碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定总氮的方法优化
代小华 曾庆娟
摘要：应用《水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》（HJ 636-2012）测定水中总氮时，空白吸光度常常偏高。通过长时间的实践研究，对该方法测定总氮过程中各种影响因素进行识别，指出该方法中未提到的需注意的关键问题，并提出将方法中消解时间延长的优化建议。
关键词： 过硫酸钾消解；测定；总氮；方法优化
中图分类号：X830.2 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）07-0139-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.082
Alkaline potassium persulfate digestion UV spectrophotometric method for the determination of total nitrogen
Dai Xiaohua 1 ，Zeng Qingjuan 2
（1. Fengdu County Eco-environmental Monitoring Station， Chongqing 408200，China；
2. Fengdu County Center for Disease Control and Prevention， Chongqing 408200，China）
Abstract： When the total nitrogen in water was determined by the application of Water Quality Determination of Total Nitrogen by Alkaline Persulfate Digestion UV Spectrophotometry （HJ 636-2012）， the blank absorbance was often high. Through long-term practical research， the influencing factors in the determination of total nitrogen in this method were identified， the key issues that were not mentioned in this method were pointed out， and the optimization suggestions for prolonging the digestion time in the method were proposed.
Keywords： Potassium persulfate digestion ；Determination ；Total nitrogen；Method optimization
水中的总氮含量是衡量水质的重要指标之一，是水中NO3-、NO2-和NH4+等无机氮和蛋白质、氨基酸和有机胺等有机氮等各种形态无机和有机氮的总量。常被用来表示水体受营养物质污染的程度，此外，某些含氮化合物（如NO3-、NO2-）对人和其他生物有毒害作用。因此，准确测定水中总氮的含量，对于高效开展环境管理决策、保障水体使用功能有非常重要的作用。
目前，水中总氮的测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（HJ 636-2012），在大量实践中，发现普遍存在空白值较高的现象，严重时会远远超出标准方法中规定的允许范围，从而影响测定结果的准确性，给检测工作带来不小困扰。
1 方法原理
在60℃以上的水溶液中过硫酸钾按如下反应式分解，生成氢离子和氧。
K2S2O8+H2O = 2KHSO4+1/2O2
KHSO4 =K++HSO4-
HSO4- = H++SO42-
加入氫氧化钠以中和氢离子，使过硫酸钾分解完全。在120-124℃的碱性介质条件下，用过硫酸钾作氧化剂，不仅可将水样中的氨氮和亚硝酸盐氮氧化为硝酸盐，同时将水样中大部分有机氮化合物氧化为硝酸盐。用紫外分光光光度计分别于波长220nm和275nm处测其吸光度，按A=A220-2A275计算硝酸盐氮的吸光度值，从而计算总氮的含量。
2 原理探究
在盐酸介质中，利用硝酸根离子在220nm波长处的吸收进行定量测定，溶液中少量的未分解的有机物在220nm处和275nm处均有吸收，而硝酸根离子在275nm处没有吸收。大量实践证明，整体上背景干扰在波长220nm处的吸光度A值是波长275nm处A（吸光度）值的2倍。用220nm的吸光度减去275nm吸光度的2倍，以校正硝酸盐氮值。 最后，利用朗伯—比尔定律（数学表达式A=lg（1/T）=Kbc），测定溶液吸光度，利用标准曲线进行换算，算出总氮含量。
3 测定过程中出现的空白值过高问题
该方法要求空白试验的吸光度小于0.030，在测定水中总氮时，往往会出现空白值偏高，这是困扰总氮测定的最大问题。有时甚至出现在220nm处的吸光度大于1的现象，在分光光度分析中，比尔定律是一个有限的定律，在吸光度0.2-0.8之间浓度与吸光度才有较好的线性效果。吸光度大于1说明用该方法已经不适用了，显然是某个环节出现了问题。
4 测定过程中常见影响因素及解决措施
消解量、消解温度和时间、实验用水纯度、 玻璃器皿的洁净度、碱性过硫酸钾存储时间、实验室环境、自身的操作误差等因素都会影响总氮的测定结果。标准明确规定了测定上限，要求在总氮的分析过程中应使用无氨水，使用洁净的玻璃器皿，在无氨的实验室环境中进行，规定碱性过硫酸钾的存储时间 7 天，理论上讲实验中严格按照标准要求，以上问题都能克服。
5 标准中未提到的影响因素及解决措施
严格按照标准方法上的要求进行操作，大量总氮测定实践中仍然会经常出现试验中空白值较高，不满足吸光度小于0.03的要求。
5.1 过硫酸钾纯度的影响及处理办法
有许多研究指出，过硫酸钾本身的纯度不达标是导致总氮测定中空白值的罪魁祸首。实验中发现，许多过硫酸钾都不能保证其纯度，多数都会伴有过硫酸铵的副产物，甚至同一个厂家生产的过硫酸钾，每个批次的空白值都不一样。然而笔者发现，HJ 636-2012方法中对硫酸钾的纯度并未提出特殊要求，一般情况下满足分析纯条件即可。对于不符合要求的过硫酸钾试剂，可以通过提纯重结晶的方法，去除溶液中杂质，简单、易行、有效。
将装有1000mL无氨水的烧杯置于50℃的水浴锅加热，然后逐渐加入过硫酸钾，直至不能溶解为止。然后把完全溶解的饱和溶液放在室温中自然冷却，再放进四度冰箱重结晶，重结晶一夜后，倒掉上清液然后用冰好的去离子水清洗几遍，将晶体放入50℃烘箱烘干。通过实验，对某厂家的过硫酸钾按上述方法分别得到经重结晶的产品。过硫酸钾提纯前后对空白值的影响见表1。
可见，过硫酸钾的纯度对测定的空白值影响较大，通过简单的重结晶提纯的方法可以解决。
5.2 过硫酸钾自吸收的影响及解决办法
在过硫酸钾满足纯度条件下，还是会时常出现空白高的情况，给分析人员带来不小的困扰。在总氮测定过程中，实际就是用紫外光度法测定硝酸根的浓度，在双波长测定中220nm与275nm都属于紫外范围，本质上属于电子跃迁光谱。分析方法中要求，总氮消解时碱性过硫酸钾是过量的，实验表明，分析方法中使用的过硫酸钾本身在220nm处有强烈吸收，反应中出现的硫酸盐在220nm也有吸收。由此可见，方法本身使用的药品能对总氮测定产生极大影响。如何避免过硫酸钾增加的吸光度是解决空白值过高的关键。笔者提出碱性过硫酸钾测定总氮方法的优化措施。
由方法原理可知，只要加热时间足够长，让过硫酸钾完全分解，就可避免空白该试剂对实验的干扰。事实上，标准HJ 636-2012要求在120-124℃加热30min，一般情况下能够达到分解过硫酸钾和氧化有机物的目的。但具体实践中，过量的过硫酸钾常在未分解完全的情况下被引入实验的下一个环节，进行比色，导致吸光度偏高。笔者用某厂家的过硫酸钾按照总氮实验步骤，空白吸光度随消解时间变化见表2。
实验表明，在120-124℃消解时间在50 min，空白吸光度基本稳定，并满足实验对空白值的要求，标准方法规定的30 min消解时间有时不能使过硫酸钾分解完全，从而影响测定结果。
6 结论与建议
（1）標准HJ 636-2012在注意事项中应明确指出对过硫酸钾纯度的要求。现有试剂产品过硫酸钾纯度杂质较多，不能满足标准HJ 636-2012中对空白吸光度的要求，将过硫酸钾进行重结晶提纯，能有效地去除其中的杂质，降低空白吸光度。
（2）方法中加入的过硫酸钾本身在220nm处有强烈吸光度，如果其分解不完全会造成空白值偏高，适当延长消解时间延长至45-50 min可避免此问题。
（3）建议标准发布部门不断完善方法，研究用其他氧化剂代替过硫酸钾以避免其本身的强吸光度带来的影响。
参考文献
[1]王玉智，胡丽丽等.碱性过硫酸钾消解测定总氮因素分析.中国水利[M].2013
[2]刘君杰，陈树沛，重结晶-缓慢冷却法在提纯过硫酸钾的应用. 资源节约与环保[M]，2016
[3]钟燕，钱宇红.过硫酸钾重结晶降低总氮空白值的方法讨论[J]，环境研究与监测.2007.
[4]环境保护部. HJ 636-2012.水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法[S]，2012.
收稿日期：2018-06-05
作者简介：代小华（197512-）男，本科，环境监测高级工程师，研究方向为环境监测和环境影响评价。
摘要：应用《水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》（HJ 636-2012）测定水中总氮时，空白吸光度常常偏高。通过长时间的实践研究，对该方法测定总氮过程中各种影响因素进行识别，指出该方法中未提到的需注意的关键问题，并提出将方法中消解时间延长的优化建议。
关键词： 过硫酸钾消解；测定；总氮；方法优化
中图分类号：X830.2 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）07-0139-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.082
Alkaline potassium persulfate digestion UV spectrophotometric method for the determination of total nitrogen
Dai Xiaohua 1 ，Zeng Qingjuan 2
（1. Fengdu County Eco-environmental Monitoring Station， Chongqing 408200，China；
2. Fengdu County Center for Disease Control and Prevention， Chongqing 408200，China）
Abstract： When the total nitrogen in water was determined by the application of Water Quality Determination of Total Nitrogen by Alkaline Persulfate Digestion UV Spectrophotometry （HJ 636-2012）， the blank absorbance was often high. Through long-term practical research， the influencing factors in the determination of total nitrogen in this method were identified， the key issues that were not mentioned in this method were pointed out， and the optimization suggestions for prolonging the digestion time in the method were proposed.
Keywords： Potassium persulfate digestion ；Determination ；Total nitrogen；Method optimization
水中的总氮含量是衡量水质的重要指标之一，是水中NO3-、NO2-和NH4+等无机氮和蛋白质、氨基酸和有机胺等有机氮等各种形态无机和有机氮的总量。常被用来表示水体受营养物质污染的程度，此外，某些含氮化合物（如NO3-、NO2-）对人和其他生物有毒害作用。因此，准确测定水中总氮的含量，对于高效开展环境管理决策、保障水体使用功能有非常重要的作用。
目前，水中总氮的测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（HJ 636-2012），在大量实践中，发现普遍存在空白值较高的现象，严重时会远远超出标准方法中规定的允许范围，从而影响测定结果的准确性，给检测工作带来不小困扰。
1 方法原理
在60℃以上的水溶液中过硫酸钾按如下反应式分解，生成氢离子和氧。
K2S2O8+H2O = 2KHSO4+1/2O2
KHSO4 =K++HSO4-
HSO4- = H++SO42-
加入氫氧化钠以中和氢离子，使过硫酸钾分解完全。在120-124℃的碱性介质条件下，用过硫酸钾作氧化剂，不仅可将水样中的氨氮和亚硝酸盐氮氧化为硝酸盐，同时将水样中大部分有机氮化合物氧化为硝酸盐。用紫外分光光光度计分别于波长220nm和275nm处测其吸光度，按A=A220-2A275计算硝酸盐氮的吸光度值，从而计算总氮的含量。
2 原理探究
在盐酸介质中，利用硝酸根离子在220nm波长处的吸收进行定量测定，溶液中少量的未分解的有机物在220nm处和275nm处均有吸收，而硝酸根离子在275nm处没有吸收。大量实践证明，整体上背景干扰在波长220nm处的吸光度A值是波长275nm处A（吸光度）值的2倍。用220nm的吸光度减去275nm吸光度的2倍，以校正硝酸盐氮值。 最后，利用朗伯—比尔定律（数学表达式A=lg（1/T）=Kbc），测定溶液吸光度，利用标准曲线进行换算，算出总氮含量。
3 测定过程中出现的空白值过高问题
该方法要求空白试验的吸光度小于0.030，在测定水中总氮时，往往会出现空白值偏高，这是困扰总氮测定的最大问题。有时甚至出现在220nm处的吸光度大于1的现象，在分光光度分析中，比尔定律是一个有限的定律，在吸光度0.2-0.8之间浓度与吸光度才有较好的线性效果。吸光度大于1说明用该方法已经不适用了，显然是某个环节出现了问题。
4 测定过程中常见影响因素及解决措施
消解量、消解温度和时间、实验用水纯度、 玻璃器皿的洁净度、碱性过硫酸钾存储时间、实验室环境、自身的操作误差等因素都会影响总氮的测定结果。标准明确规定了测定上限，要求在总氮的分析过程中应使用无氨水，使用洁净的玻璃器皿，在无氨的实验室环境中进行，规定碱性过硫酸钾的存储时间 7 天，理论上讲实验中严格按照标准要求，以上问题都能克服。
5 标准中未提到的影响因素及解决措施
严格按照标准方法上的要求进行操作，大量总氮测定实践中仍然会经常出现试验中空白值较高，不满足吸光度小于0.03的要求。
5.1 过硫酸钾纯度的影响及处理办法
有许多研究指出，过硫酸钾本身的纯度不达标是导致总氮测定中空白值的罪魁祸首。实验中发现，许多过硫酸钾都不能保证其纯度，多数都会伴有过硫酸铵的副产物，甚至同一个厂家生产的过硫酸钾，每个批次的空白值都不一样。然而笔者发现，HJ 636-2012方法中对硫酸钾的纯度并未提出特殊要求，一般情况下满足分析纯条件即可。对于不符合要求的过硫酸钾试剂，可以通过提纯重结晶的方法，去除溶液中杂质，简单、易行、有效。
将装有1000mL无氨水的烧杯置于50℃的水浴锅加热，然后逐渐加入过硫酸钾，直至不能溶解为止。然后把完全溶解的饱和溶液放在室温中自然冷却，再放进四度冰箱重结晶，重结晶一夜后，倒掉上清液然后用冰好的去离子水清洗几遍，将晶体放入50℃烘箱烘干。通过实验，对某厂家的过硫酸钾按上述方法分别得到经重结晶的产品。过硫酸钾提纯前后对空白值的影响见表1。
可见，过硫酸钾的纯度对测定的空白值影响较大，通过简单的重结晶提纯的方法可以解决。
5.2 过硫酸钾自吸收的影响及解决办法
在过硫酸钾满足纯度条件下，还是会时常出现空白高的情况，给分析人员带来不小的困扰。在总氮测定过程中，实际就是用紫外光度法测定硝酸根的浓度，在双波长测定中220nm与275nm都属于紫外范围，本质上属于电子跃迁光谱。分析方法中要求，总氮消解时碱性过硫酸钾是过量的，实验表明，分析方法中使用的过硫酸钾本身在220nm处有强烈吸收，反应中出现的硫酸盐在220nm也有吸收。由此可见，方法本身使用的药品能对总氮测定产生极大影响。如何避免过硫酸钾增加的吸光度是解决空白值过高的关键。笔者提出碱性过硫酸钾测定总氮方法的优化措施。
由方法原理可知，只要加热时间足够长，让过硫酸钾完全分解，就可避免空白该试剂对实验的干扰。事实上，标准HJ 636-2012要求在120-124℃加热30min，一般情况下能够达到分解过硫酸钾和氧化有机物的目的。但具体实践中，过量的过硫酸钾常在未分解完全的情况下被引入实验的下一个环节，进行比色，导致吸光度偏高。笔者用某厂家的过硫酸钾按照总氮实验步骤，空白吸光度随消解时间变化见表2。
实验表明，在120-124℃消解时间在50 min，空白吸光度基本稳定，并满足实验对空白值的要求，标准方法规定的30 min消解时间有时不能使过硫酸钾分解完全，从而影响测定结果。
6 结论与建议
（1）標准HJ 636-2012在注意事项中应明确指出对过硫酸钾纯度的要求。现有试剂产品过硫酸钾纯度杂质较多，不能满足标准HJ 636-2012中对空白吸光度的要求，将过硫酸钾进行重结晶提纯，能有效地去除其中的杂质，降低空白吸光度。
（2）方法中加入的过硫酸钾本身在220nm处有强烈吸光度，如果其分解不完全会造成空白值偏高，适当延长消解时间延长至45-50 min可避免此问题。
（3）建议标准发布部门不断完善方法，研究用其他氧化剂代替过硫酸钾以避免其本身的强吸光度带来的影响。
参考文献
[1]王玉智，胡丽丽等.碱性过硫酸钾消解测定总氮因素分析.中国水利[M].2013
[2]刘君杰，陈树沛，重结晶-缓慢冷却法在提纯过硫酸钾的应用. 资源节约与环保[M]，2016
[3]钟燕，钱宇红.过硫酸钾重结晶降低总氮空白值的方法讨论[J]，环境研究与监测.2007.
[4]环境保护部. HJ 636-2012.水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法[S]，2012.
收稿日期：2018-06-05
作者简介：代小华（197512-）男，本科，环境监测高级工程师，研究方向为环境监测和环境影响评价。
