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探索有效提高总氮测定效率的研究

发表时间：2021/7/28 来源：《中国科技信息》2021年9月上作者：鲁丹

[导读] 采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法对水质总氮进行测定时，易出现实验空白样吸光度偏高、消解效果不理想等影响总氮测定准确度的情况，给水质环境监测工作带来诸多影响。

柳州钢铁股份有限公司鲁丹广西柳州　545002

摘要：采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法对水质总氮进行测定时，易出现实验空白样吸光度偏高、消解效果不理想等影响总氮测定准确度的情况，给水质环境监测工作带来诸多影响。通过大量实验操作，对影响总氮测定的多个因素进行探索，结果证明碱性过硫酸钾溶解水浴温度、贮存时长、水样消解后冷却方式及冷却时长、过硫酸钾溶液自吸收会对空白值造成影响；消解时长会对测定结果准确度造成影响。
关键词：总氮测定；空白值；消解效果
        1.前言
        总氮作为钢铁工业废水排放重要指标，在企业水质环境监测中占据重要地位。目前使用的总氮分析方法——碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法，该方法原理简单，无二次污染，绿色环保。但在分析过程中容易出现空白值偏高、消解效果不理想等情况，导致总氮测定结果准确度不高。本文就此两方面展开研究，探索影响总氮测定准确度的因素，从而促进总氮监测分析工作有效改善。
        2.实验原理
        HJ 636-2012 《水质总氮的测定——碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》（下简称标准）。
        3、实验设计及探索
        3.1 空白值的影响因素
        标准要求实验空白值在波长220、275nm处的吸光度差值（A220-2A275）＜0.030。在测定水中总氮浓度时，往往会出现空白值高于0.030的情况，这是困扰总氮测定的重大问题之一。现通过设计实验，来研究影响空白值的因素。
        3.1.1碱性过硫酸钾溶液贮存时长的影响
        为保证过硫酸钾药品的品质，本实验采用陈伟宏等[8]研究，采用进口高品质过硫酸钾药品，以避免因药剂质量不合格对实验分析结果的干扰。
        碱性过硫酸钾溶液具有强氧化性，不稳定，长时间放置会导致其药性流失。现设计探索实验，于溶液配置好后十天内，对使用当天碱性过硫酸钾溶液的空白样进行吸光度的测试及对比。具体详情见下：

        由以上图表可知，碱性过硫酸钾溶液配制后三天内使用效果理想，空白值皆满足“＜0.030”的要求；4~7天已不太稳定，在临界0.030上下浮动；当大于7天后，空白值吸光度皆大幅超过0.030，不符合要求。所以，当碱性过硫酸钾溶液配制好后，7天内使用较理想；如要求精确度高的总氮测定实验，建议选择配制3天内溶液使用较合适。
        3.1.2水样消解后冷却方式及冷却时长的影响
        标准中对于样品水解后的冷却方式描述为“自然冷却、开阀放气，移去外盖，取出比色管冷却至室温”，但水样高压消解完后，从降压到放气再到拿出自然冷却到室温，需要较长时间。本实验试行将冷却方式分为自然冷却和冷水浸泡冷却两种方式，并按不同消解时长分别进行实验，以探索最佳冷却方式及时长。因环境温度、湿度对本探索因素有影响，现设置实验环境条件：温度24℃、湿度78%RH。实验基础为水样已消解完，且高压蒸汽灭菌锅已降压、放气完毕。
        自然冷却及不同时长对空白值的影响如下表2所示，随着自然冷却时长的增加，空白值逐渐下降，当达到60min时，空白值基本稳定且全部满足标准＜0.030的要求；随着时间继续增加，空白值变化不大。冷水浸泡结果如表3所示，冷水浸泡这种冷却方式，使水样骤然降温，虽从宏观上满足温度降低的要求，但从微观上，其内部分子极不稳定，在进行分光比色时，不稳定的分子导致吸光度也极不稳定，最终总氮测定值与实际值产生极大偏差；但冷水浸泡时间的延长，可以补偿这种温度条件骤变引起的不足，使空白值降低并趋于稳定。

        3.1.3 过硫酸钾溶液自吸收的影响
        根据标准方法要求，在实验中使用的碱性过硫酸钾溶液实际是过量的。过硫酸钾在波长220nm处有强烈吸收，这样会导致测试的水样空白值在220nm处吸光度A220较实际值偏高，从而致使水样空白值（A220-2A275）偏高。
通过方法原理及大量实验经验知，适当延长加热时长，使过硫酸钾完全分解，可避免消解多余的碱性过硫酸钾溶液对空白值吸光度的干扰。
        3.1.4 过硫酸钾溶液自吸收的影响
        根据标准方法要求，在实验中使用的碱性过硫酸钾溶液实际是过量的。过硫酸钾在波长220nm处有强烈吸收，这样会导致测试的水样空白值在220nm处吸光度A220较实际值偏高，从而致使水样空白值（A220-2A275）偏高。
通过方法原理及大量实验经验知，适当延长加热时长，使过硫酸钾完全分解，可避免消解多余的碱性过硫酸钾溶液对空白值吸光度的干扰。
        3.2消解时长对消解效果的影响
        标准中要求“保持温度在120～124℃之间30min”进行消解，但在具体实验室操作时，是否能达到最佳的消解效果，现设计不同的消解时长探索对消解效果的影响。采用已知浓度为20.1 mg/L的总氮质控样标准溶液作为水样,将消解时间分别设计为20min、30 min、40 min、50 min、60 min，并对其相应测定结果进行逐一分析。具体结果如下图表所示，消解时间为30min时，测定结果与标准溶液浓度20.1 1mg/L有一定的差距；随着消解时间的增加，测定值不断增大，直至50min基本稳定。实验建议选择消解时间为50min为宜。

        4、实验探索总结
        由总氮测定探索实验可知：配置好的碱性过硫酸钾溶液贮存时间最好不要超过7天，以1~3天药效最佳；从高压蒸汽灭菌锅拿出的消解后水样，自然冷却至60min，空白值达到标准要求且稳定，冷水浸泡40min，空白值达到标准要求；适当的延长加热时间，可以促进过硫酸钾的分解，避免其在分光比色过程中对220nm区光的吸收，降低测定偏差；将消解时间延长至50min可以增加总氮测定的准确度。
参考文献
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