王丹君，吳小平，羅玲，蔣利華，歐陽彬

（1.長沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長沙410004；2.湖南省環(huán)境監(jiān)測中心站，長沙410004）

優(yōu)化的過硫酸鉀消解硫酸肼還原NEDD光度法測定水體中總氮

王丹君1，吳小平2，羅玲1，蔣利華1，歐陽彬1

（1.長沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長沙410004；2.湖南省環(huán)境監(jiān)測中心站，長沙410004）

水體中含氮化合物在pH＝9的堿性介質(zhì)中被過硫酸鉀消解為硝酸鹽氮，在硫酸銅的催化作用下，被硫酸肼還原為亞硝酸鹽氮，再以N－（1－萘基）乙二胺鹽酸（NEDD）分光光度法測定水中總氮含量。本文改進(jìn)了總氮的消解方法，研究了消解時間，還原溫度和時間，顯色溫度和時間的影響，找出最佳測定條件。方法的線性范圍為0.5～5.0 mg·L－1，檢出限為0.05 mg·L－1，RSD為2.9%～4.2%，回收率為94.9%～103.2%。該方法精密度高，準(zhǔn)確度好，能較好地應(yīng)用于水質(zhì)在線監(jiān)測。關(guān)鍵詞：水體總氮；消解；硫酸肼還原；NEDD光度法

含氮化合物是水體中生物和微生物所需的營養(yǎng)物質(zhì)，但如果水體中氮的含量過高，將導(dǎo)致浮游生物大量繁殖，消耗水中的溶解氧，出現(xiàn)富營養(yǎng)化狀態(tài)，使水體質(zhì)量惡化。總氮包括有機(jī)氮和無機(jī)氮化物，它是衡量水質(zhì)的重要指標(biāo)之一［1］。經(jīng)典的方法是采用堿性過硫酸鉀溶液消解，用紫外分光光度法測定消解后的硝酸鹽氮。過硫酸鉀在水相中分解為硫酸氫鉀和氧氣，1 moL過硫酸鉀形成2摩爾氫離子，消解過程中，消解液中氫氧根離子和氫離子不斷中合，至消解完畢時，消解體系由13左右轉(zhuǎn)變?yōu)榧s2左右［2］，國標(biāo)法（HJ 636－2012）就是基于該方法原理。本文采用高壓反應(yīng)釜替代國標(biāo)法中比色管作為消解容器，發(fā)揮其密閉性好、消解效率高、精密度高的特點(diǎn)［3］，消解后的溶液中氮以硝酸鹽氮的形式存在，在硫酸銅的催化作用下，被硫酸肼還原為亞硝酸鹽氮，再與對氨基苯磺酰胺起重氮反應(yīng)，重氮化合物與N－（1－萘基）乙二胺鹽酸（NEDD）生成玫瑰紅色染料進(jìn)行比色測定。本文同時改進(jìn)了消解液的制備方法，并系統(tǒng)研究了消解時間，還原溫度和時間，顯色溫度和時間的影響，消解后消解液pH控制在9左右，降低了消解體系對在線監(jiān)測儀器設(shè)備的腐蝕性，同時在后續(xù)還原和顯色反應(yīng)體系的pH更易于控制，因此方法重現(xiàn)性好，準(zhǔn)確度高，更易于實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的在線監(jiān)測。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

722S分光光度計（上海光譜儀器有限公司）；電熱恒溫水浴鍋（天津市泰斯特儀器有限公司）。

2.5 mol/L氫氧化鈉溶液；0.1 mol/L氫氧化鈉溶液；10 g/L硫酸肼溶液；1 g/L硫酸銅溶液。

消解液（pH＝9）：溶解19 g四硼酸鈉、5 g過硫酸鉀（優(yōu)級純）至400 mL水中，加入15 mL 2.5 mol/L氫氧化鈉溶液，用水稀釋至500 mL。

還原液：分別取30 mL 10 g/L硫酸肼溶液，1mL 1 g/L硫酸銅溶液于100 mL容量瓶中，用水定容至刻度。

顯色劑：溶解10 g磺胺，0.4 g NEDD（N－1－萘基乙二胺鹽酸）于300 mL水中，加入40 mL的85 %濃磷酸，稀釋至500 mL。

以上試劑均為分析純，水為蒸餾水。

1.2 試驗(yàn)方法

準(zhǔn)備移取5 mL的樣品，10 mL消解液于高壓反應(yīng)釜中，并置于醫(yī)用手提蒸氣滅菌器，加熱使壓力表指針到1.1～1.4 kg/cm2，溫度穩(wěn)定達(dá)到125℃±4℃后計時30 min，冷卻至室溫，分取3 mL消解液，加入17 mL 0.1 mol/L氫氧化鈉溶液、4 mL還原液在40℃的水浴鍋恒溫2 min，加入3 mL顯色劑在40℃水浴鍋恒溫10 min，于波長540nm處以蒸餾水為參比測定紅色產(chǎn)物吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 吸收曲線

按試驗(yàn)方法，在波長400～700 nm范圍內(nèi)，繪制吸收曲線（見圖1）。由圖1可知，紅色產(chǎn)物在540 nm波長處有最大吸收，故選用540 nm作為測定波長。

2.2 消解時間的影響

據(jù)文獻(xiàn)［2］報導(dǎo)，消解溫度在120℃時，完全消解有機(jī)氮化物時間在10 min，本方法將消解溫度定為125℃±4℃。由于不同含氮物質(zhì)完全氧化所需要的時間不同，谷氨酸的分子結(jié)構(gòu)比較簡單，所需的消解時間較少，尿素的化學(xué)鍵比較牢固，需要的消解時間較長［4］，同時消解時間還應(yīng)保證過硫酸鹽能完全分解，以避免對后續(xù)的還原和顯色反應(yīng)產(chǎn)生影響。我們分別以5 g/L谷氨酸（以N計）和5 g/L尿素（以N計）作為含氮樣品進(jìn)行試驗(yàn)，分別考查了15 min、30 min、60 min、90 min消解時間對吸光度的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。由圖2可知，在本方法的實(shí)驗(yàn)條件下，30min的消解時間是適宜的。

2.3 還原溫度、還原時間、顯色溫度、顯色時間的影響

由于將樣品前處理液中的硝酸離子用硫酸肼還原成亞硝酸離子的操作要在反應(yīng)過程中停止，使亞硝酸鹽發(fā)色，并用分光光度法測定，變動因素多，容易產(chǎn)生誤差［5］。本文采用正交試驗(yàn)方法，確定還原時間和溫度、顯色時間和溫度四個因素對測定結(jié)果的影響。采用L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計，如表1所示。為了降低環(huán)境溫度的影響，方便控制反應(yīng)溫度，在室內(nèi)溫度為12℃±2℃條件下，采用水浴加溫，設(shè)定溫度均高于室溫的方式。樣品使用5 mg/L谷氨酸（以N計）標(biāo)準(zhǔn)溶液，按試驗(yàn)號進(jìn)行測定，見表2。

表1 正交設(shè)計因素和水平數(shù)

表2 正交試驗(yàn)安排及結(jié)果

由表2試驗(yàn)結(jié)果，直接看吸光度，試驗(yàn)號為3的試驗(yàn)條件A3B1C2D3吸光度最大，通過比較不同因素k1、k2、k3大小，選擇試驗(yàn)條件A2B1C2D3為最優(yōu)條件，并經(jīng)過再次的試驗(yàn)得以驗(yàn)證。由表2極差R分析，還原時間是主要影響因素，但還原溫度、顯色溫度和時間也是不容忽視的重要因素。

2.4 共存離子的影響

在總氮的測定中，三價鐵、有機(jī)物是主要干擾因素，于上述試驗(yàn)條件下，允許誤差為±10%時，理論耗氧量小于300 mg/L的葡萄糖和小于6 mg/L的三價鐵對樣品測定無影響。文獻(xiàn)［6］已驗(yàn)證了測定20 μg硝酸鹽氮時，碘離子含量相對于總氮含量的0.2倍時無干擾。溴離子于總氮含量的3.4倍時無干擾。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線及線性范圍

在上述條件下，對不同濃度的總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行反應(yīng)，以零濃度空白作參比測定紅色中間產(chǎn)物的吸光度，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果表明：標(biāo)準(zhǔn)曲線在0.5～5.0 mg·L-1范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，在該范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程為A＝0.003+0.12C，相關(guān)系數(shù)為0.9993，標(biāo)準(zhǔn)曲線見圖3?？瞻灼叫袦y定（批內(nèi)）20次以上，檢出限為0.05 mg·L-1。

2.6 準(zhǔn)確度及精密度

7次加標(biāo)回收試驗(yàn)的回收率范圍為94.9%～103.2%；對濃度為1.0，3.0和5.0 mg·L-1總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液各進(jìn)行7次平行測定，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為3.5%、2.9%和4.2%。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用本方法的測定結(jié)果具有較好的精密、準(zhǔn)確和可比性。

［1］國家環(huán)保局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版增補(bǔ)版）［M］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002：254-257.

［2］程娟琴.地面水總氮測定中樣品消解時間的改進(jìn)［J］.甘肅環(huán)境研究與監(jiān)測，2000，18（2）：96.

［3］郭姿珠.水體中總氮測定方法的研究［D］.長沙：中南大學(xué)，2008.

［4］Costa C，Santos V H S，Araujo P H H.Microwave-assisted rapid decomposition of persulfate［J］.European Polymer Journal，2009，45（7）：2011-2016.

［5］李寶良，李書劍.水中硝酸鹽氮的硫酸肼-N-（1-萘基）乙二胺鹽酸分光光度測定法［J］.環(huán)境與健康雜志，2006，23（6）：557-558.

［6］王慧麗.磺胺/NEDD流動分析法測定水中總氮［J］.中國測試技術(shù)，2007，5（3）：131-132.

10.3969/j.issn.1007-2217.2012.03.007

2012－05-07