影响总氮空白测定因素的实验解析

荚辰飞 杨颜

摘   要：水体总氮测定的过程受多方面因素的影响，可能会出现空白值偏高的情况。文章采用紫外可见分光光度法对水中总氮进行测定，通过设计实验方法，研究影响总氮空白测定的主要因素，从而为实验条件控制提供依据。

关键词：总氮;空白值;测定因素

水体总氮测定是水体环境监测中的一项重要内容，只有确保测定结果的可靠性，才能对水质等级作出准确评价。根据国家相关标准，在采用紫外可见分光光度法进行水体总氮测量时，空白实验校正吸光度应在0.030内，而实际操作中经常出现空白值超出标准的情况，进而导致实验失败。因此，有必要对其影响因素进行具体研究。

1    影响总氮空白测定因素的实验设计

1.1  实验材料及仪器

实验化学试剂主要包括过硫酸钾和氢氧化钠，纯度均为分析纯。采用二次去离子水作为实验用水，并采用环境研究所提供的总氮标准溶液。总氮标准样品质量浓度分别为（0.505±0.062）、（1.16±0.09）、（3.60±0.23）mg/L。实验器皿及仪器主要包括10 mm石英比色皿、25 mL具塞磨口玻璃比色管、紫外可见分光光度计、手提式高压蒸汽灭菌器[1]。

1.2  实验原理

紫外可见分光光度法的测定原理是在120 ℃条件下，利用碱性过硫酸钾溶液使水样中的含氮化合物氮成分转化为硝酸盐，然后利用紫外分光光度计进行测量，得到波长220 nm以及275 nm处的吸光度值，采用公式A=A220-2A275完成吸光度计算校正[2]。

1.3  实验步骤

在实验过程中，分别向25 mL的具塞磨口玻璃比色管加入不同体积的总氮标准溶液，具体为0、0.5、1.0、2.0、3.0、5.0、7.0 、8.0 mL，加入去离子水后，稀释到10.0 mL。然后向其中加入新配置的5 mL碱性过硫酸钾溶液，采用纱布、线绳将管塞扎紧。完成操作后，将整支比色管放置在高压蒸汽灭菌器中，在120 ℃条件下消解30 min，经过自然冷却，指针会到零刻度后，打开阀门，将比色管取出。继续冷却到室温，然后分别向比色管中加入1.0 mL盐酸溶液，同样采用去离子水进行定容，稀释到25.0 mL。最后，以去离子水为参比，采用10 mm石英比色皿，对其吸光度进行测定[3]。

2    影响总氮空白测定因素的实验结果讨论

2.1  玻璃器皿清洗方法的影响

按照上述实验设计方法进行实验，在分析玻璃器皿清洗方法对总氮空白测定影响时，将采用普通清洗方法和采用盐酸溶液浸泡24 h的两组实验进行对比。采用普通清洗方法的玻璃器皿洁净度低于采用盐酸溶液浸泡24 h的玻璃器皿。从实验结果来看，采用普通清洗方法进行处理的玻璃器皿，空白吸光度值为0.034、0.035、0.036，平均值为0.035。采用盐酸溶液浸泡处理的玻璃器皿，空白吸光度值为0.023、0.024、0.025，平均值为0.024，明显低于普通清洗方法处理的玻璃器皿。这说明玻璃器皿洁净度会对总氮空白测定产生影响，通过采用盐酸溶液浸泡24 h的处理方法，有利于提高玻璃器皿清洁度，从而降低空白值。

2.2  实验环境的影响

从实验环境影响因素来看，在环境中悬浮的微粒，由于其中含有化学元素，会对水体总氮测定结果造成影响。因此，一般要求在进行总氮测定的实验室内不能进行使用硝酸、氨水及其他铵盐类试剂的实验。氨类物质具有易挥发特性，会导致实验室空气中含氮微粒含量较高，进而对总氮测量结果造成影响。在进行水体总氮实验时，空气中的含氮微粒可能会溶剂到试剂中，或因进入比色管、比色皿，影响测定精度。除了要对实验环境进行控制外，还要做好实验试剂以及器皿的使用管理工作，对其进行交叉存放，防止实验试剂和器皿受到交叉污染。一般情况下，实验室内每立方米空气中的微粒含量高达上百微克，对实验测定结果的影响不容忽视。如有必要，在实验前应对实验室环境进行特殊处理，确保其微粒中的氮元素成分含量较低，从而提升实验结果的准确性。

2.3  碱性过硫酸钾纯度的影响

碱性过硫酸钾是水体总氮测定实验中的主要试剂，其纯度会对空白值高低产生直接影响，也是影响总氮测定结果准确度的主要因素之一。在以往的实验中，由于市面上购买的普通碱性过硫酸钾含氮量较高，一般在0.000 5%以上，导致测定结果的空白吸光度值超出了标准要求。在此情况下，无法满足水体总氮测定实验的相关标准要求。为了确保实验的有效性，需要选择优级纯或基准试剂，降低碱性过硫酸钾的氮元素含量，从而确保实验空白吸光值能够在0.030以下。在本次实验过程中，采用了二次结晶的方式对过硫酸钾进行提纯处理。

（1）首先，选取容量为1 L的烧杯，注入800 mL水后进行水浴加热。在此过程中，由于过硫酸钾在60 ℃以上會发生分解反应。因此，应将加热温度控制在50 ℃左右。其次，加入碱性过硫酸钾进行搅拌溶解。

（2）待烧杯内过硫酸钾完全溶解后，在室温环境下进行充分冷却，冷却后用保鲜膜包住烧杯口部，将其置于冰箱中冷却一夜，以此实现过硫酸钾的重结晶。

（3）将重结晶处理后的清液倒出，可见过硫酸钾晶体结块于烧杯底部。用经过低温处理的无氨水对烧杯内部进行清洗，尽量避免过硫酸钾晶体流失。

（4）清洗过后，在烧杯内缓慢加入400 mL无氨水，待结晶完全溶解后重复（2—3）步骤，以此实现过硫酸钾的二次结晶。

（5）倒出二次结晶处理后的清液，把过硫酸钾结晶移取到250 mL的小型烧杯中。将烧杯置于烘干箱进行烘干处理，烘干温度为50 ℃。

（6）待长时间烘干后，可见过硫酸钾与处理前购买的药剂状态同样干燥、松散，用玻璃棒轻轻搅动可发出清脆响声。

（7）待提纯后的过硫酸钾完全冷却后，将其放入清洁的聚乙烯瓶中盖紧备用。提纯处理后，过硫酸钾的空白值由0.051降至0.025，处在固定范围内，表明二次结晶的处理工艺有效。

2.4  实验用水的影响

从实验用水的影响情况来看，本次实验中分别向25 mL比色管加入蒸馏水、无氨水、去离子水各10 mL，然后加入采用对应类型水稀释的碱性过硫酸钾溶液各5 mL。在120 ℃条件下，经过40 min的消解，在自然条件下冷却到室温，然后加入1 mL盐酸溶液，分别使用对应类型的水定容到刻度线。从吸光度值测定结果来看，蒸馏水的空白吸光度值为0.033、0.034、0.035，平均值为0.034，无氨水的空白吸光度值为0.028、0.027、0.027，平均值为0.027，去离子水的空白吸光度值为0.023、0.025、0.024，平均值为0.024。从实验结果来看，采用去离子水和无氨水的两个实验组均能够达到空白值小于0.030的要求，采用去离子水的空白值更低。无氨水的制备过程不仅较为繁琐，还存在安全隐患，因此应采用去离子水作为总氮测定的实验用水。

2.5  消解时间的影响

在本次实验中发现，消解时间和消解温度也会对水体总氮测定的空白吸光度值产生一定影响。先从消解时间方面的影响来看，在25 mL比色管中加入10 mL去离子水，然后加入新配置的5 mL碱性过硫酸钾溶液。在120 ℃条件下进行消解，分别经过30、35、40、45 min的时间，按照上述实验设计步骤完成吸光度测定。共进行了3组实验，在消解时间为30 min的情况下，平均空白吸光度值为0.032，在消解时间为35 min的情况下，平均空白吸光度为0.026，在消解时间为40 min的情况下，平均空白吸光度为0.024，在消解时间为45 min的情况下，平均空白吸光度为0.028。由此可以看出，消解时间过短或过长，都不利于空白值控制。这主要是由于在消解时间过短的情况下，碱性过硫酸钾还没有完全消解。为满足实验质量要求，应控制消解时间在35～40 min。

2.6  消解温度的影响

从消解温度的影响情况来看，控制其他反应条件不变，分别在温度119、120、121、123、124、126 ℃条件下，经过40 min的消解，测定吸光度。测定结果显示，119 ℃条件下的平均空白吸光度为0.032，120 ℃条件下的平均空白吸光度为0.023，121 ℃条件下的平均空白吸光度为0.025，123 ℃条件下的平均空白吸光度为0.025，124 ℃条件下的平均空白吸光度为0.027，126 ℃条件下的平均空白吸光度为0.033。由此来看，总氮测定实验的最佳消解维度为120～124 ℃，在此范围内，能够满足空白吸光度低于0.030的要求。

2.7  自然冷却时间的影响

在120 ℃条件下经过40 min的消解，然后在自然条件下分别放置1 、2 、2.5 、3 、4 h，再向其中加入盐酸溶液定容至25 mL。从吸光度测定结果来看，不同冷却时间也会对空白值产生明显影响，放置1 h的平均空白吸光度值为0.039，放置2 h的平均空白吸光度为0.020，放置2.5 h的平均空白吸光度为0.023，放置3 h的平均空白吸光度为0.024，放置4 h的平均空白吸光度为0.037。因此，自然冷却时间应控制在2～3 h。

3    结语

在水体总氮测定过程中，影响空白值测定的因素有多种，通过采用实验研究方法对各類影响因素进行具体分析，可以找到有效的实验控制方法。通过营造良好的实验条件，防止出现空白值偏高的问题，确保实验能够满足相关标准要求，从而为水体总氮测定结果的可靠性提供保障。

[参考文献]

[1]刘小平，菲尔汗，吴智慧.总氮测定中影响空白值的因素分析及经验对策[J].新疆环境保护，2018（1）：47-50.

[2]黄振辉.总氮测定中空白值影响因素实验分析[J].低碳世界，2018（23）：3-4.

[3]徐莉，牟太荣，陈茂兰.影响总氮空白测定因素的实验探讨[J].环境科学与管理，2018（4）：140-141，146.