陳燕(福州市城區(qū)水系聯(lián)排聯(lián)調(diào)中心，福建 福州 350004)

0 引言

大量工業(yè)、生活廢棄物等排入水中會造成水污染，尤其工業(yè)廢水是水域的重要污染源[1]?？偟鳛楹饬克|(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)，大量生活污水或含氮工業(yè)廢水排入水體會造成生物和微生物的大量繁殖，這些繁殖的生物對水中的溶解氧大量消耗，導(dǎo)致水中溶解氧含量減少，從而使水體惡化。對于流動不夠充分的湖泊、水庫，則會造成浮游植物繁殖旺盛，出現(xiàn)富營養(yǎng)化狀態(tài)[2]。測定水中的總氮含量對水體中污染物質(zhì)的明確起著至關(guān)重要的作用，一方面可以進(jìn)行污染物含量的有效推測，另一方面可以進(jìn)行污染源的查找，對污染物質(zhì)的溯源分析起著不可替代的作用。因此，總氮的準(zhǔn)確測定對水質(zhì)狀況的反應(yīng)具有非常重要的意義。而找到影響水質(zhì)總氮檢測的關(guān)鍵因素和控制方法，對水質(zhì)總氮分析獲得準(zhǔn)確度高的檢測結(jié)果、檢測過程中關(guān)鍵點(diǎn)的把控和出現(xiàn)問題的查找至關(guān)重要。

黃玲等[4]對總氮空白測定值影響因素進(jìn)行了研究，徐莉等[5]在實(shí)驗(yàn)器皿的潔凈程度和試劑溶液的保存時間對總氮空白值影響較大也進(jìn)行了研究，崔靜等[6]對水樣的酸堿度對總氮檢測的影響進(jìn)行了分析，認(rèn)為水樣在pH值5～9范圍內(nèi)檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度較好，且數(shù)據(jù)波動性較小。本文結(jié)合水質(zhì)監(jiān)測工作實(shí)際，詳細(xì)探討紫外分光光度法測定總氮過程中的空白測定值、玻璃器皿的潔凈度、消解時間、消解后的冷卻時間和冷卻方式、定容后的溶液放置時間以及總氮實(shí)驗(yàn)的環(huán)境影響因素等方面的關(guān)鍵制約因素和控制方法，對水質(zhì)檢測過程中總氮項(xiàng)目進(jìn)行準(zhǔn)確、高效分析，具有積極的指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)過程

1.1 主要儀器設(shè)備

紫外可見分光光度計(jì)，島津UV-2600；高壓蒸汽滅菌器，STIK MJ-78A；去離子水機(jī)，沃特爾WP-2ROWF-20S；25 mL具塞比色管；10 mL移液管、容量瓶等。

1.2 主要實(shí)驗(yàn)試劑

總氮標(biāo)準(zhǔn)儲備液：市售有證標(biāo)物，濃度1 000 mg/L。

總氮使用液：量取10.00 mL總氮標(biāo)準(zhǔn)儲備液至100 mL容量瓶中，用水稀釋至標(biāo)線，混勻。

堿性過硫酸鉀：稱取40.0 g經(jīng)過試劑技術(shù)性驗(yàn)收通過的過硫酸鉀，溶于600 mL水中。稱取15.0 g氫氧化鈉溶于300 mL水中。氫氧化鈉溶液冷卻至室溫后，混合兩種溶液定容至1 000 mL，存放于聚乙烯瓶中，可保存1周。

總氮質(zhì)控樣：市售有證標(biāo)物，標(biāo)準(zhǔn)值：1.71 mg/L；擴(kuò)展不確定度：0.12(k=2)。

無氨水：為新鮮制備的去離子水。

氫氧化鈉、鹽酸均為優(yōu)級純試劑。

1.3 實(shí)驗(yàn)過程

取6支25 mL具塞比色管，分別加入濃度稀釋至 10.0 mg/L 的總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液 0.00、0.20、0.50、1.00、3.00和7.00 mL，去離子水定容至10.00 mL，然后加入消解液堿性過硫酸鉀溶液5 mL，121 ℃進(jìn)行消解。消解結(jié)束后冷卻至室溫，加入1.0 mL鹽酸溶液(1+9)，定容至25 mL標(biāo)線上機(jī)檢測。分別測定在波長A220和A275處的吸光度，并按照A=A220-2A275進(jìn)行校正各濃度值對應(yīng)的吸光度，總氮(以 N 計(jì))含量與校正吸光度A成正比。分別取適量質(zhì)控樣和檢測樣品，定容至10.00 mL，后續(xù)處理方式同標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2 結(jié)果與討論

2.1 空白測定值

HJ 636—2012在質(zhì)量保證和質(zhì)量控制中明確對空白的吸光值要求為小于0.030[3]，實(shí)驗(yàn)過程中選取4家市售不同廠家所生產(chǎn)的過硫酸鉀試劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中所使用到的氫氧化鈉和鹽酸均為經(jīng)過驗(yàn)收合格的優(yōu)級純試劑，檢測結(jié)果如表1所示。實(shí)驗(yàn)過程中所產(chǎn)生的每個檢測數(shù)據(jù)均為3次測定結(jié)果的平均值。

表1 不同過硫酸鉀對空白吸光度值的影響

由表1可知，市售過硫酸鉀品質(zhì)參差不齊，廠家1、廠家2和廠家4的過硫酸鉀都不能滿足標(biāo)準(zhǔn)對空白值小于0.030的要求，僅有廠家3可滿足要求。因?yàn)檫^硫酸鉀試劑的質(zhì)量和純度對空白值的影響非常大，決定了實(shí)驗(yàn)的成功與否。因此，一旦采用了不符合要求的過硫酸鉀試劑，會導(dǎo)致空白值檢測結(jié)果偏高，此時整個實(shí)驗(yàn)是失控的，產(chǎn)生的所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也是無效的。所以，建議將新購置的過硫酸鉀作為總氮測試的關(guān)鍵試劑，在每個新批次到貨時均進(jìn)行技術(shù)性驗(yàn)收，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的空白值是否小于0.030來判斷是否予以接收。對不滿足技術(shù)性驗(yàn)收要求的過硫酸鉀試劑，應(yīng)作出調(diào)換或者退貨處理，以保證整個總氮檢測實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2 玻璃器皿的清潔程度

實(shí)驗(yàn)室分別采用清水沖洗和酸泡沖洗兩種方式對總氮實(shí)驗(yàn)所使用到的25 mL具塞比色管進(jìn)行處理。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)比對發(fā)現(xiàn)，不使用任何清潔劑，單純使用清水沖洗的25 mL具塞比色管會頻繁出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)曲線異常點(diǎn)，而使用1+9鹽酸浸泡后(浸泡時間最短需過夜)的25 mL具塞比色管，標(biāo)準(zhǔn)曲線上的點(diǎn)位出現(xiàn)異常的幾率大大降低。因此，在總氮實(shí)驗(yàn)的測試過程中，所使用的玻璃器皿，應(yīng)經(jīng)過鹽酸浸泡沖洗處理，以保證玻璃器皿的清潔度。特別要注意的，酸泡處理的時候，不可以使用硝酸，這是因?yàn)橄跛岜旧砭秃?，使用硝酸浸泡器皿后會?dǎo)致總氮檢測結(jié)果偏高。清洗的具體流程為：首先使用1+9鹽酸浸泡(過夜)，然后使用清水沖洗，最后使用去離子水清洗。所使用的具塞比色管需要密合性良好。除此之外，所使用的10 mm的石英比色皿的潔凈程度對空白值也有較大影響。

2.3 消解時間的影響

將處理好的樣品置于25 mL具塞比色管，定容至10.0 mL。加入堿性過硫酸鉀溶液，同樣處理5組樣品。分別在 121 ℃下消解 20、30、35、40、50 min，實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果如表2所示。表格中的每個檢測數(shù)據(jù)均為3次測定平均值。

總氮的消解原理是利用過硫酸鉀的強(qiáng)氧化性，將樣品中的含氮化合物的氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。溫度超過60 ℃時，過硫酸鉀水溶液分解為硫酸氫鉀和原子態(tài)氧，硫酸氫鉀離解產(chǎn)生氫離子，在堿性溶液中不斷被中和而使分解過程得以完成。分解出的原子態(tài)氧在120～124 ℃的高溫高壓條件下，將含氮物質(zhì)轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。因此，充分的消解時間才能保證樣品的完全氧化，對含氮物質(zhì)是否充分轉(zhuǎn)化為硝酸鹽起到至關(guān)重要的作用。由表2的檢測結(jié)果可知，20、30、35、40、50 min的消解時間對空白值的檢測結(jié)果無明顯影響，且各個消解時間下的空白值都能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。質(zhì)控樣品隨著消解時間由20 min至50 min的延長也未發(fā)生特別明顯變化，且在質(zhì)控樣要求的偏差范圍內(nèi)，滿足證書要求，但是檢測結(jié)果明顯隨著消解時間的延長不斷增大，且消解時間為20 min時，檢測結(jié)果為1.61 mg/L，接近質(zhì)控樣允許偏差下限值1.59 mg/L。但是對實(shí)際水樣的檢測結(jié)果經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，消解20 min到消解30 min時，隨著消解時間的延長總氮檢測結(jié)果呈明顯上升的趨勢。在消解時間由30 min增加至40 min和50 min時，樣品檢測結(jié)果趨于穩(wěn)定，上升趨勢不再明顯。推測這是因?yàn)榭瞻缀唾|(zhì)控樣的樣品基體組成相對簡單，因此在消解的過程中比較容易氧化完全。而檢測樣品的基體組成相對比較復(fù)雜，20 min的消解時間太短，導(dǎo)致消解還未完全，因此檢測結(jié)果整體偏低。因此，為完成樣品的充分消解和保證氧化作用的充分性，消解時間需至少為30 min。

表2 檢測結(jié)果隨不同消解時間的變化

2.4 消解后冷卻時間的影響

消解后的樣品分別采用冷水水浴急速冷卻和自然冷卻兩種方式進(jìn)行降溫處理，冷卻時間分別為15、30、50、60、120 min。30 min 以內(nèi)的采用冷水水浴冷卻和自然冷卻兩種方式進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，30 min以上均只采用自然冷卻的方式進(jìn)行。在進(jìn)行冷卻之前，將25 mL具塞比色管上下顛倒搖勻，檢測結(jié)果如表3所示(每個檢測數(shù)據(jù)均為3次測定平均值)。

由表3可知，對于水浴冷卻的降溫方式，水浴15 min和水浴30 min冷卻的檢測結(jié)果沒有明顯差異。對于自然冷卻的降溫方式，從自然冷卻15 min到自然冷卻120 min，檢測結(jié)果也無明顯的變化。對于采用水浴冷卻和自然冷卻兩種冷卻方式，同一冷卻時間下的空白的吸光值，質(zhì)控樣的檢測結(jié)果及檢測樣品總氮的最終測定結(jié)果無明顯影響。隨著冷卻時間的延長，空白吸光值、質(zhì)控樣和樣品的檢測結(jié)果也未發(fā)生明顯變化。由此可知，消解完成后的樣品可直接進(jìn)行水浴冷卻，冷卻結(jié)束后可立刻進(jìn)行后續(xù)步驟，這一發(fā)現(xiàn)在保證總氮檢測結(jié)果準(zhǔn)確性的同時，明顯縮短了檢測時間，極大提高了總氮檢測效率。

表3 檢測結(jié)果隨不同冷卻時間的變化

2.5 定容后放置時間的影響

將冷卻降溫后的樣品加入1.0 mL的鹽酸溶液，純水定容至25 mL標(biāo)線處。在開始定容前需要將所有的具塞比色管進(jìn)行顛倒混勻，將氣態(tài)氨充分溶解在溶液中，避免氣態(tài)氨揮發(fā)造成檢測結(jié)果偏小。定容后的樣品分別放置 0、5、10、15、30 min 后進(jìn)行上機(jī)測試，檢測結(jié)果如表4所示。0 min為加入1.0 mL鹽酸后立刻使用去離子水定容進(jìn)行上機(jī)測試。表4中的每個檢測數(shù)據(jù)均為3次測定平均值。

由表4可知，空白、質(zhì)控樣品和實(shí)際檢測樣品的檢測結(jié)果隨著放置時間的延長未發(fā)生明顯變化。推測這是因?yàn)樵诙ㄈ莺缶呷壬軆?nèi)發(fā)生的反應(yīng)為鹽酸與過量的氫氧化鈉的酸堿中和反應(yīng)，反應(yīng)時間非?？?，無需放置時間等待。這也與實(shí)驗(yàn)所呈現(xiàn)的檢測結(jié)果一致，加入鹽酸定容后放置 0、5、10、15、30 min，以上放置時間所產(chǎn)生的檢測結(jié)果并無明顯差別。因此，在實(shí)際檢測的過程中，加入鹽酸溶液定容后可直接上機(jī)測試，無需放置。

表4 檢測結(jié)果隨定容后不同放置時間的變化

2.6 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

總氮是水中各種形態(tài)的無機(jī)氮和有機(jī)氮的總和，包括硝酸根離子、亞硝酸根離子和銨根等無機(jī)氮和蛋白質(zhì)、氨基酸、有機(jī)胺等有機(jī)氮。因此，總氮的分析需要在無氨的環(huán)境中進(jìn)行，避免在同一空間內(nèi)進(jìn)行硝酸鹽氮、氨氮等含氮類項(xiàng)目的檢測工作，以防產(chǎn)生交叉污染而影響檢測結(jié)果。除此之外，總氮檢測過程中還有許多應(yīng)注意的細(xì)節(jié)問題，如實(shí)驗(yàn)用水應(yīng)為新鮮制備的去離子水[6]，超純水的空白值明顯優(yōu)于去離子水和無氨水，但三者均能滿足總氮測試的空白<0.030的要求；堿性過硫酸鉀的配制溫度不得高于60 ℃，避免造成堿性過硫酸鉀的分解使樣品中的含氮物質(zhì)無法完成充分氧化的過程；配置好的堿性過硫酸鉀放置時間不要超過7天，以免影響過硫酸鉀的氧化效果造成檢測結(jié)果偏低；高壓蒸汽滅菌器每周進(jìn)行清洗以防止交叉污染從而對檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響等。

在開展水質(zhì)總氮的測定時，測定結(jié)果受到多方面因素的影響，從而使測定結(jié)果的準(zhǔn)確性不夠好，因此，在測試的過程中，應(yīng)對總氮測定過程中的影響因素進(jìn)行全面分析，關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)把控，才能獲得準(zhǔn)確的檢測結(jié)果，從而為水質(zhì)監(jiān)測工作的順利實(shí)施和污染源的溯源性分析提供強(qiáng)有力的指導(dǎo)。

3 結(jié)語

總氮測定過程中，影響檢測結(jié)果的因素主要有空白測定結(jié)果[7]和充分的消解時間，而影響空白測定結(jié)果的因素主要為過硫酸鉀的純度。在總氮的檢測過程中，需要嚴(yán)格把握下述主要影響因素及控制手段：

(1)需要使用經(jīng)過合格技術(shù)性驗(yàn)收的關(guān)鍵試劑。重點(diǎn)關(guān)注過硫酸鉀的純度，因?yàn)椴缓细竦倪^硫酸鉀會導(dǎo)致空白值的偏高，從而導(dǎo)致檢測樣品的結(jié)果失控。因此，空白不達(dá)標(biāo)的過硫酸鉀不得使用。

(2)氫氧化鈉和鹽酸需使用優(yōu)級純試劑。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，分析純的試劑與優(yōu)級純的試劑相比，會造成檢測空白值升高，為保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)使用優(yōu)級純試劑。

(3)所使用的玻璃器皿應(yīng)使用1+9的鹽酸溶解浸泡過夜后再清洗。沒有經(jīng)過鹽酸浸泡的玻璃器皿，會對檢測結(jié)果造成污染。除此之外，比色皿在進(jìn)行檢測上機(jī)前也要清洗干凈。

(4)應(yīng)嚴(yán)格控制檢測過程中的消解溫度和消解時間。消解溫度在120～124 ℃，消解時間應(yīng)嚴(yán)格控制在30 min，以使樣品獲得充分消解完成充分氧化，以此來保證檢測結(jié)果的有效性。

(5)消解后的樣品可以采用水浴冷卻的方式進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)證明水浴冷卻的方式不會對檢測結(jié)果產(chǎn)生明顯影響，但是可以極大的縮短冷卻至室溫所需要的時間，在保證檢測結(jié)果準(zhǔn)確性的前提下極大的提高了檢測效率。

(6)嚴(yán)格落實(shí)無氨環(huán)境。為保證總氮檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，整個總氮的實(shí)驗(yàn)過程應(yīng)在無氨環(huán)境中進(jìn)行，這是因?yàn)榭偟撬杏袡C(jī)氮和無機(jī)氮的總和，若環(huán)境中存在含氮元素，會造成檢測結(jié)果整體偏高。因此，要嚴(yán)格落實(shí)無氨環(huán)境，避免造成環(huán)境交叉污染。

從文章所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究及相關(guān)論述可知，在開展總氮檢測的過程中，影響因素是多方面的。在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)梳理過程中發(fā)現(xiàn)，總氮的檢測過程中并無特別特殊的技術(shù)方面的難點(diǎn)，但需要注意的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)特別多，稍有疏忽就會導(dǎo)致整個實(shí)驗(yàn)失敗。因此從事總氮分析的人員需要特別關(guān)注實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，嚴(yán)格按照規(guī)范操作，把握關(guān)鍵因素及其控制方法，并不斷進(jìn)行完善改進(jìn)。而總氮檢測過程中的影響因素也應(yīng)該作為一個重點(diǎn)持續(xù)進(jìn)行研究，根據(jù)相應(yīng)的影響因素采取強(qiáng)有力的控制措施，來保證總氮檢測結(jié)果的有效性，從而為水體質(zhì)量的改善提供重要的數(shù)據(jù)支撐。