碱性过硫酸钾法总氮测定波长的探究

李大鹏， 冯 斌

(苏州科技学院 环境科学与工程学院，江苏 苏州 215011)



碱性过硫酸钾法总氮测定波长的探究

李大鹏， 冯 斌

(苏州科技学院 环境科学与工程学院，江苏 苏州 215011)

验证了硝酸根最大吸收峰波长能否作为总氮测定波长及不同波长对总氮测定结果的影响。结果表明，通过波长扫描0.08～2.8 mg/L硝酸根，发现最大吸收峰并非在220 nm，而出现在200～210 nm。采用碱性过硫酸钾法测定水体中的总氮含量，200～210 nm存在盐酸吸收峰干扰，但在211～220 nm波长范围内均有良好的线性关系。不同波长对加标回收率、重现性、精密度及方法检出限检验影响不大。随着测定波长的减小，标准曲线的斜率、相关系数R、摩尔吸光系数依次增加。211 nm处摩尔吸光系数达6.8×103(mol/L)-1/cm，远高于220 nm。同时，211 nm处标准曲线拟合斜率K更大。在实际地表水的测定中，以最大吸收峰(211 nm)处测定总氮，与国标220 nm处测定相比较，结果并无明显差异。

总氮； 波长扫描； 灵敏度； 地表水

0 引 言

通常，工业废水、生活污水甚至植物、海水中总氮含量的测定都采用国家标准[1]的220及275 nm的方法作为测定波长。研究表明,当空白样的吸光度值低于0.03时，总氮标准曲线相关系数R>0.999[2]。而控制高空白的方法主要是试验使用无氨水及控制碱性过硫酸钾的纯度、NaOH浓度、保存时间、消解温度[2-4]，故大多数研究旨在探究影响高空白的各种因素。

1 材料与方法

1.1 试验试剂与标曲方法

试验配制两种(分别为分析纯、优级纯)不同厂家100、10 mg/L硝酸钾；亚硝酸、醋酸铵溶液。在50 mL比色管中，分别投加0.4～14 mL 10 mg/L硝酸钾(一定量亚硝酸、醋酸铵硝酸钾)溶液，一级水(上海摩勒1010C超纯水机，电导率κ=0.010～0.87 μS/cm)定容25 mL后，投加10 mL 4%碱性过硫酸钾(分析纯)，在高压蒸汽灭菌器(上海三申YX280A压力灭菌器)中消解30 min，自然冷却至常温，一级水定容至50 mL。加入2 mL(1+9)HCl酸化。在190～300 nm(哈希DR5000)全波长扫描，记录吸光度。此方法等效于国标，测定总氮浓度范围为0.4～14 mg/L。

1.2 测定及分析方法

(1)摩尔吸收系数。ε=A/bc(×103(mol/L)-1·cm-1。其中:A为吸光度；b为石英比色皿宽度，1 cm；c为亚硝酸钠浓度，10 mg/L,亚硝酸钠为0.714 6 mmol/L。

(2) 反标定。分别投加不同体积10 mg/L亚硝酸(G.R.)溶液于50 mL比色管中，按照上述1.1方法消解定容。测定吸光度，计算比色管中亚硝态氮含量及浓度，并根据测定亚硝酸钠的浓度计算测定值标准差(S)、精密度(RSD)及方法检出限检验(L.D)，其中L.D=3σ/K，σ为24次在(A211-2A275)、(A220-2A275)nm处空白样方差;K为某波长拟合线斜率。

(3) 标准加入法。在6个50 mL比色管中投加5 mL未知浓度实际地表水水样，依次加入0～5 mL 10 mg/L亚硝酸钠，按1.1方法消解，测定。

2 结果与讨论

2.1 最大吸收波长的确定

焦俊丽

甲、乙两种不同纯度硝酸钾100、10 mg/L溶液在各不同波长下，吸光度值基本一致(见图1)。表明不同厂家的硝酸钾作为基准物测定硝态氮(总氮)，不会引起最大吸收峰波长的改变。10、100 mg/L硝酸根溶液的最大吸收峰出现在205～220 nm[10,14]。但是，低浓度(0.08～2.80 mg/L)范围内，最大吸收峰往短波长方向移动，集中在200～210 nm波长下。按照国标方法对硝酸根消解，中和后波长扫描发现(见图2):0～2 mg/L范围内，最大吸收峰基本出现在195～200 nm处，且最大浓度2.8 mg/L吸收峰很宽，介于195～215 nm。值得注意的是，此时最大吸收峰并非为硝酸根激发引起的“发光”[15]，而是用以中和过剩NaOH过量的HCl所引起的吸收峰。所以，硝酸根的最大吸收峰仍应在195～210 nm，只是此波长范围内，存在硝酸根与盐酸的共同激发“发光”，并且HCl所引起的吸收峰超过了硝酸根的吸收峰。所以，标准中以220 nm作为硝酸根的测定波长是有一定依据的,但是忽略了在低浓度下，硝酸根最大吸收峰会发生偏移这一现象。

图1 不同纯度、浓度未消解硝酸钾溶液波长扫描

图2 消解后硝酸根DR500全波长扫描

2.2 干扰因素

以碱性过硫酸钾及盐酸全波长扫描(见图3)发现：未消解前，定容50 mL比色管中，10 mL碱性过硫酸钾吸光度值高达2.5～3.5。消解之后，吸光度骤降接近于0；在220 nm及更大波长范围内，吸光度低于0.3，这主要是过量NaOH产生的。加入2 mL盐酸酸化后，210 nm及以上波长范围内，NaOH引起的干扰吸光度进一步下降，且由NaOH在205～220 nm波长内引起的干扰吸收也被去除了。同时，图3表明：用以酸化的盐酸用量少，2 mL盐酸在210 nm处，对硝酸根的影响并不大，其吸光度值与220 nm相近。故有些研究表明,HCl溶液在210 nm存在吸收干扰的仅能表明在高浓度((1+9)HCl原液)存在干扰[13]，但是低用量并不会对硝酸根引起很大的干扰。

图3 干扰物质吸收峰全波长扫描

2.3 标曲斜率、相关系数、摩尔吸光系数拟合

在对不同波长总氮标曲拟合(见表1)表明：211～220 nm，相关系数大致都能满足大于0.999。标准曲线的斜率依次提高，且同一浓度不同波长下，210 nm吸光度值普遍都比220 nm高近1倍。例如，浓度为2 mg/L时，A211 nm=0.94，A220 nm=0.45。同时，标准曲线

斜率的提高，在同一吸光度变化范围ΔA，具有更高斜率的标准曲线对应的浓度变化范围越小ΔX，测定总氮浓度值X越接近其真实值。此外，相同浓度时，吸光度越高，则摩尔吸收系数越大。一般认为,显色反应产物的ε值愈大，基于该显色反应的光度测定法的灵敏度就愈高,即硝酸根对波长下紫外光的吸收而产生跃迁越敏感，测定物质的浓度值越准确。综上所述，211 nm波长总氮标曲不但具有较高斜率及摩尔吸光系数，而且211 nm仍在低浓度(0～2.8 mg/L)硝酸根最大吸收峰波长范围内。

表1 标曲斜率K、相关系数R、摩尔吸收系数ε

2.4 加标回收率、重现性、精密度及方法检出限检验

以10 mg/L亚硝酸钠(优级纯G.R.)作为总氮测定样的基准物质，三组依次投加不同体积亚硝酸钠：Ⅰ(1.2、2.0、2.8 mg/L)，Ⅱ、Ⅲ(0.6、1.0、1.4 mg/L)。在211～220 nm两种不同波长下，对测定结果组内加标回收率、方差S、精密度RSD%及方法检出限L.D检验[16](见表2)。

表2 加标回收率、标准差、精密度及方法检出限检验

多次组内加标回收率检验中除了Ⅰ中2.8对2 mg/L的加标回收率为88%～92%，明显低于90%～110%要求(1～100 mg/L[17])，其他各浓度对应的加标回收率基本都能满足要求，少许加标回收率略微超出。不同波长测定值的方差S、精密度(CV、RSD)、检出限相差不大，分别约为0.3、2.8(要求<7.5%)、0.16。表明即使采用硝酸根最大吸收峰处波长211 nm测定总氮，测定结果离线程度、重现性无明显差别。综上可知，以硝酸根最大吸收峰波长211 nm与标准中220 nm测定总氮，对测定结果影响不大。但是，以211 nm作为测定波长，符合实验习惯。同时，在以往研究中，总氮甚至硝酸根的测定波长的不统一，其实是分别在各自不同波长水平下，拟合各自对应线性关系，其效果是等同的。

2.5 实际水体的测定

为了探究在实际水体中，以211 nm作为总氮测定波长是否可行，实验以城市某一河道地表水为实际研究对象，测定水体中总氮含量。由于地表水总氮未知，所以以标准加入法在不同波长下测定水体中总氮的含量，与标准曲线法所得结果对比,分别取5 mL未知浓度河道水，分别加入0、1、2、3、4、5 mL硝酸钾(10 mg/L)溶液，按上述1.2方法测定水体中总氮。

标准加入法在211、220 nm拟合线相关系数R均大于0.999。相同波长2种方法之间是存在差异的。不同波长下，标准加入法比标准曲线法测定值大，这是加和性干扰所造成的，因为水体中存在210～220 nm范围内有其他具有吸收效应的物质。两种方法的差值(Ⅰ：0.6 mg/L、Ⅱ：0.2 mg/L、Ⅲ:0.1 mg/L)表明：在不同波长下，总氮测定值是基本一致的，无明显差异。值得注意的是：同一种方法(标准加入法、标准曲线法)在不同波长下，测定总氮值相差不大，表明211 nm作为总氮测定波长是可行的。

表3 标准加入法与标准曲线法对地表水总氮测定值比较

3 结 论

(1) 高浓度(100、10 mg/L)硝酸根的紫外最大吸收峰在205～220 nm处，峰型较宽(约10 nm)且平缓。不同纯级硝酸钾对总氮吸收峰并无明显影响。

(2) 低浓度( 0.08～2.8 mg/L)范围内，最大吸收峰往短波长方向移动，集中在200～210 nm波长下。(1+9)盐酸在210 nm处有很强吸收峰，但2 mL用以酸化中和的盐酸在210 nm处吸收峰对硝酸根吸收峰影响很小。

(3) 211～220 nm，相关系数多大于0.999。不同波长对加标回收率、重现性、精密度及方法检出限检验影响不大。同时，随着测定波长的减小，标准曲线的斜率、相关系数R、摩尔吸光系数依次增加。以硝酸根最大吸收波长211 nm作为测定波长，符合实验认知习惯。

(4) 实际地表水测定中，不同波长的总氮测定值是基本一致的，无明显差异。以211 nm作为总氮测定波长是可行的。

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Research on Different Wavelengths of Detecting Total Nitrogen Using Alkaline Potassium Per-sulfate

LIDa-peng,FENGBin

(School of Environmental Science and Engineering, Suzhou University of Science and Technology,Suzhou 215011, China)

The maximum absorption wavelength of nitrate used for the total nitrogen wavelength and the effect of different wavelength on the concentration of total nitrogen were determined in the research. The results showed that the maximum absorption peak ranged from 200～210 nm, but it did not appear at 220 nm when the nitrate from 0.08 to 2.8 mg/L was scanned by the wavelength. When the concentration of total nitrogen was measured with alkaline potassium per-sulfate, a peak of hydrochloric acid was observed between 200 nm and 210 nm. However, it existed a close relationship between the maximum absorption peak and the wavelength from 211 to 220 nm. The results showed that the effect of wavelength on the detection limit of the recovery, repeatability, precision and detection limit of method could be neglected. In addition, the slope of the standard curve, the correlation coefficient and the molar absorption coefficient increased with the decrease of wavelength. The molar absorption coefficient (ε211 nm) was up to 6.8×103(mol/L)-1/cm and it was higher than that at 220 nm. Moreover, the fitting slope (K) was higher at 211 nm, too. Using maximum absorption peak wavelength (211 nm) of nitrate to measure the total nitrogen in the surface water had no significant difference, compared with 220 nm.

total nitrogen; wavelength scanning; sensitivity; surface water

2015-03-23

国家自然科学基金项目(51178284,51278523)

李大鹏(1975-)，男，吉林公主岭人，副教授，主要从事浅水湖泊修复技术研究。Tel.：13013773710;E-mail:ustsldp@163.com

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1006-7167(2016)01-0010-03