优化的过硫酸钾消解硫酸肼还原NEDD光度法测定水体中总氮

王丹君，吴小平，罗玲，蒋利华，欧阳彬

（1.长沙环境保护职业技术学院，长沙410004；2.湖南省环境监测中心站，长沙410004）

优化的过硫酸钾消解硫酸肼还原NEDD光度法测定水体中总氮

王丹君1，吴小平2，罗玲1，蒋利华1，欧阳彬1

（1.长沙环境保护职业技术学院，长沙410004；2.湖南省环境监测中心站，长沙410004）

水体中含氮化合物在pH＝9的碱性介质中被过硫酸钾消解为硝酸盐氮，在硫酸铜的催化作用下，被硫酸肼还原为亚硝酸盐氮，再以N－（1－萘基）乙二胺盐酸（NEDD）分光光度法测定水中总氮含量。本文改进了总氮的消解方法，研究了消解时间，还原温度和时间，显色温度和时间的影响，找出最佳测定条件。方法的线性范围为0.5～5.0 mg·L－1，检出限为0.05 mg·L－1，RSD为2.9%～4.2%，回收率为94.9%～103.2%。该方法精密度高，准确度好，能较好地应用于水质在线监测。关键词：水体总氮；消解；硫酸肼还原；NEDD光度法

含氮化合物是水体中生物和微生物所需的营养物质，但如果水体中氮的含量过高，将导致浮游生物大量繁殖，消耗水中的溶解氧，出现富营养化状态，使水体质量恶化。总氮包括有机氮和无机氮化物，它是衡量水质的重要指标之一［1］。经典的方法是采用碱性过硫酸钾溶液消解，用紫外分光光度法测定消解后的硝酸盐氮。过硫酸钾在水相中分解为硫酸氢钾和氧气，1 moL过硫酸钾形成2摩尔氢离子，消解过程中，消解液中氢氧根离子和氢离子不断中合，至消解完毕时，消解体系由13左右转变为约2左右［2］，国标法（HJ 636－2012）就是基于该方法原理。本文采用高压反应釜替代国标法中比色管作为消解容器，发挥其密闭性好、消解效率高、精密度高的特点［3］，消解后的溶液中氮以硝酸盐氮的形式存在，在硫酸铜的催化作用下，被硫酸肼还原为亚硝酸盐氮，再与对氨基苯磺酰胺起重氮反应，重氮化合物与N－（1－萘基）乙二胺盐酸（NEDD）生成玫瑰红色染料进行比色测定。本文同时改进了消解液的制备方法，并系统研究了消解时间，还原温度和时间，显色温度和时间的影响，消解后消解液pH控制在9左右，降低了消解体系对在线监测仪器设备的腐蚀性，同时在后续还原和显色反应体系的pH更易于控制，因此方法重现性好，准确度高，更易于实现水质的在线监测。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

722S分光光度计（上海光谱仪器有限公司）；电热恒温水浴锅（天津市泰斯特仪器有限公司）。

2.5 mol/L氢氧化钠溶液；0.1 mol/L氢氧化钠溶液；10 g/L硫酸肼溶液；1 g/L硫酸铜溶液。

消解液（pH＝9）：溶解19 g四硼酸钠、5 g过硫酸钾（优级纯）至400 mL水中，加入15 mL 2.5 mol/L氢氧化钠溶液，用水稀释至500 mL。

还原液：分别取30 mL 10 g/L硫酸肼溶液，1mL 1 g/L硫酸铜溶液于100 mL容量瓶中，用水定容至刻度。

显色剂：溶解10 g磺胺，0.4 g NEDD（N－1－萘基乙二胺盐酸）于300 mL水中，加入40 mL的85 %浓磷酸，稀释至500 mL。

以上试剂均为分析纯，水为蒸馏水。

1.2 试验方法

准备移取5 mL的样品，10 mL消解液于高压反应釜中，并置于医用手提蒸气灭菌器，加热使压力表指针到1.1～1.4 kg/cm2，温度稳定达到125℃±4℃后计时30 min，冷却至室温，分取3 mL消解液，加入17 mL 0.1 mol/L氢氧化钠溶液、4 mL还原液在40℃的水浴锅恒温2 min，加入3 mL显色剂在40℃水浴锅恒温10 min，于波长540nm处以蒸馏水为参比测定红色产物吸光度。

2 结果与讨论

2.1 吸收曲线

按试验方法，在波长400～700 nm范围内，绘制吸收曲线（见图1）。由图1可知，红色产物在540 nm波长处有最大吸收，故选用540 nm作为测定波长。

2.2 消解时间的影响

据文献［2］报导，消解温度在120℃时，完全消解有机氮化物时间在10 min，本方法将消解温度定为125℃±4℃。由于不同含氮物质完全氧化所需要的时间不同，谷氨酸的分子结构比较简单，所需的消解时间较少，尿素的化学键比较牢固，需要的消解时间较长［4］，同时消解时间还应保证过硫酸盐能完全分解，以避免对后续的还原和显色反应产生影响。我们分别以5 g/L谷氨酸（以N计）和5 g/L尿素（以N计）作为含氮样品进行试验，分别考查了15 min、30 min、60 min、90 min消解时间对吸光度的影响，试验结果见图2。由图2可知，在本方法的实验条件下，30min的消解时间是适宜的。

2.3 还原温度、还原时间、显色温度、显色时间的影响

由于将样品前处理液中的硝酸离子用硫酸肼还原成亚硝酸离子的操作要在反应过程中停止，使亚硝酸盐发色，并用分光光度法测定，变动因素多，容易产生误差［5］。本文采用正交试验方法，确定还原时间和温度、显色时间和温度四个因素对测定结果的影响。采用L9（34）正交试验设计，如表1所示。为了降低环境温度的影响，方便控制反应温度，在室内温度为12℃±2℃条件下，采用水浴加温，设定温度均高于室温的方式。样品使用5 mg/L谷氨酸（以N计）标准溶液，按试验号进行测定，见表2。

表1 正交设计因素和水平数

表2 正交试验安排及结果

由表2试验结果，直接看吸光度，试验号为3的试验条件A3B1C2D3吸光度最大，通过比较不同因素k1、k2、k3大小，选择试验条件A2B1C2D3为最优条件，并经过再次的试验得以验证。由表2极差R分析，还原时间是主要影响因素，但还原温度、显色温度和时间也是不容忽视的重要因素。

2.4 共存离子的影响

在总氮的测定中，三价铁、有机物是主要干扰因素，于上述试验条件下，允许误差为±10%时，理论耗氧量小于300 mg/L的葡萄糖和小于6 mg/L的三价铁对样品测定无影响。文献［6］已验证了测定20 μg硝酸盐氮时，碘离子含量相对于总氮含量的0.2倍时无干扰。溴离子于总氮含量的3.4倍时无干扰。

2.5 标准曲线及线性范围

在上述条件下，对不同浓度的总氮标准溶液进行反应，以零浓度空白作参比测定红色中间产物的吸光度，并绘制标准曲线。结果表明：标准曲线在0.5～5.0 mg·L-1范围内线性关系良好，在该范围内标准曲线的回归方程为A＝0.003+0.12C，相关系数为0.9993，标准曲线见图3。空白平行测定（批内）20次以上，检出限为0.05 mg·L-1。

2.6 准确度及精密度

7次加标回收试验的回收率范围为94.9%～103.2%；对浓度为1.0，3.0和5.0 mg·L-1总氮标准溶液各进行7次平行测定，相对标准偏差分别为3.5%、2.9%和4.2%。

实验结果表明：采用本方法的测定结果具有较好的精密、准确和可比性。

［1］国家环保局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法（第四版增补版）［M］.北京：中国环境科学出版社，2002：254-257.

［2］程娟琴.地面水总氮测定中样品消解时间的改进［J］.甘肃环境研究与监测，2000，18（2）：96.

［3］郭姿珠.水体中总氮测定方法的研究［D］.长沙：中南大学，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］李宝良，李书剑.水中硝酸盐氮的硫酸肼-N-（1-萘基）乙二胺盐酸分光光度测定法［J］.环境与健康杂志，2006，23（6）：557-558.

［6］王慧丽.磺胺/NEDD流动分析法测定水中总氮［J］.中国测试技术，2007，5（3）：131-132.

10.3969/j.issn.1007-2217.2012.03.007

2012－05-07