两种总氮测定方法的比较及分析
于佳冉+杜乐+尚伊娜
摘要：总氮是水质测定中的重要指标，它反映了水被污染的情况。本文用国标法碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法和美国HACH公司分光光度法分别测定了已知总氮标准溶液的数据，来验证俩种方法的稳定性，并进而比较了两种总氮测定法的优缺点及适用范围。
关键词：总氮；测定；稳定性
中图分类号：O613.61 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）03-0190-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.103
Abstract：Total nitrogen is an important index in the determination of water quality， it reflects the contaminated water. In this paper， with the national standard method of alkaline potassium persulfate digestion uv spectrophotometry HACH company spectrophotometry were determined and the United States on the known data of the standard solution， the total nitrogen to verify the stability of the two kinds of methods， and then compares the two kinds of total nitrogen determination method， advantages and disadvantages and applicable scope.
Keywords：Total nitrogen； Determine； Stability
總氮是水质测定中的重要指标，它反映了水被污染的情况。总氮的定义是水中各种形态无机和有机氮的总量。包括NO3、NO2和NH4等无机氮和蛋白质、氨基酸和有机胺等有机氮，以每升水含氮毫克数计算。常被用表示水体受营养物质污染的程度。总氮测定方法通常采用过硫酸钾氧化，使有机氮和无机氮化合物转变为硝酸盐后，再以紫外法、偶氮比色法，以及离子色谱法或气相分子吸收法进行测定。现在最常用的碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法在HJ636-2012《水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》中有规定。为了更加提高检测效率，世界上各个国家都不断研发新型的检测仪器。其中美国HACH公司的水质分析仪器广泛应用于各个领域。本文用国标法碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法和美国HACH公司分光光度法分别测定了已知总氮标准溶液的数据，来验证俩种方法的稳定性，并进而比较了两种总氮测定法的优缺点及适用范围。
1 试剂和仪器
（1） 试剂：碱性过硫酸钾溶液、盐酸溶液、HACH专用试剂
（2）水样：硝酸钾标准溶液，理论上可取0.7218g硝酸钾溶于适量水，移至1000容量瓶中，用水稀释至标线，混匀。加入1-2ml三氯甲烷作为保护剂，在0-10℃暗处保存。因为了将试验的误差降到最低，本次采用市售有证标准溶液和标准样品。
（3）仪器：
2 实验原理
（1）碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法：在120-124℃下，碱性过硫酸钾溶液使样品中含氮化合物的氮转化为硝酸盐，采用紫外分光光度法于波长220nm和275nm处，分别测定吸光度A220和A275，按公式（1）计算校正吸光度A，总氮（以N计）含量与校正吸光度A成正比。
（2）HACH分光光度法：碱性的过硫酸盐消解过程把所有形式的氮都转化为硝酸盐，消解结束后加入的偏亚硫酸氢钠用于去除卤素类氧化物质。然后硝酸盐于变色酸在强酸性环境下反应生成一种黄色配合物，测试结果在波长410nm的可见光下读取的。
3 实验方法
两种测定方法测定水样总氮实验步骤列于表2.
将10.00ml标样于25ml具塞磨口玻璃瓶比色管中，加入5.00ml碱性过硫酸钾溶液，塞紧管塞，用纱布和线绳扎紧管塞，一方弹出。将比色管置于高压灭菌锅中，加热至顶压阀吹气，关阀，继续加热至120℃开始计时，保持温度在120-124℃之间30分钟。自然冷却、开阀放气，移去外盖，取出比色管冷却至室温，按住管塞将比色管中的液体颠倒混匀2-3次。每个比色管分别加入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。零浓度的校正吸光度Ab、其他标准系列的校正吸光度As及其差值Ar按公式（2）、（3）和（4）进行计算。以总氮（以N计）含量（μg）为横坐标，对应的Ar值为纵坐标，绘制校准曲线，并计算标准样品的浓度。
把消解器加热到105℃，准备空白样，用漏斗将HACH专用试剂TNPRPP试剂包加入到两个HACH专用消解瓶TNH瓶中。分别加入2ml纯净水和标样到消解瓶中，盖上盖，剧烈振荡30秒钟，把空白和标样瓶放入消解器中消解30分钟。用移试管器把试管移开放到试管架上冷却到室温。再加HACH专用试剂TNRAPP到空白和标样消解瓶中，盖上盖摇动15秒，反应3分钟。时间到后加入HACH专用试剂TNRBPP到消解瓶中，盖上盖摇动15秒钟，反应2分钟。时间到后将消解处理样品液去2ml加入到HACH专用试剂TNRC瓶中，盖上盖上下颠倒10次左右，消解瓶变热。等待5分钟，进行比色分析。（注：所有HACH专用试剂均为厂家研制提供）
4 试验结果与讨论
4.1 方法及数据稳定性讨论
在国标法中可以通过测定总氮的标准样品的值作为校核试验来检验操作技术及试剂纯度，来判断所取得数据的准确性。通过多次不同已知浓度的校验，从而根据数据可判断出两种方法的稳定性那个更强。所得结果见表3。
国标中规定：对于标准样品总氮含量≤1.00mg/L时，测定结果相对偏差应≤10%；当样品总氮含量>1.00mg/L时，测定结果相对偏差应≤5%。从表3可以看出，在通过碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测得的总氮的相对偏差均可达到4%以下。而HACH分光光度法测得的数据来看，标准样品的浓度越高，相对偏差越低，它的准确性越高，稳定性越高。反之它的相对偏差越大，稳定性越差。所以，对于待测水样总氮值在20mg/L时，建议用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法进行测定。当水样总氮值在20mg/L时，也可选择HACH分光光度法进行测定。
4.2 两种方法的相似性
由于两种方法所依据的原理基本相同，所以测定中的各种干扰离子及污染物类型方面的影响因素基本相同。在测定总氮过程中，消解比色的方法相似。
4.3 两种方法的区别
4.3.1 仪器比较
由表1可以看出，碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法用高压灭菌锅对待测水样进行消解，这种装置的缺点是体积较大，所需要的试验场地较大，在发生紧急事件时，无法移动，不利于随时检测。同时由于使用高压灭菌锅加热，会存在用电及用水的安全隐患。这些缺点在HACH分光光度法中由于改用专用消解器进行消解，上述缺点均可避免。另外HACH消解器体积小，安全性能有很大提高并减少了仪器占地。还可随时移动，便于紧急检测。
4.3.2 试剂比较
碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法和HACH分光光度法的另一个区别就是试剂及用量方面的不同。硫酸钾消解紫外分光光度法是用手工法测定。试剂的配比全部是操作人員自行配比完成，根据个人手法不同以及玻璃器皿存在一定误差，试剂的误差在所难免。HACH分光光度法中所有的药品均为厂家提供，避免了误差的产生，最大可能的保证了数据的准确性。
5 结论
综上所述，对于总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法的稳定性高于HACH分光光度法。碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法源于国标法，并以国标法为依据。在一般检测中，HACH分光光度法可作为参考数值或室外紧急检测时来使用。但做实验室检测时，还是要以国标法为依据。
参考文献
[1] HJ636-2012，水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法[S].环境保护部，2012-6-1.
[2] 蔡裕丰，徐立生.水质总氮测定中的有关问题探讨[J].污染防治技术，2008，21（6）.
收稿日期：2017-05-18
作者简介：于佳冉（1988-），女，大学本科，助理工程师，研究生在读，从事环境监测工作。
摘要：总氮是水质测定中的重要指标，它反映了水被污染的情况。本文用国标法碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法和美国HACH公司分光光度法分别测定了已知总氮标准溶液的数据，来验证俩种方法的稳定性，并进而比较了两种总氮测定法的优缺点及适用范围。
关键词：总氮；测定；稳定性
中图分类号：O613.61 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）03-0190-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.103
Abstract：Total nitrogen is an important index in the determination of water quality， it reflects the contaminated water. In this paper， with the national standard method of alkaline potassium persulfate digestion uv spectrophotometry HACH company spectrophotometry were determined and the United States on the known data of the standard solution， the total nitrogen to verify the stability of the two kinds of methods， and then compares the two kinds of total nitrogen determination method， advantages and disadvantages and applicable scope.
Keywords：Total nitrogen； Determine； Stability
總氮是水质测定中的重要指标，它反映了水被污染的情况。总氮的定义是水中各种形态无机和有机氮的总量。包括NO3、NO2和NH4等无机氮和蛋白质、氨基酸和有机胺等有机氮，以每升水含氮毫克数计算。常被用表示水体受营养物质污染的程度。总氮测定方法通常采用过硫酸钾氧化，使有机氮和无机氮化合物转变为硝酸盐后，再以紫外法、偶氮比色法，以及离子色谱法或气相分子吸收法进行测定。现在最常用的碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法在HJ636-2012《水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》中有规定。为了更加提高检测效率，世界上各个国家都不断研发新型的检测仪器。其中美国HACH公司的水质分析仪器广泛应用于各个领域。本文用国标法碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法和美国HACH公司分光光度法分别测定了已知总氮标准溶液的数据，来验证俩种方法的稳定性，并进而比较了两种总氮测定法的优缺点及适用范围。
1 试剂和仪器
（1） 试剂：碱性过硫酸钾溶液、盐酸溶液、HACH专用试剂
（2）水样：硝酸钾标准溶液，理论上可取0.7218g硝酸钾溶于适量水，移至1000容量瓶中，用水稀释至标线，混匀。加入1-2ml三氯甲烷作为保护剂，在0-10℃暗处保存。因为了将试验的误差降到最低，本次采用市售有证标准溶液和标准样品。
（3）仪器：
2 实验原理
（1）碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法：在120-124℃下，碱性过硫酸钾溶液使样品中含氮化合物的氮转化为硝酸盐，采用紫外分光光度法于波长220nm和275nm处，分别测定吸光度A220和A275，按公式（1）计算校正吸光度A，总氮（以N计）含量与校正吸光度A成正比。
（2）HACH分光光度法：碱性的过硫酸盐消解过程把所有形式的氮都转化为硝酸盐，消解结束后加入的偏亚硫酸氢钠用于去除卤素类氧化物质。然后硝酸盐于变色酸在强酸性环境下反应生成一种黄色配合物，测试结果在波长410nm的可见光下读取的。
3 实验方法
两种测定方法测定水样总氮实验步骤列于表2.
将10.00ml标样于25ml具塞磨口玻璃瓶比色管中，加入5.00ml碱性过硫酸钾溶液，塞紧管塞，用纱布和线绳扎紧管塞，一方弹出。将比色管置于高压灭菌锅中，加热至顶压阀吹气，关阀，继续加热至120℃开始计时，保持温度在120-124℃之间30分钟。自然冷却、开阀放气，移去外盖，取出比色管冷却至室温，按住管塞将比色管中的液体颠倒混匀2-3次。每个比色管分别加入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。零浓度的校正吸光度Ab、其他标准系列的校正吸光度As及其差值Ar按公式（2）、（3）和（4）进行计算。以总氮（以N计）含量（μg）为横坐标，对应的Ar值为纵坐标，绘制校准曲线，并计算标准样品的浓度。
把消解器加热到105℃，准备空白样，用漏斗将HACH专用试剂TNPRPP试剂包加入到两个HACH专用消解瓶TNH瓶中。分别加入2ml纯净水和标样到消解瓶中，盖上盖，剧烈振荡30秒钟，把空白和标样瓶放入消解器中消解30分钟。用移试管器把试管移开放到试管架上冷却到室温。再加HACH专用试剂TNRAPP到空白和标样消解瓶中，盖上盖摇动15秒，反应3分钟。时间到后加入HACH专用试剂TNRBPP到消解瓶中，盖上盖摇动15秒钟，反应2分钟。时间到后将消解处理样品液去2ml加入到HACH专用试剂TNRC瓶中，盖上盖上下颠倒10次左右，消解瓶变热。等待5分钟，进行比色分析。（注：所有HACH专用试剂均为厂家研制提供）
4 试验结果与讨论
4.1 方法及数据稳定性讨论
在国标法中可以通过测定总氮的标准样品的值作为校核试验来检验操作技术及试剂纯度，来判断所取得数据的准确性。通过多次不同已知浓度的校验，从而根据数据可判断出两种方法的稳定性那个更强。所得结果见表3。
国标中规定：对于标准样品总氮含量≤1.00mg/L时，测定结果相对偏差应≤10%；当样品总氮含量>1.00mg/L时，测定结果相对偏差应≤5%。从表3可以看出，在通过碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测得的总氮的相对偏差均可达到4%以下。而HACH分光光度法测得的数据来看，标准样品的浓度越高，相对偏差越低，它的准确性越高，稳定性越高。反之它的相对偏差越大，稳定性越差。所以，对于待测水样总氮值在20mg/L时，建议用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法进行测定。当水样总氮值在20mg/L时，也可选择HACH分光光度法进行测定。
4.2 两种方法的相似性
由于两种方法所依据的原理基本相同，所以测定中的各种干扰离子及污染物类型方面的影响因素基本相同。在测定总氮过程中，消解比色的方法相似。
4.3 两种方法的区别
4.3.1 仪器比较
由表1可以看出，碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法用高压灭菌锅对待测水样进行消解，这种装置的缺点是体积较大，所需要的试验场地较大，在发生紧急事件时，无法移动，不利于随时检测。同时由于使用高压灭菌锅加热，会存在用电及用水的安全隐患。这些缺点在HACH分光光度法中由于改用专用消解器进行消解，上述缺点均可避免。另外HACH消解器体积小，安全性能有很大提高并减少了仪器占地。还可随时移动，便于紧急检测。
4.3.2 试剂比较
碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法和HACH分光光度法的另一个区别就是试剂及用量方面的不同。硫酸钾消解紫外分光光度法是用手工法测定。试剂的配比全部是操作人員自行配比完成，根据个人手法不同以及玻璃器皿存在一定误差，试剂的误差在所难免。HACH分光光度法中所有的药品均为厂家提供，避免了误差的产生，最大可能的保证了数据的准确性。
5 结论
综上所述，对于总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法的稳定性高于HACH分光光度法。碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法源于国标法，并以国标法为依据。在一般检测中，HACH分光光度法可作为参考数值或室外紧急检测时来使用。但做实验室检测时，还是要以国标法为依据。
参考文献
[1] HJ636-2012，水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法[S].环境保护部，2012-6-1.
[2] 蔡裕丰，徐立生.水质总氮测定中的有关问题探讨[J].污染防治技术，2008，21（6）.
收稿日期：2017-05-18
作者简介：于佳冉（1988-），女，大学本科，助理工程师，研究生在读，从事环境监测工作。
