水体中总氮测定方法的改进

时间：2023-04-30 18:22:25 资料我要投稿

相关推荐

水体中总氮测定方法的改进

摘要：用碱性过硫酸钾法测定水体中总氮含量时经常出现高空白吸光值、标准曲线线性相关性较差以及测定结果不准等问题。采用正交法对各种测定组合进行对比，并探讨了各种因素对空白吸光值和线性方程的影响。结果表明，各种影响因素从大到小的次序为过硫酸钾重结晶次数、消解时间、氢氧化钠和盐酸的用量。最优测定组合为：过硫酸钾重结晶2次、消解时间不少于40 min、氢氧化钠用量为12 g、不加盐酸。线性方程相关系数检验符合标准。

关键词：总氮；过硫酸钾；空白吸光度；改进

中图分类号：O661.1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）19-4779-03

收稿日期：2013-05-17

基金项目：国家自然科学基金项目（21173026）；国家大学生创新训练项目（201210489316）

作者简介：张利（1991-），女，河南驻马店人，在读本科生，研究方向为应用化学，（电话）13094218879（电子信箱）964324537@qq.com；

通讯作者，戴捷，教授，博士，主要从事水污染控制及化学生物学方面的研究，（电话）18064225122（电子信箱）824373297@qq.com。

总氮是指水体中各种形态氮的总含量。水体中氮含量增加会造成微生物大量繁殖，大量消耗水中的溶解氧，浮游生物肆意生长也会使水质富营养化，导致水质恶化[1]。因此，总氮含量是影响水质的重要指标之一。目前测定总氮含量常用的方法是碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法[2]，但是在测定过程中会出现高空白值、低精确度等问题。虽然目前有很多学者对总氮测定方法做出了改进[3，4]，但是仍有一些可优化之处。紫外分光光度计对空白值的要求比较高，因此空白值与总氮测定结果的准确度、精密度有极大的关系。本研究主要对空白值的影响因素进行分析，用正交试验对过硫酸钾的重结晶次数、氢氧化钠和盐酸用量进行研究，寻求最优组合，使水中总氮的测定更简洁、精确和经济。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

UV-2450型紫外分光光度计（日本岛津公司）；XY-280B手提式不锈钢蒸汽消毒器（上海三申医疗器械有限公司）；SHZ-D型循环水式真空泵（巩义予华仪器公司）；电热鼓风干燥箱（天津市华北实验仪器有限公司）。

碱性过硫酸钾：称取40.0 g 过硫酸钾（分析纯，天津市福晨化学试剂厂）溶于600 mL水中，另取一定量的氢氧化钠（分析纯，天津市红岩试剂厂）溶于300 mL水中，待冷却至室温后，混合上述两种溶液并定容至1 000 mL，存放于聚乙烯瓶中。

1.2 试验原理

1.3 试验要求

1）国标中要求氢氧化钠为优级纯，试验用水为无氨水，但是研究表明，优级纯和分析纯氢氧化钠对试验测定值影响不大[5]；蒸馏水的测定效果与用无氨水的测定结果几乎相同[6]。

2）所用玻璃器皿先用1 mol/L盐酸溶液浸洗，然后用自来水冲洗，再用蒸馏水冲洗。

2 结果与分析

2.1 正交试验设计

影响总氮测定的主要因素是碱性过硫酸钾的结晶次数[7]，根据碱性过硫酸钾和盐酸的综合影响设计一个混合型正交试验表L16（2×43），通过相关系数来初步选出相关性好、准确度较高的参数。

表1数据表明，2号试验相关系数能达到0.999 以上，而3号、4号相关系数却小于0.900，在重结晶次数相同的情况下，本应是消解时间越长越能达到要求，但数据结果却相反，这说明氢氧化钠的用量对测定结果有很大的影响；从表1中得16号试验的相关系数比15号的小，这说明17 g 氢氧化钠的用量过多，30 min消解时间过短。比较相关系数初步得出结论：过硫酸钾要重结晶2～3次，氢氧化钠用量12 g或15 g，消解时间不小于40 min。由于紫外分光光度计对空白值的要求比较高，要求空白吸光度不大于0.03，所以影响总氮测定的主要因素是碱性过硫酸钾。

2.2 消解时间的影响

消解时间长短代表着过硫酸钾消解是否完全。随着消解时间增加，空白值变化如下：

如图1所示，随着消解时间的增加，空白值逐渐降低，在消解时间为30 min时，空白值接近0.12，可能是由于消解时间太短，导致过硫酸钾分解不彻底。在40 min时，空白值小于0.02，说明过硫酸钾分解完全，符合试验要求（40 min后空白值基本没有变化）。因此，消解时间应不小于40 min。

2.3 过硫酸钾重结晶次数和氢氧化钠的用量对空白值的影响

由表2可知，12 g 氢氧化钠用量最佳，由表1可知，除了16号试验，过硫酸钾重结晶2次或者3次后的相关系数都大于0.999 0，当氢氧化钠用量为10 g时，由于用量过少可能会导致过硫酸钾分解不完全，所以空白值偏高；当氢氧化钠用量大于12 g时，过量氢氧化钠会导致空白值偏高，并且氢氧化钠在220 nm处也会有少量吸收。故氢氧化钠用量为12 g最宜[8]。

2.4 盐酸对总氮测定的影响

在正交试验过程中发现盐酸用量对测定结果影响不大，从物料守恒分析[9]可得，盐酸的作用是提供氢离子中和剩余的氢氧化钠。试验中过硫酸钾用量40 g，氢氧化钠用量12 g，由以上物料关系可以得出最后水溶液大致呈中性，没有多余的氢氧化钠，不用加盐酸中和。

对过硫酸钾重结晶次数2次和3次，氢氧化钠用量12 g，加1 mL盐酸和不加盐酸的情况下测定加标回收率（表3）。由表3看出，无论重结晶次数是2次或3次还是加盐酸与否，加标回收率为96.02%～102.28%。盐酸在220 nm处有一定的吸光度，也会造成空白值增加，所以不加盐酸所引起的误差可以忽略不计。　　2.5 方程分析

对根据过硫酸钾重结晶2次，氢氧化钠用量12 g，消解时间不低于40 min拟合出的线性方程y=0.003 81+0.009 96x进行统计分析。

方程相关系数为0.999 93，标准偏差为0.003 67，概率P　　由相关系数检验表可知，当样本容量为6，即自由度为4时，相关系数检验α=0.01的临界值为0.990 00。由此可见，x与y有高度显著的线性关系。所以相关系数检验符合标准。t检验、F检验和相关系数检验具有一致性[10]。

3 小结与讨论

1）分析纯的过硫酸钾含杂质较多，要重结晶两次才能使空白值达到要求。消解时间至少要达到40 min，否则分解不彻底，会严重影响测定结果。

2）氢氧化钠用量12 g为最宜。用量过少会导致过硫酸钾分解不完全，造成空白值偏高；用量过多会造成大量的氢氧化钠剩余，残余氢氧化钠也会与空气中的二氧化碳反应，使溶液中碳酸根离子的浓度增加，使得在220 nm和275 nm处的吸光度增加[5]。

3）当氢氧化钠用量为12 g时，消解后溶液中氢氧化钠剩余量仅为0.004 mol/L，对空白值的影响可以忽略不计，可以不加盐酸。

参考文献：

[1] JAMES J M，AYSEN Y，COABAN-YILDIZ Y，et al. Nitrogen cycling in the offshore waters of the Black Sea[J]. Estuarine， Coastal and Shelf Science，2007，74（3）：493-514.

[2] 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[S].

[3] 张允法，雷明，董文忠，等. GB11894-89测定水质总氮影响因素分析[J].湖北农业科学，2009，48（5）：1232-1234.

[4] 郭姿珠，邓飞跃，雍伏曾.水体中总氮测定方法的改进[J].中国给水排水，2007，22（23）：82-84.

[5] 蒋晶晶，张芙蕖.降低总氮空白吸光值的因素探讨[J].环境科学与管理，2008，33（2）：121-122.

[6] 孔凡彬，邓磊.用无氨水、蒸馏水和去离子水测定总氮结果比较[J].环境研究与检测，2005，18（1）：40-41.

[7] 周惜时，秦迎丰，刘丽，等.总氮测定中过硫酸钾的影响[J].污染防治技术，2010，23（4）： 111-112.

[8] 宋月英.过硫酸钾氧化法测总氮的改进方法探讨[J].环境科学导刊，2012，31（3）：80-81.

[9] 彭鹏，石慧. 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定水样中的总氮[J].污染防治技术， 2008，21（2）：86-88.

[10] 王天营.一元线性回归分析中三种检验的等价性研究[J].统计与决策，2011（3）：8-11.

【水体中总氮测定方法的改进】相关文章：

水中总氮检测方法的改进04-30

总氮测定中相关问题的探讨04-29