碱性过硫酸钾氧化_紫外分光光度法测水体总氮

第一作者:胡雪峰,男,1968年出生,博士后,副教授。

*国家自然科学基金(No.49831070)和上海市教委重点学科基金资助项目。

碱性过硫酸钾氧化—紫外分光光度法测水体总氮
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胡雪峰 沈铭能　许世远
(上海大学环境科学与工程系,　上海200072)　(华东师范大学地理系,　上海200062)
摘要　碱性过硫酸钾氧化—紫外分光光度法所用消化剂K 2S 2O 8在220nm 处有很强的吸收峰,在消解过程中应确保其分解
完全,否则即使其只有总量1%的残余,仍足以构成对比色测定的严重干扰。

NaOH 溶液在220nm 处也有吸光度,但加盐酸中和后即减弱。

消煮液的残余碱度对比色的干扰也可以同法消除。

关键词　碱性过硫酸钾　氢氧化钠　220纳米
Determination of total nitrogen in water by alkaline potassium persulfate oxidation -UV spectro photo metric method H u X uef eng ,et al .D ep ar tment of E nv ir onmental S cience and Engineer ing ,Shanghai U niver sity ,S hanghai ,200072
Abstract :K 2S 2O 8,which is used as a dig estiv e ag ent in the met ho d,can st ro ng ly abso rb 220nm U V -r ay.Co m-plete decomposit ion o f it into K 2SO 4sho uld be ensur ed befor e co lo r imetr ic deter mination;o therw ise,t he r emnant s,even only o ne per cent o f the t otal ,w ill sev erely dist ur bed the analysis .N aOH so lution also abso rbs 220nm U V -r ay;ho wev er ,such disturbance a bso rbance w ill g et w eak if it is neutr alized by HCl.T he distur bance of the r emnant alkaline in t he dig estiv e so lution to co lor imetr ic estimat ion w ill be eliminated w ith the metho d.
Keywords :K 2S 2O 8　N aO H 220nm U V -r ay
随着人类活动的加剧,越来越多的江河、湖泊、海湾由于受氮磷等营养物质的污染而呈现出富营养化态势,成为当今一大环境问题。

总氮是国际公认的衡量水体富营养化程度的重要指标之一,它是指水体中有机氮和无机氮(NH +
4+NO -3+NO -
2)含量的总和。

碱性过硫酸钾氧化—紫外分光光度法是水体总氮测定的国家标准方法[1]。

该方法操作简单,准确度高,而且不用加强酸、强碱,以及汞盐等对环境危害物质,与其他方法相比有明显的优势[2]。

这一方法可分成两个过程:氧化消解部分——地面水中绝大部分氮化合物均能被碱性过硫酸钾高温氧化成NO -3
[3,4]
已研究得较为成熟;用紫外分光光度法比
色测定消解液中NO -
3含量部分,还有一些问题可补充。

1　仪器和试剂
本试验所用仪器为UNICO
TM
WFZ U V -2102
型紫外可见分光光度计,测试波段范围200～1000nm 。

所用化学试剂均为符合国家标准的分析纯。

下文出现的样品吸光度值均为4个以上重复样的平均值。

2　结果与讨论
2.1　消化剂在220nm 处有吸收峰
按照文献[1]所论述的方法,消化剂含40g /L K 2S 2O 8和15g /L NaOH 。

然而,表1表明,较高浓度的K 2S 2O 8和NaOH 溶液在220nm 和275nm 处均有较大吸光度,尤其是在220nm 处的吸收更为强烈。

由于前人尚未提及这一问题,因而有必要对消化剂本身可能对比色结果产生的干扰,作一些讨论。

表1　K 2S 2O 8、NaOH 、K 2SO 4溶液的吸光度
消化剂浓度/g ・L -1
A 220nm A 275nm K 2S 2O 8
40极限值0.7964极限值0.0780.40.2640.0080.040.0290.000.004
0.004
0.00NaOH
20数分钟内由1.033L 至1.159L ,并继续上升
0.00910
0.5600.00910.0730.0030.10.0160.0020.010.0050.001K 2SO 4
40
0.022
0.013
・
40・　环境污染与防治　第24卷　第1期　2002年2月
2.2　消化剂对比色可能产生的干扰及消除
首先讨论碱的问题。

NaOH溶液浓度达20/g・L时,在220nm处有很大的吸光度,而且在数分钟内迅速增强,见表1。

吸光度的增强,可能与强碱溶液吸收空气中的CO2,而使溶液中CO2-3浓度不断增高有关;但上述强碱溶液用盐酸中和至pH6～7,A220nm降为0.036;A275nm为0.018。

NaOH 溶液在浓度为1g/L时,在220nm处仍有很大吸光度;而未消解的空白对照液NaOH浓度>3g/L,消解过程中,大部分OH-会被K2S2O8释出的H+中和。

为了研究消化液的残余碱度可能对测定产生的影响,对空白消煮液进行验证。

空白样(去氮蒸馏水)按标准方法加碱性过硫酸钾消化剂消煮后,加1 mL1∶9HCl酸化再比色,A220n m为0.024,A275n m为0.008;若不加HCl酸化直接比色,A220nm达0.128; A275nm为0.009。

这说明测试液的残余碱度对比色的干扰,在按规定加盐酸酸化后可消除。

K2S2O8溶液在220nm处有比碱更强的吸收峰,在浓度较高情况下,吸光度可达极限值;即使在0.4g/L的低浓度,A220nm仍达0.264;相比之下, K2SO4溶液在220nm处的吸收很弱,见表1。

取空白样10mL,加40g/L的过K2S2O85mL,定容至25m L,测得A220nm为极限值;稀释10倍后,A220n m 为0.596,A275nm0.019;稀释50倍后,A220nm0.121, A275nm0.005;稀释100倍,A220nm0.059,A275n m 0.003。

这说明消解液中只要有原量1%的K2S2O8残余,就足以对比色产生严重干扰。

因此消化过程中应尽量使K2S2O8分解转化成K2SO4,以消除其对测定结果的影响。

消化过程中K2S2O8能否分解完全,关键取决于消煮时间和温度。

K2S2O8在40℃以上即可自动分解,显然其在高温区持续越久,分解越完全。

前人的研究已表明,K2S2O8在120℃下,30min可分解完全[3,4]。

笔者按照文献[1]的方案,让空白样在120～124℃消化20min,发现其A220nm仍达极限值,说明仍有好大一部分K2S2O8未分解;而消化30m in后, A220nm为0.026,此时K2S2O8基本分解完全,见表2。

文献[5]表1中也有一组类似的实验数据;加碱性K2S2O8的空白消解样在消化时间为5、10、20、30、40 min时,消光度(A=A220-A275×2)分别为0.160、0.023、0.020、0.010、0.0090在5～20m in间,A值较大,主要是由于残余K2S2O8对比色的干扰,但作者在原文中未指出这个问题。

表2　空白样在120～124℃消煮时间的消光值吸光度
t/min
51015202530 A220nm极限值极限值极限值极限值0.1040.026
A275nm0.2210.1730.1450.1150.0080.007
不仅如此,消煮过程也会对K2S2O8的分解产生影响。

两组空白样一组按常规方法放入医用灭菌锅,在室温下加热,至120～124℃处消煮0.5h后,冷却测定,A220nm为0.022,A275nm为0.007,与表2结果接近;另一组先把灭菌锅水煮沸后,再放样品,在120～124℃处消化0.5h后,迅速放气取出测定,其A220nm为0.093,A275n m为0.008。

而后一组样在继续消煮一段时间后,A220nm降为0.028,A275nm为0.007。

两种方法在120～124℃的消煮时间相同,但后一种方法升降温时间短,总消化时间也缩短,结果导致了K2S2O8的分解不完全而影响比色测定,因此不宜采用。

在消解液用紫外分光光度法比色时,若空白样背景值过大(一般A>0.050),在试管和试剂的污染又能排除的情况下,可以认为是残留的K2S2O8对比色产生了干扰。

这时唯一的补救办法,就是把样品继续消煮一段时间。

3　结　论
用国家标准方法测水体总氮,当操作不慎时,消化剂可能对测定产生干扰。

若消煮不当,即使只有原量1%的K2S2O8残余,仍可对比色产生严重干扰。

消化液中的残余NaOH对比色的干扰,在按规定加盐酸酸化后即可消除。

参考文献
　1　GB11894-89水质——总氮的测定——碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法.1989
　2　林华荣.水中总氮测定方法的进展.环境科学,1989,10(3):53～58
　3　Folke Nydah l.On th e peroxodis ulphate ox idation of total ni-trogen in w ater s to nitrate.W ater Research,1978,12:1123～
1130
　4　林华荣.碱性过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定水中总氮.
环境科学与技术,1984,(4):21～24
　5　戴克慧,方颂椽,毛文佩等.碱性过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定地面水总氮.上海环境科学,1987,(5):24～27
(收到修改稿日期:2001-05-25)
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胡雪峰等　碱性过硫酸钾氧化—紫外分光光度法测水体总氮。