过硫酸钠测定水中总氮的可行性探究

李 琳，包俊金，潘 莹

(1.云南省生态环境厅驻昆明市生态环境监测站，云南 昆明 650228；2.昆明市绿化工程质量监测站，云南 昆明 650228)

1 研究背景

1.1 总氮测定的意义

总氮是指水体中的氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和各种有机态氮的总量。水中氮的来源是多方面的，如氮肥的使用、工业污水、垃圾堆放场、人畜粪便、天然有机氮或腐殖质的降解和硝化。

总氮是衡量水体受污染程度和富营养化程度的重要指标之一，水体中含氮量的增加不仅会导致水质下降，而且会使水体中浮游生物和藻类大量繁殖，消耗水中的溶解氧，从而加速水体的富营养化和水体质量恶化，甚至可能进一步暴发水华等自然灾害，给人类带来重大的损失[1]。因此，研究并掌握水体中总氮的检测方法，具有重要的意义。

1.2 课题的提出及研究内容

目前，国际标准HJ 636-2012中的总氮测定方法为碱性过硫酸钾紫外分光光度法，该方法可测定水中亚硝酸盐氮、硝酸盐氨、无机铵盐、溶解态氨及大部分有机含氮化合物中氮的总和。

但是，在监测分析过程中发现，由于过硫酸钾的溶解度较低，0℃时溶解度1.75g/10mL水，20℃时溶解度5.3g/100mL水，而实验中所需该试剂的浓度为4g/100mL，所以需要很长时间对过硫酸钾进行溶解。并且在室温比较低的冬天，过硫酸钾很容易结晶析出。而过硫酸钠易溶于水，用其配制碱性消解液比较容易，在几分钟内即可溶解完全[2]。

针对以上问题，本文将通过实验来比较两种试剂对标准曲线、十二种含氮标液的影响，探究使用过硫酸钠代替过硫酸钾的可行性。

2 仪器与试剂

2.1 实验仪器

高温高压灭菌锅(型号：LDZX-50KBS，上海申安医疗器械厂)；可见分光光度计(型号：VIS-723N，北京瑞利仪器有限公司)；电子分析天平(型号：AE200S，瑞士Mettler Toledo 仪器公司)。

2.2 实验试剂(所有试剂均用无氨水配制)

碱性过硫酸钾溶液：称取4.0g过硫酸钾，溶于60mL 水中；另称取1.5g氢氧化钠(玻璃烧杯称取)溶于10mL水中；待氢氧化钠溶液温度冷却至室温后，混合两种溶液至容量瓶中，定容至 100mL，存放于聚乙烯试剂瓶中。

碱性过硫酸钠溶液：配置方法同上。

盐酸溶液(1+9)：浓盐酸和无氨水的体积比为1∶9。用5mL移液管移取浓盐酸5mL于试剂瓶中，再移取45mL超纯水，混匀。

硝酸钾标准贮备液：浓度为10nM。

硝酸钾溶液：用10mL微量加样器量取 10.00mL 标准贮备液至 100mL 容量瓶中，用水稀释至标线，混匀，得到1nM标准使用液。

12种含氮标液原始浓度见表1。

表1 12种含氮标液分子式及浓度

3 过硫酸钠与过硫酸钾消解的对比

3.1 标准曲线对比实验

3.1.1 实验步骤

(1)标准曲线溶液的配制：分别量取0.00、0.20、0.50、1.00、3.00 和7.00mL 硝酸钾标准使用液于6支棕色玻璃消解管中，加水稀释至10.00mL，再加入5.00mL 碱性过硫酸钾溶液，塞紧管塞(需做好标记)。按以上的操作，再配制一组相同浓度梯度的标准曲线，加入5.00mL碱性过硫酸钠溶液作为消解剂。

(2)消解：将消解管置于高温高压灭菌锅中，打开开关，加热消解 50min。取出消解管冷却至室温，按住管塞将比色管中的液体颠倒混匀2～3次。

(3)比色：每个消解管分别加入 1.0mL 盐酸溶液，用水稀释至 25mL 标线，盖塞混匀。使用10mm石英比色皿，在紫外分光光度计上，以水作参比，分别于波长220nm和275nm处测定吸光度，并进行准确的数据记录。

3.1.2 实验数据对比、分析

本次实验分别消解测定使用过硫酸钾和过硫酸钠作为消解剂的标准曲线各4组，共计8组标准曲线。消解的各组标准曲线吸光值以及斜率、方程见表2。

表2 消解结果对比

对表2数据的斜率与截距分别进行单因素方差分析，结果见表3。

表3 两者斜率的单因素方差分析结果

假设H0为两者斜率均值差异无统计学意义(α=0.05)。由上述结果可知，统计量F=8.901907，P=0.024522<0.05, 则拒绝H0，认为两个组总体斜率均值的差别是具有统计学意义的。

同理，对截距进行单因素方差分析结果见表4。由检验结果可知，统计量F=70.19018，P=0.000157<0.05, 则拒绝H0(α=0.05)，认为两个组总体截距均值的差别是具有统计学意义的[3]。

表4 两者截距的单因素方差分析结果

3.1.3 标准曲线对比小结

使用过硫酸钠和过硫酸钾消解总氮时，所得标准曲线的截距、斜率都有差异。而0.000157<0.245, 截距的差异不如斜率显著。但并未进一步探究这种差异性对总氮测定结果的实质性影响。

3.2 消解率对比

3.2.1 过硫酸钠消解实验结果

使用过硫酸钠对12种含氮标液进行消解实验，每组3个平行样，所得到的实验数据如表5所示。

表5 过硫酸钠消解率 (%)

3.2.2 过硫酸钾消解实验结果

同样使用过硫酸钠消解，所得到的实验数据见表6。

表6 过硫酸钾消解率 (%)

3.2.3 实验结果对比

由下面的柱形图可以明显看出，过硫酸钠与过硫酸钾在消解12种含氮标液时，针对个体而言，是有差异的，两者不能完全等同，但这种差异针对整体而言是否显著还需要进行统计学的显著性差异检验。

图1 两者消解结果对比图

3.2.4 统计学检验

3.2.4.1F检验

在对各组样本数据进行t检验之前，先要对各组样本数据进行方差齐性检验，采用F检验来完成。由下述检验结果可知，表中P值等于0.100039(α=0.01)>0.05，所以，两两配对的样本数据方差是齐性的，即各两组数据的方差不存在显著性差异，可以进行t检验。

表7 F-检验 双样本方差分析结果

3.2.4.2 显著性差异t检验

对两组数据进行两两配对的显著性差异检验，结果如下：t检验的计量结果表明，P(单尾)等于0.318973，P(双尾)等于0.637945，均>0.05，所以，样本各两组数据在统计学上没有显著性差异，即两组数据的均值在统计意义上是相等的。因此，过硫酸钾与过硫酸钠在消解12种含氮标液时，虽然针对个体会有消解率的差异，但是总体上未发现存在显著性差异。

3.2.5 消解率对比小结

由上述结果可知，过硫酸钠和过硫酸钾在消解12种含氮标液时虽然不是完全等同的，但是本次实验在整体上未发现两者之间存在显著性差异，也未能发现这种针对个体的差异具有规律性。因此，可以使用过硫酸钠代替过硫酸钾。

但两者对不同结构的含氮标液存在不同的消解效率，可能与含氮标液的结构、性质有关，即或是由于其他因素导致两者的差异，还有待进一步探究。

表8 t-检验: 成对双样本均值分析

3.3 光谱扫描结果对比

过硫酸钾与过硫酸钠在消解12种含氮标液时，并不存在显著性差异，但两者的标准曲线存在斜率和截距的差异，过硫酸钾空白值偏高，因此，通过对消解前和未消解的过硫酸钾和过硫酸钠进行光谱扫描，初步探究过硫酸钾空白值偏高的原因。

3.3.1 未消解的过硫酸钠和过硫酸钾

未消解的过硫酸钠和过硫酸钾光谱扫描结果如图2所示：两者在未进行消解前，在200nm到800nm的吸收光谱几乎重合，并不存在显著的差异性。

图2 光谱扫描结果

3.3.2 消解后的过硫酸钠和过硫酸钾

消解50min的过硫酸钠和过硫酸钾光谱结果如图3所示：过硫酸钠消解之后，在紫外光区的最高吸收峰有所转移，220nm处过硫酸钾吸光度为1.541，过硫酸钠为0.5504。故使用过硫酸钠能够有较低的空白值。

图3 消解后光谱扫描结果

3.3.3 光谱扫描小结

过硫酸钾消解后相较于过硫酸钠有更大的空白值，这是由于在消解后，过硫酸钠的最大吸收峰有所转移，其在220nm并不存在最大的吸收，造成实验空白值的降低。

4 结论与展望

4.1 结论

紫外可见分光光度法测定水样中总氮时，出现空白值偏高的现象，这将直接加大分析系统的测试误差，更低的空白值会使总氮测定的结果更准确[4]。上述实验结果显示，过硫酸钾消解总氮时，空白值高于过硫酸钠。从降低空白值的意义上来说，过硫酸钠优于过硫酸钾。

两者的斜率以及截距均存在统计学差异。但并未进一步探究这种差异性对总氮测定结果的实质性影响。本次实验在整体上也未发现两者之间存在显著性差异。在消解12种含氮标液时未发现两者之间存在显著性差异。

过硫酸钠相较过硫酸钾配制更为简单，保存也更为方便[5]。所以，使用过硫酸钠作为消解剂，不仅方便试剂的保存与配制，而且降低了总氮测定的空白值，保证了总氮测定分析的准确度和精密度，满足总氮测定的技术要求[6]，认为使用过硫酸钠代替过硫酸钾具有可行性。

4.2 展望

本文在使用两种不同的消解剂消解标准曲线的过程中，发现两者的斜率以及截距均存在统计学差异，差异是否存在一定的规律和影响因素，会不会对总氮测定产生实质性的影响，还需要后续实验研究。

消解后的过硫酸钠发生最大吸收峰的转移，也有待进一步探究。

在两者的消解对比实验中，两者不是完全等同的，针对个体还是具有差异，而这种差异是由于实验误差引起的偶然现象，还是与含氮标液的结构、性质有关，即两者对不同结构的含氮标液是否存在不同的消解效率，还未可知。