氮；濁度；氯離子；氨氮

國家環(huán)境保護標準中，總氮測定采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法。其原理是：在120～124℃的堿性介質條件下，通過過硫酸鉀氧化，使有機氮和無機氮化合物轉化為硝酸鹽氮后，在220和275 nm處分別測出消解后水樣的吸光值，然后根據(jù)經(jīng)驗校準方法求出校正吸光度A，總氮含量與校準吸光度成正比[1]。該方法雖然操作簡單，但實驗條件要求苛刻，不少學者[2-5]通過詳盡的試驗，發(fā)現(xiàn)試驗用水的純度、過硫酸鉀的品質、過硫酸鉀配制中溫度的控制、試劑的存放時間等試劑配制與存放條件，以及消解溫度、消解時間、冷卻時間等試驗過程控制條件與測定結果的精密度和準確度都有極大的相關性。除此之外，在實際試驗過程中發(fā)現(xiàn)濁度、氯離子、高濃度氨氮對總氮的分析測定也存在一定的影響。現(xiàn)通過對濁度、高氯及高氨氮干擾項的研究，探討其對總氮測定的影響，并提出改進方法，實現(xiàn)高效、精準地測定水體的總氮含量。

1 試驗部分

1.1 儀器

TU-1901雙光束紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司)；醫(yī)用手提式蒸汽滅菌器(上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠)；CT14RD型臺式高速離心機(上海天美科學儀器有限公司)；25 mL具塞磨口玻璃比色管。

1.2 試劑

試驗用水均為無氨水，過硫酸鉀為優(yōu)級純，硝酸鉀、氯化鈉及鹽酸均為分析純，硝酸鉀標準使用液10 mg/L(以N計)，銨標準使用液10 mg/L(以N計)。

1.3 總氮測定原理及方法

見參考文獻[1]。

2 結果與討論

2.1 濁度對總氮測定的干擾及消除

將一系列地表水水樣采用6種不同沉降方法進行分析：a：無沉降過程；b：自然沉降30 min；c：取樣前水樣以3 500 r/min離心；d：消解后靜置2 h；e：消解后以2 000 r/min離心；f：消解后以3 500 r/min離心。經(jīng)不同沉降處理后測得的吸光度值和總氮檢測結果見表1。

表1 6種沉降方式比較(n=3)①

①A220為硝酸鹽在220 nm處的吸光值，A275為干擾值。

由表1可知，隨濁度的增高A220和A275值增大，但二者增加的數(shù)值無明顯相關性，在二者的協(xié)同作用下，濁度增高導致總氮測定結果偏低。根據(jù)A275/A220的比值可看出實驗干擾的大小[6]，由檢測結果可知沉降方法b、c、d、e和f均在一定程度上消除了渾濁度影響，方法f和c在275 nm波長處的干擾值較小，但方法c消解前離心可能將原水中附著在懸浮物上的有機氮去除，該方法不可取。綜合考慮，采用消解后3 500 r/min離心可以基本消除濁度對總氮測定的影響。

2.2 高氯對總氮的干擾

在同一地表水樣中加入不同濃度的氯化鈉溶液，測試氯離子對總氮測定的干擾程度，結果見表2。此外，將消解液堿性過硫酸鉀的加入量由5 mL增加至7 mL，比較消解液用量對氯離子存在情況下總氮測定的影響，結果見表3。

表2 氯離子對總氮測定結果的影響(n=3)

①與不加入氯離子為基準的相對誤差。

表3 增加消解液對總氮測定結果的影響(n=3)

由表2可見，氯離子質量濃度<3 000 mg/L時，對A220基本無影響，當氯離子質量濃度>3 000 mg/L時，對A220出現(xiàn)正干擾，且隨著氯離子濃度的增加，這種正干擾逐步增加，但與不加入氯離子為基準測定結果的相對誤差在10%以內，在允許的誤差范圍內。增加堿性過硫酸鉀使用量反而使總氮測定結果偏高(見表3)，說明增加消解液無法消除高氯對測定結果的影響，反而對測定結果產生正干擾。

2.3 高氨氮對總氮的干擾

在堿性條件下，氨氮會以氨氣形式逸散至消解管氣相中，造成測出的總氮只是亞硝酸鹽氮，硝酸鹽氮和少部分的氨氮，為此有學者提出：當水樣消解后應立即放氣，趁熱將水樣管多次搖勻，使氣相中的氨氣被熱的過硫酸鉀消解成硝酸鹽氮(趁熱搖勻法)[7]。

現(xiàn)用硝酸鉀標準使用液和銨標準使用液配置一系列不同配比的氨氮和硝酸鹽氮混合溶液，各混合溶液中總氮含量均為100 μg，同時使用國標法和趁熱搖勻法測定高氨氮水樣中的總氮量，結果見表4。

表4 氨氮對總氮測定結果的影響(n=3)

由表4可知，當水樣中氨氮含量較低時，兩種方法效果都很好。隨著氨氮含量的增加，國標法總氮測定的偏差逐漸增大，氨氮濃度越高，總氮測定結果的偏差越多；而趁熱搖勻法測得結果的相對偏差則在10%以內。說明總氮分析過程中，通過熱環(huán)境下?lián)u勻操作可有效消除氨氮帶來的負干擾。

3 總氮分析方法的進展

3.1 消解方法改進

微波消解是近年發(fā)展的一種消解手段，較之傳統(tǒng)的消解方法，微波消解不僅速度快，而且對于易揮發(fā)的樣品元素的測定具有較高的精度。袁斌等[8]采用微波閉式CODTNTP 消解儀對標準硝酸鹽溶液水樣進行高壓密閉消解，精密度、準確度都較好。智能型多功能消解器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高壓滅菌鍋消解，可以快速冷卻消解液，增加實驗的安全性[9]。 臭氧紫外聯(lián)合消解方法，對國標法中傳統(tǒng)的氧化消解方法進行了改進，可對含氮水樣進行連續(xù)消解[10]。

3.2 儀器分析

總氮的測定方法不斷地發(fā)展，常規(guī)方法的原理同儀器相結合，使總氮的測定向儀器化方向發(fā)展，測定過程更為簡單快捷。離子色譜法、氣相分子吸收光譜法、流動注射分析法、燃燒氧化-電化學傳感器法等先后應用于總氮的分析中。相較于常規(guī)分析方法，儀器分析有靈敏度高等優(yōu)點。

3.3 總氮、總磷的聯(lián)合測定

總氮和總磷的測定都需要過硫酸鉀消解，但二者過硫酸鉀的配制不同。總氮宜在堿性環(huán)境中氧化，總磷宜在酸性條件下氧化。可以通過控制消解液中加入的過硫酸鉀與強堿的比例，使消解前期為堿性，后期為酸性，滿足總氮總磷測定各自對消解的要求,可一次性完成消解。而用臭氧紫外協(xié)同的氧化方法對水樣進行氧化消解，則從根本上解決了總氮、總磷消解過程的需求差異[11]。

4 結語

堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定總氮，濁度、高氯離子、高氨氮都對測定結果有影響。濁度會使地表水中總氮測定的結果偏低，采用消解后3 500 r/min離心可以基本消除該影響。氯離子濃度>3 000 mg/L時，對A220值具有正干擾，且隨著氯離子濃度的增加，這種正干擾逐步增加。水體中氨氮濃度較高時，會出現(xiàn)總氮測定結果嚴重偏低現(xiàn)象，熱環(huán)境下?lián)u勻操作可有效消除氨氮帶來的負干擾。

[參考文獻]

[1] 環(huán)境保護部.水質 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法:HJ 636—2012[S].北京：中國環(huán)境科學出版社，2012.

[2] 郝冬亮.堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定總氮的影響因素[J].中國給水排水,2014,30(12):1-3.

[3] 張立影,劉繼亮.測定總氮的影響因素探討[J].黑龍江環(huán)境通報, 2015,39(3):72-74.

[4] 李莉.堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定水中微量總氮影響因素分析[J].干旱環(huán)境監(jiān)測, 2014 (3) :129-134.

[5] 肖偉, 吳偉, 李青雪.總氮測定影響因素的試驗研究[J].工業(yè)用水與廢水, 2010, 41(2) :87-89.

[6] 丁瓊, 薛傳金.渾濁度對總氮測定影響的探討[J].污染防治技術, 2010, 23(2):69-70.

[7] 蔣文潔, 潘虹.總氮測定中消解損失的原因分析及解決辦法[J].環(huán)境科學與管理, 2010, 35(4): 143-144.

[8] 袁斌, 寧尋安, 呂松.封閉微波消解法與高壓蒸汽消解法測定總氮對比研究[J].工業(yè)水處理, 2006, 26 (1):59-60.

[9] 史春桃.水質總氮測定消解方法改進的探討[J].環(huán)境科學導刊, 2016 , 35 (s1) :206-208.

[10] 李清, 楊慧中.臭氧紫外聯(lián)合-分光光度法測定水中總氮[J].光譜實驗室, 2011, 28 (1) :251-255.

[11] 丁明軍, 楊慧中.水中總磷和總氮含量的離子色譜測定法[J].分析化學, 2012, 40 (3):381-385.

InfluencingFactorsandImprovementoftheMethodsforDeterminationofTotalNitrogenInWater

HUANG Wen-ting, ZHOU Jun,ZHANG Qi-lei

(ChangzhouEnvironmentalMonitoringCenter,Changzhou,Jiangsu213001，China)

The influence of turbidity, chloride ion and high concentration ammonia nitrogen on the determination of total nitrogen by GB method was analyzed. The test results show that turbidity results in low total nitrogen in surface water, centrifugation under 3 500 r/min after digestion can basically eliminate the influence. When the concentration of chloride ion is higher than 3 000 mg/L, it causes positive interference on 220 nm absorbance. When the concentration of ammonia nitrogen is high, the total nitrogen will be on the low side, an effective way to avoid the interference of high ammonia nitrogen is shake the digestion solution when it is hot.

Total nitrogen; Turbidity; Chloride ion; Ammonia nitrogen

2017-08-01；

2017-08-30

黃文婷(1985—)，女，工程師，碩士，主要從事環(huán)境監(jiān)測工作。

10.3969/j.issn.1674-6732.2017.06.010

X832

B

1674-6732(2017)06-0045-03

欄目編輯 胡偉