一文了解過硫酸鉀與氫氧化鈉測總氮

　　1 引言

　　總氮是衡量水質的重要指標之一。如果大量的生活污水、農田排水或含氮的工業廢水排入水體，會使水中有機氮和各種無機氮的含量增加，生物和微生物類大量繁殖，消耗水中溶解氧，使水體惡化。并且當湖泊、水庫中含有比例失調的氮、磷類物質時，還會出現富營養化狀態，造成浮游植物繁殖旺盛，甚至會出現水華現象。

　　總氮的測定方法一般是用過硫酸鉀氧化水樣中的有機、無機含氮化合物，使之轉化為硝酸鹽后，再以紫外法、偶氮比色法，以及離子色譜法或氣相分子吸收法進行測定。

　　總氮的測定雖說簡單，然而也很容易出現各種問題，現將在實際工作中可能遇到的幾個需要注意的事項總結出來與各位同仁共同探討。

　　2 注意事項

　　2.1 選用質量較好的比色管

　　由于總氮在用過硫酸鉀氧化的過程中，需要使用高濃度的NaOH溶液來中和過硫酸鉀釋放出來的氫離子，使過硫酸鉀分解完全：

　　K2S2O8+H2O→2KHSO4+1/2O2

　　KHSO4→K++HSO4-

　　HSO4-→H++SO42-

　　可是NaOH也能與玻璃中的二氧化硅發生反應生成硅酸鈉而粘住瓶口。這個過程又是在高溫高壓的環境中完成的，所以比色管的質量是首先需要考慮的問題。由于市場上同樣的產品質量良莠不齊，因此把好進貨關，不要使用質量差的產品，是做好實驗的第一步。筆者曾使用過一批比色管，消解結束從高壓鍋里取出時，卻無法打開瓶塞，有的比色管即使能打開，可時間長了，瓶塞也會被嚴重腐蝕，出現斷裂、殘缺等現象，這樣的管子在消解時就會漏氣，使結果出現較大的誤差。

　　高一平等通過實驗證明，旋塞比色管的密閉性要好于普通的具塞比色管。在做高含量氨氮的水樣時，其良好的密閉性可以保證氨氮在消解時轉變為硝酸鹽的過程中產生的中間產物氨氣沒有損失。

　　2.2 合理放置堿性過硫酸鉀溶液

　　環境保護部“HJ636-2012”中規定，配制堿性過硫酸鉀時，“稱取40.0g過硫酸鉀溶于600mL水中；另稱取15.0g氫氧化鈉，溶于300mL水中。待氫氧化鈉溶液溫度冷卻至室溫后，混合兩種溶液定容至1000mL，溶液存放在聚乙烯瓶中，可保存一周”。NaOH的作用是中和過硫酸鉀分解時釋放出來的氫離子，使這個分解反應過程可以持續地進行下去，因此如果將兩種藥品配制在一起，反而會加速過硫酸鉀的變質，降低需要的氧化能力。筆者認為分別配制、分別貯存更好，做實驗時再分別加入到比色管中，這樣配制好的過硫酸鉀溶液缺少了NaOH的“推波助瀾”，這個分解反應就沒有了繼續進行下去的“動力”，也就更有利于過硫酸鉀的保存。

　　2.3 選擇合格的過硫酸鉀和 NaOH

　　堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法測定總氮，主要需要兩種試劑：過硫酸鉀和NaOH。由于不同品牌的過硫酸鉀含氮量差別很大，其質量是否過關，對整個實驗的影響非常大，也是關系到整個實驗成敗的決定性因素。

　　如果一時無法買到合格的產品，建議對現有的過硫酸鉀重結晶2～3次方可使用：在大燒杯中加入適量的無氨水或新制備的去離子水，在60℃的水浴中加熱，逐漸加入過硫酸鉀，直到不能溶解為止，然后將飽和溶液于室溫中冷卻，再放入冰箱中，于4℃進行重結晶，棄去上清液，用新鮮的去離子水清洗幾遍，重復2～3次即可。最后在烘箱中低溫烘干，整個過程要避免二次污染。提純后的過硫酸鉀保存在干凈的干燥器中備用。

　　有的廠家生產的NaOH會含N，雖然這種情況較少，但也有可能會碰到，如果在實驗時過硫酸鉀沒有問題，則應檢查NaOH是否合格。

　　2.4 清洗比色管

　　比色管的清洗也非常重要。如果管壁上的含N化合物清洗不干凈，實驗時就會在高溫、高壓狀態下進入樣品中而造成誤差。張瑛等曾對利用不同的清洗方法清洗的比色管進行了空白測定。實驗表明：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，用洗潔精清洗的比色管的空白吸光度是0.035，用10%的鹽酸浸泡過的比色管的空白吸光度是0.015。毫無疑問，用10%鹽酸浸泡比色管的清洗方法明顯要好于其他兩種清潔方法。因此比色管在平時不用時最好浸泡在10%的鹽酸溶液中，待使用時再分別用蒸餾水和無氨水清洗、控干。

　　2.5 延長消解及冷卻的時間

　　大量的實驗表明，“HJ636-2012”中規定的“120℃開始計時，保持溫度在120～124℃之間30min”太短，這樣一些復雜的含N化合物不能完全轉化為硝酸鹽，會出現結果偏低的現象。（這也是在水樣的測定中，總氮含量經常會低于其他N之和的原因之一；另一個原因是在消解時，氨氮在轉化為硝酸鹽的過程中產生的中間產物氨氣逸出，會損失一部分氮。）因此筆者建議適當延長消解的時間，至少要在40min以上，50min更好。

　　曹軼男等和陳瑛等均通過實驗證明，高壓鍋消解后的冷卻方式及冷卻時間也都會對實驗結果產生影響。實驗表明，當消解結束后高壓鍋不應馬上打開，而應待其壓力減低到安全壓力后取出，然后在室溫下冷卻2h（期間按住管塞將比色管中的液體顛倒混勻2～3次），此時的空白值最低，且樣品也具有良好的穩定性。

　　3 結語

　　本文總結了幾點在總氮測定時應該注意的事項。在實驗時，比色管的選擇和清洗，試劑的配制和放置以及消解時間和冷卻時間的長短，都會對實驗結果產生影響。除此以外，筆者建議，要在做每一批樣品時，都同時做一條工作曲線和定值樣品。這樣，實驗的水樣和標準溶液、標準樣品都是在同一種狀態下消解、處理、比色，具有可比性，數據也會更加讓人信服。