碱性过硫酸钾消解―紫外分光光度法测定总氮时的研究

　　作为衡量水质的主要指标，总氮含量的准确测定就显得非常 有必要。这是因为在水质检测中，若其中的有机氮与无机氮的总量较大，则证明该水样中含有大量的生活污水、工业废水或农田排水，在这种水质中，微生物类繁殖会比较旺盛，并大量消耗水中的氧，导致水体进一步恶化，甚至会出现富营养化状态，形成水华现象。因此，加强对水中总氮含量的测定，提高其含量测定的准确率就显得很有必要。而在测定总氮的过程中，最关键的环节是利用过硫酸钾来氧化水中的各种氮化合物，从而将有机氮或无机氮都转化为硝酸盐，然后再采取各种测定方法进行测定。以下笔者就结合自己的测定实践经验，提出几点关于过硫酸钾氧化环节中需要注意的事项。 
　　1、确保所选择比色管的质量 
　　一般在使用过硫酸钾对水样中的各种氮化合物进行氧化时，都会加入一定的高浓度氢氧化钠溶液，这是因为NaOH能够中和氧化过程中所释放出的氢离子，从而可以最大程度的分解过硫酸钾。其化学反应方程式如下所示： 
　　K2S2O8+H2O→2KHSO4+O2 
　　KHSO4→K++HSO4- 
　　HSO4-→H++SO42- 
　　然而值得注意的是，NaOH不但能够中和氢离子，还能够与SiO2反应，尤其是在高温高压的环境下，更容易发生反应形成硅酸钠。而氧化反应正是在玻璃材质的比色管中进行，且正处于高温高压环境下，这样一来，就常常会出现形成的硅酸钠粘住瓶口的问题。一旦出现这种问题，在消解反应完成后将比色管从高压锅中取出后就很难将瓶塞打开，即使能打开，瓶塞也已经遭到较为严重的腐蚀，很容易出现漏气现象，导致总氮测定结果误差较大。因此在此笔者建议，在消解反应中所使用的比色管质量必须要得到保证，当前市场中比色管的质量良莠不齐，必须要严格把关比色管进货质量，为试验提供良好条件。例如市场中的旋塞比色管就要相对比具塞比色管更适合在本试验中使用，因为其密闭性更为良好，能够使消解反应中所产生的氨气全部保留在瓶内，减少试验结果误差。 
　　2、分开保存碱性过硫酸钾溶液与氢氧化钠溶液 
　　虽然在相关规定中明确表示配置碱性过硫酸钾溶液与氢氧化钠溶液时，可以将配置好的两种溶液混合在一起后，在聚乙烯瓶中能够保持一周不变质。但是在实际实践中，笔者建议最好是将两种溶液分别配置之后再分别保存。这是因为氢氧化钠能够中和氢离子，且只要两者都存在，这种中和反应就会一直进行下去，分解反应也就会随之进行，从而使得过硫酸钾变质加快，降低其氧化能力。所以在配置和保存试验所需溶液时，最好分别配置、分别保存，在试验需要用到时再将两者分别加入比色管内，此时的过硫酸钾的氧化能力会更强。 
　　3、选择合格的过硫酸钾与氢氧化钠 
　　碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法测定总氮，主要需要二种试剂：过硫酸钾和NaOH。由于不同品牌的过硫酸钾含氮量差别很大，其质量是否过关，对整个实验的影响非常大，也是关系到整个实验成败的决定性因素。如果一时无法买到合格的产品，那么笔者的建议是要对现有的过硫酸钾重结晶2-3次方可使用：在大烧杯中加入适量的无氨水或新制备的去离子水，60℃的水浴中加热，逐渐加入过硫酸钾，直到不能溶解为止，然后将饱和溶液于室温中冷却，再放入冰箱中4℃天重结晶，弃去上清液，用新鲜的去离子水清洗几遍，重复2-3次即可。最后在烘箱中低温烘干，整个过程要避免二次污染。提纯后的过硫酸钾保存在干净的干燥器中备用。 
　　4.比色管不用时要用10%的盐酸浸泡 
　　比色管的清洗也非常重要。如果管壁上的含N化合物清洗不干净，实验时就会在高温、高压状态下进入样品中而造成误差。有研究人员曾对利用不同的清洗方法清洗的比色管进行了空白测定。实验表明，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，用洗洁精清洗的比色管的空白吸光度是0.035，用10%的盐酸浸泡过的比色管的空白吸光度是0.015。毫无疑问，用10%盐酸浸泡比色管的清洗方法明显要好于其它二种清洁方法。因此比色管在平时不用时最好浸泡在10%的盐酸溶液中，待使用时再分别用蒸馏水和无氨水清洗、控干。 
　　5. 适当延长消解的时间和冷却的时间 
　　大量的实验都表明，“HJ636-2012”中规定的“120℃开始计时，保持温度在120-124℃之间30min”太短，这样一些复杂的含N化合物不能完全转化为硝酸盐，会出现结果偏低的现象。（这也是在水样的测定中，总氮含量经常会低于其它N之和的原因之一；另一个原因是在消解时，氨氮在转化为硝酸盐的过程中产生的中间产物氨气逸出，会损失一部分氮。），因此笔者的建议是最好适当延长消解的时间，至少要在40分钟以上，50分钟更好。 
　　另外，高压锅消解后的冷却方式及冷却时间也都会对实验结果产生影响。实验表明，当消解结束后高压锅不要马上打开，而应待其压力减低到安全压力后取出，然后在室温下冷却2小时（期间按住管塞将比色管中的液体颠倒混匀2-3次），此时的空白值最低，且样品也具有良好的稳定性。 
　　6、小结 
　　当然，在采用紫色分光光度法进行水样中总氮测定时，需要注意的事项还有很多。本文中只是对其采用过硫酸钾进行消解反应这一个环节中的注意事项进行了探讨分析，指出在消解反应中所选择的比色管、所选择的过硫酸钾与氢氧化钠都要保证质量达标，并且注意清洗和处理使用完毕的比色管，适当的延长消解时间与冷却时间，这些细节问题虽然不会给试验造成太大的不良影响，但是若能够注意到这些细节，则会在很大程度上提高试验的准确性，提高实验室工作水平。