碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定总氮时空白值的影响因素

碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定总氮时空白值的影响因素

0检测方法的选择如果水中各种有机氮和有机氮的含量过高，各种浮游植物的大量繁殖将导致水体富营养化的状态，导致大量水中消耗的氧气消耗（do）会恶化水质。因此，总氮（tn）是评价水质的重要指标。总氮的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,再以紫外法、偶氮比色法、离子色谱法、气相分子吸收法进行测定。其中紫外分光光度法由于所需仪器设备普及、操作步骤简单、所需试剂较少等特点,从而在环境监测实践中被广泛采用,被列为国家标准分析方法(GB11894—89《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》,下称∶标准方法)。但对空白试验的吸光度要求较高,即:当测定值在接近检出限时必须控制空白实验的吸光度不超过0.030,以保证测定结果的准确可靠。但在实践中,由于试剂纯度、纯水质量、实验条件等原因往往造成空白试验吸光度偏高,甚至吸光度大于2,严重影响测定结果的准确可靠,甚至无法测定。1试剂及其他溶液752型紫外光栅分光光度计;去离子水;过硫酸钾(K2S2O8)溶液,ρ(K2S2O8)=40g/L(所用试剂为分析纯,由天津市某试剂厂生产);氢氧化钠(NaOH)溶液,ρ(NaOH)=15g/L(所用试剂为分析纯,由洛阳市某试剂厂生产);碱性K2S2O8溶液,其中40g/LK2S2O8,15g/LNaOH(试剂来源同上);盐酸溶液(HCl)[Φ(HCl)]=10%(所用试剂为优级纯,由洛阳市某试剂厂生产)。2测试2.1紫外分光光度法取10mL去离子水于25mL比色管中,加入5mL碱性K2S2O8溶液,盖塞,于医用手提蒸汽灭菌器中消解30min,温度控制在120~124℃,冷却后取出,加入1mLHCl溶液,定容至25mL,然后在紫外分光光度计上,以水为参比,用10mm石英比色皿分别在220,275nm处测定其吸光度。同时做一对平行样。空白试验结果见表1。由实验结果可见,空白试验的吸光度大于2,如果同时进行样品测定,显然无法正常进行。2.2紫外分光光度法取10mL去离子水于25mL比色管中,盖塞,于医用手提蒸汽灭菌器中消解30min,温度控制在120~124℃,冷却后取出,定容至25mL,然后在紫外分光光度计上,以水为参比,用10mm石英比色皿分别在220,275nm处测定其吸光度。同时做一对平行样。试验结果见表2。由实验结果可见,去离子水对于空白试验的吸光度无明显影响。2.3紫外分光光度法由于标准方法中,HCl未经过消解过程,因此试验时于25mL比色管中,加入1mLHCl溶液,定容至25mL,然后在紫外分光光度计上,以水为参比,用10mm石英比色皿分别在220,275nm处测定其吸光度。同时做一对平行样。试验结果见表3。由实验结果可见,HCl溶液对于空白试验的吸光度无明显影响。2.4模拟标准方法验证于25mL比色管中,加入5mLNaOH溶液,盖塞,于医用手提蒸汽灭菌器中消解30min,温度控制在120~124℃,冷却后取出,定容至25mL,然后在紫外分光光度计上,以水为参比,用10mm石英比色皿分别在220,275nm处测定其吸光度。同时做一对平行样。空白实验结果见表4。由实验结果可见,NaOH经消解后在的220nm处的吸光度大于0.2,对空白的吸光度有较大贡献,但标准分析方法中水样经消解后,还要用HCl中和,因此尚需进一步验证,NaOH经HCl中和后对于空白值的影响。模拟标准方法中的条件,将NaOH溶液消解后再加入1mLHCl,然后进行吸光度测定试验,实验结果见表5。由实验结果可见,NaOH经消解,再经1mLHCl中和后,空白值有所降低,但是仍然高于0.030。原因应为:当加入5mLNaOH溶液(质量浓度为15g/L,物质的浓度为0.375mol/L)后,比色管内的NaOH为1.875mmol,而后加入1mLHCl溶液(物质的浓度为1.200mol/L)中和时,加入的HCl只有1.200mmol,很明显NaOH在反应中过量,并未被全部中和,致使剩余的NaOH仍产生较高的吸光度。因此,还需要验证NaOH被全部中和后对于空白值的影响。由于在标准方法中加入的是5mLNaOH和K2S2O8混合溶液,其中K2S2O8的质量浓度为40g/L,物质的浓度为0.148mol/L,在60℃以上的水溶液中K2S2O8将发生分解反应,生成H+,经计算在理论上可以产生1.480mmolH+,这部分H+也中和了部分的NaOH,当消解后再加入1mLHCl中和时,NaOH将被全部中和,因此在NaOH中和试验时,多加入1.25mLHCl(其提供的H+约为1.480mmol,和标准方法中K2S2O8分解产生的H+量相当),将NaOH全部中和后,进行吸光度测定试验,实验结果见表6。由实验结果可见,NaOH经消解,再经2.25mLHCl中和后,空白值降低至0.030以下。可见严格按照标准方法中的步骤进行空白实验,NaOH经完全中和后并不会对空白值造成较大贡献。2.5ks2o8和kso4对空白吸光度的影响于25mL比色管中,加入5mLK2S2O8溶液,盖塞,于医用手提蒸汽灭菌器中消解30min,温度控制在120~124℃,冷却后取出,定容至25mL,然后在紫外分光光度计上,以水为参比,用10mm石英比色皿分别在220,275nm处测定其吸光度。同时做一对平行样。空白实验结果见表7。由实验结果可见,K2S2O8经消解后在220nm处的吸光度大于2,对空白吸光度有较大贡献,K2S2O8在高温下分解产物为硫酸钾(K2SO4),有研究证明K2SO4对于吸光度的贡献很小,虽然比色前还要加入HCl,但是HCl并不和K2S2O8,K2SO4发生反应。因此综合分析认为:造成空白值过高的原因应为K2S2O8试剂中含有的在220nm处有较强吸收的杂质所致。2.6ks2o8重结晶对空白值的影响用水浴加热的方法,在50℃下,配制的K2S2O8的饱和溶液,冷却至4℃,得到K2S2O8的结晶体,于50℃条件下干燥后,配制质量浓度为40g/L的K2S2O8溶液,按照2.5章节的方法进行试验,试验结果见表8。由实验结果可见,K2S2O8一次重结晶后,对于空白值的影响大大降低。但空白吸光度仍然高于0.030。2.7ks2o8试剂将2.6章节中配制得的K2S2O8一次重结晶,用水浴加热的方法,在50℃下,制的K2S2O8饱和溶液,冷却至4℃,得到K2S2O8的二次重结晶体,于50℃条件下干燥后,配制质量浓度为40g/L的K2S2O8溶液,按照2.5章节中的方法进行试验,试验结果见表9。由实验结果可见,K2S2O8二次重结晶后,对于空白值的影响大大降低。目前K2S2O8试剂的产品质量标准为GB/T641—94《化学试剂过二硫酸钾(过硫酸钾)》,按照标准要求,分析纯K2S2O8试剂中的K2S2O8质量分数应大于99.5%,其杂质中TN质量分数应小于0.005%。而实际上部分生产厂家其产品中的TN可能会远远超过0.005%,再加上试剂启封后也有可能受到实验室内其他含氮物质的污染,因此对于K2S2O8试剂必须经过二次重结晶提纯后方可使用。2.8试验结果及分析用二次重结晶K2S2O8配制碱性K2SO4溶液,按照2.1章节中的方法进行空白实验,试验结果见表9。由实验结果可见,用二次重结晶K2S2O8进行空白实验,空白吸光度小于0.030,可以满足标准分析方法的要求。2.9ks2o8降解标准方法中要求的实验条件为,将样品加入比色管内,比色管置于医用手提蒸汽灭菌器中,加热,使压力表指针到1.1~1.4kg/cm2,此时温度达120~124℃,保持此温度0.5h。其目的在于:一方面将各种含氮化合物全部转化为硝酸盐(NO3-),一方面将K2S2O8全部分解。有研究证明K2S2O8在220nm处,有明显吸收,如果消解后K2S2O8未完全分解,也可造成空白吸光度偏高。同时该研究还证明按照标准方法进行消解,即可保证K2S2O8完全分解。因此操作过程中如果严格按照标准方法要求进行试验,不会因K2S2O8残留而造成空白吸光度偏高。3对ks2o8试剂进行提纯实验表明,碱性K2SO4消解紫外分光光