碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定水中总氮影响因素探讨.ppt

'杭州市环境监测中心站2016年杭州市环监系统内部培训会陈峰2016年10月碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定水中总氮的影响因素探讨 10%01第一部分方法原理与实验要点60%03第三部分影响因素探讨30%02第二部分注意事项主要内容 10%01TN方法原理与实验要点第一部分 分解氧化测定计算在60℃以上的水溶液中，过硫酸钾会分解产生硫酸氢钾和原子态氧，硫酸氢钾在溶液中离解而产生氢离子，故在氢氧化钠的碱性介质中可促使分解过程趋于完全。分解出的原子态氧在120-124℃条件下，可使水样中含氮化合物的氮元素转化为硝酸盐，并且在此过程中有机物同时被氧化分解。可用紫外分光光度法于波长220和275nm处，分别测定吸光度A220及A275，按A=A220-2A275计算校正吸光度A。按A的值查校准曲线并计算总氮(以NO3－N计)含量。一、方法原理与实验要点1方法原理 一、方法原理与实验要点2实验要点1.1总氮样品可贮存在玻璃瓶中。在水样采集后立即放入冰箱中或低于4℃的条件下保存，但不得超过24h。水样放置时间较长时，可在1000mL水样中加入约0.5mL硫酸，酸化到pH值小于2，并尽快测定。但分析样品时需用氢氧化钠溶液和硫酸溶液调节pH至5～9。1.2本方法对试剂纯度、实验条件控制等要求比较严格，实验空白要达到校正吸光度小于0.030的要求。实验时要注意A275与A220的比值，一旦出现A275/A220>20%的情况，一般怀疑是试剂或水的纯度有问题，应当立即检查。注意1、水样pH要调节至5～92、实验空白校正吸光度应小于0.030 一、方法原理与实验要点2实验要点1.3消解液中需要加入1.0mL（1+9）盐酸溶液。在消解过程中，碱性过硫酸钾溶液中的OH-大部分与过硫酸钾分解产生的H+中和，但可能会有少量OH-剩余，而OH-在220nm波长处有吸收，会干扰测定，因此加入盐酸溶液以中和剩余OH-，消除干扰。另外也可以减少碳酸根的干扰！1.4水样消解后如果出现浑浊、有颗粒物，应离心或者静置过夜自然沉降后取上清液比色分析。注意最好不要抽滤，抽滤容易让结果偏低8.02-16.4%。（6次重复实验）多次实验表明：静置过夜12小时，结果比离心偏低8-11%左右，偏低的原因在于275nm处的吸收峰比较高，静置过夜24小时，结果偏低2-5%左右，所以静置过夜最好是24小时。离心涉及到转速和时间，实验表明4000转，15-20分钟能保证离心的效率。 30%02TN注意事项第二部分 2.1实验环境的控制注意事项1本实验要在无氨环境下进行，不能与用氨水、硝酸以及其他氨盐类试剂的分析项目安排在一个实验室内，否则会使测定结果偏高。2所用的器皿如压力蒸汽消毒器或者高压灭菌锅、比色管、纱布等均应清洗干净，特别是做完高浓度样品后，影响更大。 2.2实验用水对空白值的影响注意事项总氮的实验过程中对水的要求较为严格，国家标准测定方法要求整个总氮分析过程要使用无氨水，其制备方法可采用酸化蒸馏。我们现在一般用超纯水代替无氨水，且测定效果好。另外，由于实验室中氨水、硝酸和其他氨盐等试剂易挥发出氨气，重新溶解到实验用水中，经加热氧化后生成硝酸盐使空白值偏高，因此在实验中最好选择刚制备的超纯水。 2.3试验用玻璃器皿的洁净度注意事项试验用玻璃器皿的洁净程度对空白值也有一定程度的影响。消解过程中，玻璃壁上难以清洗的有机物及其他物质混入介质中而使空白试验值偏大。用酸浸泡玻璃器皿，且玻璃器皿清洗干净后一定要控干后使用，可使空白吸光度值低于0.020。实验室最好准备两套器皿用于高低浓度水样的测定，以防低浓度样品被沾污。放置时间过长的玻璃器皿拿来使用前应该重新刷洗干净后再使用。 可分别称取过硫酸钾和氢氧化钠，两者分开配制，再混合定容（HJ636—2012）12先配制氢氧化钠溶液，待其温度降到室温（或者30℃左右）后再加入过硫酸钾溶解。2.4试剂的配制、存放注意事项碱性过硫酸钾的配制过程十分重要，绝不能盲目加热，加热最好采用水浴加热法，且水浴温度一定要低于60℃，否则过硫酸钾会分解失效。配制该溶液方法1、配制过程要缓慢加水，同时不断搅拌。2、试剂过硫酸钾易吸潮，放出氧气，因此，为防止失效最好将其放在干燥的环境中。注意实验表明，室温25℃下，在1000mL烧杯中，15g氢氧化钠溶于400mL水，搅拌15秒后最高水温为38℃左右，可用该溶解热来溶解过硫酸钾，不会让过硫酸钾分解。 2.5实验室用水及试剂的质量检验注意事项（1）水的检验：将所有待选的实验室用水用石英比色皿分别在220nm和275nm波长处测其吸光度，按A220－2A275对其吸光度进行修正，以修正后吸光度值最小的水为实验用水，要达到校正吸光度小于0.030。（2）试剂检验：将所有待检的过硫酸钾、氢氧化钠按其在实验时消解定容后的溶液中的含量分别配成相应溶液浓度的溶液，以该溶液作为样品，分别测定其氨氮、硝酸盐氮的吸光度，选择吸光度最低者可用。第三部分的影响因素探讨中将介绍实验用水的检验 2.6碱性过硫酸钾溶液的影响注意事项（1）影响实验空白的最主要因素是过硫酸钾的纯度，过硫酸钾纯度高，空白值较低，氧化性较强；测定过硫酸钾的空白值小于0.030时，可认为氧化剂的纯度达到要求；当空白值偏高时则认为氧化剂纯度偏低。过硫酸钾试剂的质量直接影响总氮测定的结果，故对不同厂家的不同批号的过硫酸钾试剂均需进行空白检验，才可投入使用。第三部分的影响因素探讨中将介绍过硫酸钾溶液的影响 2.6碱性过硫酸钾溶液的影响注意事项（2）研究发现，随着碱性过硫酸钾浓度的增高，其空白值也相应增大。故在样品测定过程中，应在保证消解完全的前提下，选择尽可能少的碱性过硫酸钾。（3）碱性过硫酸钾存放时间过长，也会影响到测定结果。碱性过硫酸钾存放3天对结果基本无影响，存放7天以上就会有较大偏差，故碱性过硫酸钾配置好后不能放置超过7天（特别在夏天），最好不超过3天。另有文献研究发现，在恒温箱(20℃)内存放一周的碱性过硫酸钾溶液与新配制的溶液对标样作对比测定，结果之间无显著性差异，故可置恒温箱内保存。 2.7消解时间和温度的控制注意事项（1）过硫酸钾在220nm波长处有强吸收，当过硫酸钾分解不完全（即使剩余1%）时都会严重干扰测定。过硫酸钾是否消解完全主要取决于消解时间的控制，因此一定要等消解温度达到120℃后持续消解30min（有人建议40-45min），才能使过硫酸钾分解完全。在测定过程中，如果空白偏高，而其他影响因素可以排除时，要考虑过硫酸钾是否分解完全，必要时增加消解时间后进行测定。（2）消解温度的控制中，压力蒸汽消毒器或者高压灭菌锅的温度必须严格控制在120-124℃间，相应压力为1.1-1.4kg/cm3，如果压力不足，会造成过硫酸钾分解不完全，致使空白值过高。 2.7消解时间和温度的控制注意事项（3）使用压力和温度控制比较好的压力蒸汽消毒器或者高压灭菌锅，并定期校核压力表。使用民用压力锅时，应检查橡胶密封圈，使不致漏气而减压。为了获得较好的实验结果，高压锅最好仅供总氮总磷测定使用，不做其他(如细菌测定试剂的消毒，这个影响最大)，而且每次消解前对高压锅进行清洗，更换里面的水。注意校核压力也需要质检院这些有资质的机构出具校准报告。 2.8废水中NH3-N值高于总氮值注意事项NH3-N是水中的氨态氮含量，总氮是水中的有机氮和无机氮的含量之和，理论上同一水样的NH3-N值不可能高于总氮值，而在实际测定时，如果废水中氨态氮的含量较高，则易出现NH3-N值略高于总氮值现象。部分人认为这种现象的初步原因是在碱性介质中，氨态氮以氨气形式逸散在比色管气相中，此时测出的总氮是NO3-N、NO2-N及部分NH3-N之和。第三部分将介绍氨氮转化为硝酸盐氮的效率实验 2.9地表水样品硝酸盐氮略高于总氮注意事项硝酸盐氮通常是含氮有机物经无机化作用后最终的分解产物，总氮是水中的有机氮和无机氮的含量之和，理论上同一水样的硝酸盐氮值不可能高于总氮值，而在实际测定时，如果地表水中硝酸盐氮的含量非常高时，则有时会出现硝酸盐氮值略高于总氮值现象。当然，出现这种现象的概率还是比较低，原因也比较难分析，为此第三部分的影响因素探讨中将初步探寻可能潜在原因。第三部分将初步探寻硝酸盐氮值高于总氮值的可能原因 2.10干扰的消除注意事项（1）水样中含有六价铬离子及三价铁离子时，可加入5％盐酸羟胺溶液lmL～2mL以消除其对测定的影响。（2）碘离子及溴离子对测定有干扰。测定20μg硝酸盐氮时，碘离子含量相对于总氮含量的0.2倍时无干扰；溴离子含量相对于总氮含量的3.4倍时无干扰。（3）碳酸盐及碳酸氢盐对测定的影响，在加入一定量的盐酸后可消除。 2.10干扰的消除注意事项（4）测定悬浮物较多的水样时，在过硫酸钾氧化后可能出现沉淀。遇此情况，可吸取氧化后的上清液进行紫外分光光度法测定。（5）某些含氮有机物在方法消解条件下不能完全转化为硝酸盐氮，也会使测定结果低于实际值。（6）由于校正吸光度计算公式为经验公式，因此有些样品不能使用本方法测定，可以采用气相分析光谱法或酚二磺酸分光光度法测定。A=A220-2A275为经验公式，哪些复杂样品会不适合？？？离心或静置过夜第三部分将介绍碱性过硫酸钾对有机氮的消解能力实验 2.11消解后开塞前颠倒混匀?注意事项在标准HJ636—2012中，试样在消解后开塞前，增加颠倒混匀操作步骤。有部分人认为，增加颠倒混匀步骤后，空白值和样品测定结果会更稳定。也有部分人认为消解后开塞前混不混匀对测定结果并不存在差异，反而颠倒混匀，瓶塞容易挂液，给操作带来不便。经过多次实验，个人认为颠倒混匀加不加这个动作对实验结果影响不大。注意 60%03TN影响因素探讨第三部分 偶有发生的地表水样品中总氮略低于硝酸盐氮、废水样品中总氮略低于氨氮现象？实验用水影响因素探讨过硫酸钾对测定结果影响氨氮转化硝酸盐氮效率实验碱性过硫酸钾消解能力实验总氮质控样成分分析实际水样分析 1进口超纯水由美国密理博A10超纯水系统制备的超纯水，校正值为0.014，为最优。2新国产超纯水国产设备新制备的超纯水，校正值为0.0153旧国产超纯水4哇哈哈纯净水3.1影响因素探讨-实验用水.密封保存的国产设备制备的超纯水，，校正值为0.016校正值为0.017 过硫酸钾品质的好坏，直接决定空白吸光度及数据是否达标。已有实验证明多数国产厂家过硫酸钾的空白吸光度值直接超出HJ636-2012质控要求。建议总氮所用的过硫酸钾采用德国默克、Sigma、Fluka等公司生产的过硫酸钾试剂，其空白值均能满足要求。国药集团生产的过硫酸钾试剂(GR)是否符合要求？看批次。3.2影响因素探讨-过硫酸钾对测定结果的影响0102 样品编号吸光度AA校A校-A空白样品含量加标量氧化效率A220A275（A220-2A275）A空白=0.023(μg)(μg)(%)氨氮100ug0.9530.0040.9450.92289.6100.00089.60.9510.0040.9430.92089.4100.00089.4氨氮50ug0.5170.0040.5090.48647.350.00094.60.5150.0050.5050.48246.950.00093.8氨氮10ug0.1400.0080.1240.1019.9010.00099.00.1370.0070.1230.1009.8110.00098.1氨氮转化为硝酸盐氮的效率实验1高中低3.3影响因素探讨-氨氮转化为硝酸盐氮的效率实验在总氮的曲线范围0-100μg内，氨氮含量增加确实会使回收效率变低，但回收率均大于89%。10mL水样中加入100μg、50μg、10μg三个水平的氨氮 3.3影响因素探讨-氨氮转化为硝酸盐氮的效率实验样品编号吸光度AA校A校-A空白样品含量加标量氧化效率A220A275（A220-2A275）A空白=0.023(μg)(μg)(%)氨氮100ug0.9510.0050.9410.91889.2100.00089.2氨氮90ug硝酸盐氮10ug0.9720.0040.9640.94191.5100.00091.5氨氮75ug硝酸盐氮25ug0.9890.0080.9730.95092.3100.00092.3氨氮50ug硝酸盐氮50ug1.0150.0061.0030.98095.2100.00095.2氨氮25ug硝酸盐氮75ug1.0350.0071.0210.99897.0100.00097.0氨氮10ug硝酸盐氮90ug1.0380.0041.0301.00797.9100.00097.9硝酸盐氮100ug1.0520.0051.0421.01999.0100.000/氨氮转化为硝酸盐氮的效率实验2在总氮的曲线范围内，氨氮转化为硝酸盐氮的效率一般要大于89%，氨氮：硝酸盐氮比值越低其转化率越高。所以废水样品氨氮明显高于总氮时，不应该简单地归结于碱性过硫酸钾较低的氧化能力。3.3影响因素探讨-氨氮转化为硝酸盐氮的效率实验 样品编号吸光度AA校A校-A空白样品含量加标量氧化效率A220A275（A220-2A275）A空白=0.023(μg)(μg)(%)DMF100ug0.9440.0200.9050.88285.7100.00085.70.9480.0140.9200.89787.2100.00087.2DMF50ug0.5420.0180.5060.48347.050.00094.00.5460.0140.5180.49548.250.00096.4DMF10ug0.1590.0180.1210.0989.6110.00096.10.1620.0180.1260.10310.110.000101表4-1DMF转化率实验对DMF、三甲胺、DL-甲硫氨基酸、苯胺、硝基苯等5类化合物进行有机氮消解能力实验，其中DMF、三甲胺代表低碳有机氮，DL-甲硫氨基酸代表氨基酸类有机氮，苯胺、硝基苯代表芳香烃类有机氮。曲线范围内对DMF氧化效率大于85.7%。高中低3.4影响因素探讨-碱性过硫酸钾消解能力实验 样品编号吸光度AA校A校-A空白样品含量加标量氧化效率A220A275（A220-2A275）A空白=0.023(μg)(μg)(%)三甲胺100ug0.7920.0180.7560.73371.3100.00071.30.7660.0140.7380.71569.5100.00069.5三甲胺50ug0.4180.0110.3960.37336.350.00072.60.4250.0140.3970.37436.450.00072.8三甲胺10ug0.1240.0100.1040.0817.9610.00079.60.1290.0110.1070.0848.2510.00082.5表4-2三甲胺转化率实验三甲胺具有叔胺的典型性质，包括成盐、氧化，三甲胺的结构还是较为稳定。曲线范围内，碱性过硫酸钾对三甲胺的氧化效率大于69.5%。3.4影响因素探讨-碱性过硫酸钾消解能力实验 样品编号吸光度AA校A校-A空白样品含量加标量氧化效率A220A275（A220-2A275）A空白=0.023(μg)(μg)(%)DL-甲硫氨基酸100ug0.4800.0050.4700.44743.5100.00043.50.4700.0040.4620.43942.7100.00042.7DL-甲硫氨基酸50ug0.2490.0040.2410.21821.350.00042.60.2700.0050.2600.23723.150.00046.2DL-甲硫氨基酸10ug0.0950.0030.0890.0666.5010.00065.00.0910.0030.0850.0626.1210.00061.2表4-3DL-甲硫氨基酸转化率实验甲硫氨基酸是构成人体的必需氨基酸之一，参与蛋白质合成。曲线范围内，碱性过硫酸钾对DL-甲硫氨基酸氧化效率为42.7-65.0%，氧化能力一般。3.4影响因素探讨-碱性过硫酸钾消解能力实验 样品编号吸光度AA校A校-A空白样品含量加标量氧化效率A220A275（A220-2A275）A空白=0.023(μg)(μg)(%)苯胺100ug0.9740.0090.9560.93390.7100.00090.70.9610.0110.9390.91689.0100.00089.0苯胺50ug0.5250.0100.5050.48246.950.00093.80.5190.0100.4990.47646.350.00092.6苯胺10ug0.1420.0080.1260.10310.110.0001010.1380.0080.1220.0999.7110.00097.1表4-4苯胺转化率实验苯胺是最重要的芳香族胺之一。主要用于制造染料、药物、树脂。曲线范围内，碱性过硫酸钾对苯胺氧化效率为89.0-101%，氧化能力很强。3.4影响因素探讨-碱性过硫酸钾消解能力实验 样品编号吸光度AA校A校-A空白样品含量加标量氧化效率A220A275（A220-2A275）A空白=0.023(μg)(μg)(%)硝基苯100ug3.7236.207-8.691-8.714-845.92100.000-8453.5686.221-8.874-8.897-863.69100.000-863硝基苯50ug3.1314.624-6.117-6.140-596.0250.000-11923.1064.515-5.924-5.947-577.2850.000-1154硝基苯10ug2.7382.942-3.146-3.169-307.5710.000-30752.7152.938-3.161-3.184-309.0310.000-3090表4-5硝基苯转化率实验硝基苯是苯分子中一个氢原子被硝基取代而生成的化合物，它在水中具有极高的稳定性。曲线范围内，碱性过硫酸钾对硝基苯氧化效率小于-845%，未消解的硝基苯存在负干扰。3.4影响因素探讨-碱性过硫酸钾消解能力实验 对DMF、三甲胺、DL-甲硫氨基酸、苯胺、硝基苯等5类化合物进行有机氮消解能力实验，其中对苯胺、DMF氧化效率较好，对三甲胺、DL-甲硫氨基酸氧化效率一般，硝基苯存在负干扰。3.4影响因素探讨-碱性过硫酸钾消解能力实验 对未消解的质控样203223、203225、203226、2003227（以前批次）测定氨氮和硝酸盐氮，结果表明总氮质控样未含上述两个物质，而在离子色谱图中出现大量乙酸根离子，结合氨基乙酸在碱性过硫酸钾条件下具有很高的转化率并且氨基乙酸样品的均匀性、稳定性都良好这些特点，基本可推测质控样应为氨基乙酸类物质。氨基乙酸非常容易被碱性过硫酸钾氧化，因此在一定程度上说，氨基乙酸作为总氮质控样的准确测定对于验证总氮结果的准确性、精密性起着关键作用，但它并不意味着实际水样中的总氮能真正地准确分析。3.5影响因素探讨-总氮质控样成分分析12 对5个地表水样品进行总氮和硝酸盐氮的测定，碱性过硫酸钾消解后取上清液同时用紫外分光光度法和离子色谱法测定水中总氮。紫外分光光度法与离子色谱法分别测定同一消解水样的总氮存在10%左右偏差，假设经验公式适合所有地表水水体，那么造成偏差的可能原因为地表水中硝基苯、硝基氯苯等化合物的存在使紫外分光光度法测定结果偏低，而离子色谱法能用色谱柱有效地分离化合物，可降低复杂的基体对分析结果的影响。样品编号硝酸盐氮-离子色谱总氮-离子色谱总氮-紫外分光(mg/L)(mg/L)(mg/L)九溪1.683.443.12南星1.692.552.54赤山埠1.762.502.27渔山1.732.371.91祥符2.663.473.23表5实际水样分析3.6影响因素探讨-实际地表水水样分析不存在体系误差 1、实验用水、试剂纯度不是地表水样品中总氮与硝酸盐氮倒置、废水样品中总氮与氨氮倒置的主导因子。2、碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定水中总氮的方法与硝酸盐氮方法以及氨氮方法均能较好比对，不存在体系间的巨大偏差。在曲线范围内，氨氮的转化为硝酸盐氮的效率要大于89%，氨氮：硝酸盐氮值越低其转化率越高。3、碱性过硫酸钾对氨氮、DMF、苯胺具有很强的氧化能力，对三甲胺、DL-甲硫氨基酸也均具有一定的氧化能力，但碱性过硫酸钾不能氧化硝基苯，未消解的硝基苯对实验结果存在负干扰。4、地表水复杂的基体（如硝基苯、硝基氯苯的存在）可能是造成紫外分光光度法测定总氮结果偏低的潜在原因。3.7影响因素探讨-总结 ThankYou!陈峰QQ:736656261杭州市环境监测中心站感谢各位同仁'