快速了解堿性過硫酸鉀測總氮
1 引言
總氮是衡量水質(zhì)的重要指標(biāo)之一。如果大量的生活污水、農(nóng)田排水或含氮的工業(yè)廢水排入水體，會(huì)使水中有機(jī)氮和各種無機(jī)氮的含量增加，生物和微生物類大量繁殖，消耗水中溶解氧，使水體惡化。并且當(dāng)湖泊、水庫中含有比例失調(diào)的氮、磷類物質(zhì)時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)富營養(yǎng)化狀態(tài)，造成浮游植物繁殖旺盛，甚至?xí)霈F(xiàn)水華現(xiàn)象。
總氮的測定方法一般是用過硫酸鉀氧化水樣中的有機(jī)、無機(jī)含氮化合物，使之轉(zhuǎn)化為硝酸鹽后，再以紫外法、偶氮比色法，以及離子色譜法或氣相分子吸收法進(jìn)行測定。
總氮的測定雖說簡單，然而也很容易出現(xiàn)各種問題，現(xiàn)將在實(shí)際工作中可能遇到的幾個(gè)需要注意的事項(xiàng)總結(jié)出來與各位同仁共同探討。
2 注意事項(xiàng)
2.1 選用質(zhì)量較好的比色管
由于總氮在用過硫酸鉀氧化的過程中，需要使用高濃度的NaOH溶液來中和過硫酸鉀釋放出來的氫離子，使過硫酸鉀分解完全：
K2S2O8+H2O→2KHSO4+1/2O2
KHSO4→K++HSO4-
HSO4-→H++SO42-
可是NaOH也能與玻璃中的二氧化硅發(fā)生反應(yīng)生成硅酸鈉而粘住瓶口。這個(gè)過程又是在高溫高壓的環(huán)境中完成的，所以比色管的質(zhì)量是首先需要考慮的問題。由于市場上同樣的產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，因此把好進(jìn)貨關(guān)，不要使用質(zhì)量差的產(chǎn)品，是做好實(shí)驗(yàn)的第一步。筆者曾使用過一批比色管，消解結(jié)束從高壓鍋里取出時(shí)，卻無法打開瓶塞，有的比色管即使能打開，可時(shí)間長了，瓶塞也會(huì)被嚴(yán)重腐蝕，出現(xiàn)斷裂、殘缺等現(xiàn)象，這樣的管子在消解時(shí)就會(huì)漏氣，使結(jié)果出現(xiàn)較大的誤差。
高一平等通過實(shí)驗(yàn)證明，旋塞比色管的密閉性要好于普通的具塞比色管。在做高含量氨氮的水樣時(shí)，其良好的密閉性可以保證氨氮在消解時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}的過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物氨氣沒有損失。
2.2 合理放置堿性過硫酸鉀溶液
環(huán)境保護(hù)部“HJ636-2012”中規(guī)定，配制堿性過硫酸鉀時(shí)，“稱取40.0g過硫酸鉀溶于600mL水中；另稱取15.0g氫氧化鈉，溶于300mL水中。待氫氧化鈉溶液溫度冷卻至室溫后，混合兩種溶液定容至1000mL，溶液存放在聚乙烯瓶中，可保存一周”。NaOH的作用是中和過硫酸鉀分解時(shí)釋放出來的氫離子，使這個(gè)分解反應(yīng)過程可以持續(xù)地進(jìn)行下去，因此如果將兩種藥品配制在一起，反而會(huì)加速過硫酸鉀的變質(zhì)，降低需要的氧化能力。筆者認(rèn)為分別配制、分別貯存更好，做實(shí)驗(yàn)時(shí)再分別加入到比色管中，這樣配制好的過硫酸鉀溶液缺少了NaOH的“推波助瀾”，這個(gè)分解反應(yīng)就沒有了繼續(xù)進(jìn)行下去的“動(dòng)力”，也就更有利于過硫酸鉀的保存。
2.3 選擇合格的過硫酸鉀和 NaOH
堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法測定總氮，主要需要兩種試劑：過硫酸鉀和NaOH。由于不同品牌的過硫酸鉀含氮量差別很大，其質(zhì)量是否過關(guān)，對整個(gè)實(shí)驗(yàn)的影響非常大，也是關(guān)系到整個(gè)實(shí)驗(yàn)成敗的決定性因素。
如果一時(shí)無法買到合格的產(chǎn)品，建議對現(xiàn)有的過硫酸鉀重結(jié)晶2～3次方可使用：在大燒杯中加入適量的無氨水或新制備的去離子水，在60℃的水浴中加熱，逐漸加入過硫酸鉀，直到不能溶解為止，然后將飽和溶液于室溫中冷卻，再放入冰箱中，于4℃進(jìn)行重結(jié)晶，棄去上清液，用新鮮的去離子水清洗幾遍，重復(fù)2～3次即可。最后在烘箱中低溫烘干，整個(gè)過程要避免二次污染。提純后的過硫酸鉀保存在干凈的干燥器中備用。
有的廠家生產(chǎn)的NaOH會(huì)含N，雖然這種情況較少，但也有可能會(huì)碰到，如果在實(shí)驗(yàn)時(shí)過硫酸鉀沒有問題，則應(yīng)檢查NaOH是否合格。
2.4 清洗比色管
比色管的清洗也非常重要。如果管壁上的含N化合物清洗不干凈，實(shí)驗(yàn)時(shí)就會(huì)在高溫、高壓狀態(tài)下進(jìn)入樣品中而造成誤差。張瑛等曾對利用不同的清洗方法清洗的比色管進(jìn)行了空白測定。實(shí)驗(yàn)表明：用普通的清洗方法清洗的比色管的空白吸光度平均是0.047，用洗潔精清洗的比色管的空白吸光度是0.035，用10%的鹽酸浸泡過的比色管的空白吸光度是0.015。毫無疑問，用10%鹽酸浸泡比色管的清洗方法明顯要好于其他兩種清潔方法。因此比色管在平時(shí)不用時(shí)最好浸泡在10%的鹽酸溶液中，待使用時(shí)再分別用蒸餾水和無氨水清洗、控干。
2.5 延長消解及冷卻的時(shí)間
大量的實(shí)驗(yàn)表明，“HJ636-2012”中規(guī)定的“120℃開始計(jì)時(shí)，保持溫度在120～124℃之間30min”太短，這樣一些復(fù)雜的含N化合物不能完全轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，會(huì)出現(xiàn)結(jié)果偏低的現(xiàn)象。（這也是在水樣的測定中，總氮含量經(jīng)常會(huì)低于其他N之和的原因之一；另一個(gè)原因是在消解時(shí)，氨氮在轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物氨氣逸出，會(huì)損失一部分氮。）因此筆者建議適當(dāng)延長消解的時(shí)間，至少要在40min以上，50min更好。
曹軼男等和陳瑛等均通過實(shí)驗(yàn)證明，高壓鍋消解后的冷卻方式及冷卻時(shí)間也都會(huì)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)消解結(jié)束后高壓鍋不應(yīng)馬上打開，而應(yīng)待其壓力減低到安全壓力后取出，然后在室溫下冷卻2h（期間按住管塞將比色管中的液體顛倒混勻2～3次），此時(shí)的空白值最低，且樣品也具有良好的穩(wěn)定性。
3 結(jié)語
本文總結(jié)了幾點(diǎn)在總氮測定時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng)。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，比色管的選擇和清洗，試劑的配制和放置以及消解時(shí)間和冷卻時(shí)間的長短，都會(huì)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。除此以外，筆者建議，要在做每一批樣品時(shí)，都同時(shí)做一條工作曲線和定值樣品。這樣，實(shí)驗(yàn)的水樣和標(biāo)準(zhǔn)溶液、標(biāo)準(zhǔn)樣品都是在同一種狀態(tài)下消解、處理、比色，具有可比性，數(shù)據(jù)也會(huì)更加讓人信服。
