第三方环境检测实验室中水质总氮实验问题及解决方案.pdf

专题与综述-160-第三方环境检测实验室中水质总氮实验问题及解决方案王艳瑶（北京华成星科检测服务有限公司，北京 101102）摘要：根据现在第三方环境检测公司常用的实验标准，水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（HJ 636-2012）进行分析，重点分析了实验过程中不同情况下总氮实验的特点，影响最终实验结果的因素及解决方案，以及常见的第三方实验室分析时遇到的常见问题。本文从实验情况出发，概括实验中的各个问题及解决办法，同时进行比较分析。关键词：第三方；环境检测；水质总氮实验中图分类号：TS5 文献标志码：A DOI：10.20025/ki.CN10-1679.2023-19-55Problems and Solutions of Water Quality Total Nitrogen Experiment in the Third-Party Environmental Testing LaboratoryWang Yanyao(Beijing Huacheng Xingke Testing Service Co.,Ltd.,Beijing 101102,China)Abstract:According to the experimental standard,commonly Used by Third-party Environmental testing Companies(HJ 636-2012),this paper analyzes the determination of total nitrogen in water by alkaline potassium persulfate digestion ultraviolet spectrophotometry,focusing on the characteristics of total nitrogen experiments under different conditions,factors affecting the fi nal experimental results and solutions,and common problems encountered in third-party laboratory analysis.Based on the experimental situation,This paper summarize the problems and solutions in the experiment and make a comparative analysis.Key words:third party;environmental inspection;water quality total nitrogen experiment引言总氮是指水中以游离态或结合态存在的氮，主要来自于工业废水和生活污水、农业污水、粪便和工业废水中有机物的分解及硝酸盐还原等。水中氮的化合物是由氮和氧组成的，水中含有大量的游离态的氮化物，由于氮化物有致癌作用，因此，测定水中游离态氮是非常重要的。1实验原理水中存在的游离态氮会随着时间而逐渐增加，因此必须在较短时间内测定出水样中游离态氮含量。总氮测定采用微波消解法，通过微波消解将水样中存在的总氮转化为能被碱性品红和二苯碳酰二肼还原成气态氮的形式，然后在碱性溶液中用盐酸-硝酸-高氯酸溶液去除水样中剩余的氨，并将消耗掉的高氯酸回收。用火焰光度法测定总氮含量，主要是由测定火焰光度法需要用到高氯酸-硫酸铜试剂，在高温高压下将高氯酸分解为高氯酸盐和氧化铜。在酸性条件下，高氯酸盐转化成氧化铜和铵盐。铵离子被吸收后生成蓝色化合物，进而用溴化钾标准溶液滴定吸收液中剩余的氨。最后根据吸光度值计算出样品中总氮含量1。2实验过程2.1总氮测定方法的选择目前常用的总氮测定方法主要有比色法和微波消解法两种。比色法是利用强氧化剂将水中的亚硝酸盐氧化成硝酸盐，然后用还原剂将硝酸盐还原为亚硝酸盐，再用特定波长的光吸收测定其含量。微波消解法是将待测样品溶解于一定体积的酸溶液中，煮沸后冷却至室温，用微波消解炉进行消解，使样品中的有机物分解成易被氧化的化合物，并使硝酸盐转变为亚硝酸盐，用特定波长的光吸收测定其含量。由于消解过程中加入了强氧化剂（过氧化氢、高锰酸钾等），因此，微波消解法在总氮测定过程中的氧化剂用量比传统的消解法少得多。2.2实验仪器及设备总氮测定是采用分光光度法进行测定，常用的仪器设备有比色管、分光光度计、真空泵等。从经济方面考虑，应尽量减少仪器设备投入和维护费用。另外，也要考虑仪器设备对实验结果产生的影响。2.3实验用到的试剂总氮测定试剂主要是过硫酸钾和硫酸银溶液。过硫酸钾是 作者简介：王艳瑶（1995-），女，大专，研究方向：环境检测。专题与综述-161-强氧化剂，在使用时需注意其用量。硫酸银溶液则具有较强的还原性，在使用时需要注意用量。此外，总氮测定还需用到一定数量的显色剂，如亚甲蓝等。2.4样品预处理水样中所含氮元素可分为有机氮和无机氮两类，其中有机氮占70%80%。水样经煮沸后，有机氮以铵根离子形式被还原为氮气；无机氮则以硝酸盐的形式存在。对水样中所含氨氮类物质进行预处理是总氮测定方法中必不可少的环节之一。2.5水样采集总氮测定可以在现场进行，也可采取实验室分析方法进行测定。现场采集水样时要防止样品受到有机物污染或被动物、植物等所采食；实验室分析样品时则要注意仪器设备对样品的影响及对实验室分析结果造成的影响。具体步骤如下：（1）分别吸取0.50 ml、1.00 ml、2.00 ml、3.00 ml、5.00 ml、7.00 m1、8.00 ml硝酸钾标准使用溶液于25 ml比色管中，用无氨水稀释至10 ml标线。（2）加入5 ml碱性过硫酸钾溶液，塞进磨口塞，用纱布及纱绳裹紧管塞，以防止溅出。（3）将比色管置于压力蒸汽消毒器中，加热0.15 h，放气使压力指针回零。然后升温至120124 开始计时（或将比色管置于民用压力锅中，加热至顶压阀吹气开始计时），使比色管在过热水蒸气中加热0.5 h。（4）自然冷却，开阀放弃，移去外盖，取出比色管并冷至室温。（5）加入（1+9）盐酸1 ml，用无氨水稀释至25 ml标线。（6）在紫外分光光度计上，以无氨水作参比，用10 mm石英比色皿分别在220 nm及275 nm波长处测定吸光度。用校正的吸光度绘制校准曲线。3实验中遇到的常见问题第三方检测公司配置无氨实验室的重要性：一般实验室常规实验多，试剂杂，实验使用的紫外可见分光光度计也存在二手、新旧、国产等问题。易出现的问题：实验员同时测定项目较不固定，总硬度、挥发酚等实验接触氨水并暴露和易挥发在空气中，无机金属实验的前处理常用高浓度硝酸消解等的问题，直接影响水中总氮的测定，故需设置无氨室（独立通风橱、远离无机前处理室，单独水浴锅）等从各个方面想尽办法提高工作效率，缩短实验成本，保证利益最大化需要配置单独实验室，和单独通风系统。3.1实验环境及实验用水受到污染总氮测定实验的环境条件和用水水质要求相对较高，而总氮的测定又是一项对环境影响较大的工作，如果实验环境受到污染，造成水样中的氨氮、亚硝酸盐等物质含量偏高，就会影响到总氮测定的准确度。所以在实际工作中，需要对实验室进行规范管理，并对实验设备及用水进行定期检查和维护，确保实验环境和用水的洁净度。另外，实验室应保持通风良好、光线充足。尤其是在实验开始前，要保证实验室内有足够的通风。要严格控制好实验室内的温度、湿度和照度。保证实验室内通风良好，防止发生污染现象，避免微生物和化学污染对实验结果造成影响。3.2试剂纯度不符合要求对于试剂纯度问题，主要是指购买的试剂未达到国标规定的纯度要求，进而导致测定结果的不准确。因此，在日常工作中，应尽量选择信誉度高的厂商购买试剂。对于试剂纯度问题，一般可采用以下两种方法解决：一是到正规的试剂商店购买化学纯的总氮测定试剂；二是配制一定浓度的标准液，使用标准溶液标定总氮测定试剂，可保证实验室测试结果准确。此外，对于消解液或水样中有少量氯化物，应注意实验操作时避免其混入，否则会影响测定结果。3.3碱性过硫酸钾溶液失去氧化性碱性过硫酸钾溶液呈酸性，一般呈无色，有较强的氧化性。若其接触到蛋白质或有机物，会发生复杂的化学反应，生成有颜色的物质，从而使溶液呈现黄色。若溶液中加入过硫酸钾后立即产生黄色物质，应加入少量浓硫酸将其中和后再继续实验。若在测定过程中产生大量的黄色物质，应停止加碱，并用稀硫酸将溶液中的过硫酸钾中和后再继续实验。若加入少量浓硫酸后出现大量的黄色物质，则说明是样品中存在蛋白质或有机物。应对样品进行充分消解，去除蛋白质或有机物后再进行实验。若条件允许，可对水样进行23次消解后再使用碱性过硫酸钾溶液测定总氮。3.4取样及稀释方法不正确一般情况下，总氮样品的取样量为30 mL，稀释倍数为10倍。若稀释倍数过小，会导致测定结果偏低；若稀释倍数过大，则会造成测定结果偏高。因此在进行样品消解时，应控制好样品量，取量不足或过多均会导致总氮含量偏低。如水样中含铜、锌、锰等元素时，若水样消解后总氮含量不能达到水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（GB/T 7838-2008）中的要求，可以适当增加消解液的稀释倍数2。3.5消解方法不完全用过硫酸钾作为氧化剂，在120124的碱性环境中，不但能把水中的氨氮、亚硝酸盐氮氧化成硝酸盐氮，而且还能把水中的大多数有机氮化物氧化成硝酸盐氮。硝态氮和有机质均在220纳米的波长范围内，而有机质仅在275纳米的波长范围内。采用等值系数差分相减的方法，可有效地去除有机物质的干扰。转化是否完全，对监测效果有直接的影响。4解决方案（1）总氮不能与氨水、硝酸试剂药品同时使用，甚至有一些臭味较重，含氨类废水都应远离总氮实验。制定合理的采样计划，确定采样方法和采集样品的数量。保证采样过程中，样品不被污染。同时，还应该保证样品采集后及时运输到实验室专题与综述-162-进行预处理3。（2）总氮实验中，在实验室存放的定性、定量滤纸都应避免氨氮、总氮实验分析中使用，滤纸易附着本身也存在一定量的氨成分物质，实验中可用滤纸过滤氨氮实验空白管的变色情况能明显看到纳氏试剂加入后的颜色变化。（3）总氮实验用到的试剂、玻璃器皿甚至配制试剂使用到的钥匙、称量纸都应统一单独存放在无氨实验室专门的总氮柜子中，以免混用，导致碱性过硫酸钾配制受到污染。（4）总氮实验影响空白最主要的因素：碱性过硫酸钾的配制和使用，实验用水的重要性，实验过程中注意一切挥发性含氮不明气体溶于总氮实验用水中。（5）消解时使用的比色管应该使用配套的瓶塞，以确保密封良好，高压灭菌器降到压力为零后再打开，尽量趁热反复摇匀，这样使得氨气体在高温环境下融入消解液中，成为硝酸根离子，然后静置风干冷却，如此做到确保完全消解，降低空白值在合格的范围内（校正吸光度小于 0.030）。（6）校正后的空白吸光度若大于 0.030：一般情况为碱性过硫酸钾中过硫酸钾提纯不彻底影响，建议使用国外进口优级纯过硫酸钾，或国内优级纯过硫酸钾提纯两遍以上使用，若空白吸光度过大，大于2.000甚至仪器都测定不出来，此情况多数为高压灭菌锅压力和温度影响，一般是高压灭菌锅密封不严的问题，未按照标准中要求的工作压力不低于1.11.4 kg/cm，最高温度不低于 120124 ，并能保持 30 min 以上。由表1、表2可知：国产碱性过硫酸钾提纯一次较稳定，但校正吸光度大于0.030；提纯两次过硫酸钾吸光度较稳定，但不满足于稳定小于0.030；当提高消解时间，数据较稳定，也满足标准要求，但消解时间加长影响整个实验时长，而且当消解时间加长时打开高压灭菌锅后会出现比色管蹦塞或管壁有裂的情况；当消解压力1.1 kg/cm，整组吸光度不稳定，吸光度值大于1.0，无法计算。5结语在总氮含量测定中，微波消解分光光度法操作简便、快速、成本低、灵敏度高、回收率高，是目前常用的方法。对于第三方监测服务公司，提高效率最大程度地节约成本是一直遵循的基本原则，大多数第三方检测环境机构受到业务规模和业务类型的约束，在工作性质方面都存在着一定的重复性问题，导致机构人员在这种情况下无法有效提升自身的理论知识和实践检测技术能力4。总氮这种常规理化实验，既需要注重特殊要求并且对于判定水污染程度起到重要作用的指标，这是需要经验丰富的实验人员去操作来确保质量。随着国内环境问题也逐渐凸显并受到人们的重视，与此同时，国内环境检测行业也在这种环境下不断取得进步。对此，第三方检测机构应紧跟时代的步伐，保质保量发现进步成长。对于重要的水污染判定指标，应提高检测质量，增强实验效率。表1同一组污水处理厂出口水样品校正吸光度测定情况条件校正吸光度Ar国产过硫酸钾提纯一遍使用 国 产过硫酸 钾 提纯两遍使用国产过硫酸钾提纯 两 遍使用(消 解时间50 min)国产过硫酸钾提纯 三 次(消解 时 间正常)消 解 中压力1.1 kg/cm样品-10.0610.0350.0210.0211.112样品-20.0670.0260.0230.0171.035样品-30.0850.0330.0190.0191.269样品-40.0810.0310.0220.0181.204样品-50.0790.0270.0240.0161.158样品-60.0740.0410.0190.0221.167样品-70.0690.0360.0170.0161.191样品-80.0610.0380.0230.0191.112样品-90.0820.0330.0220.0201.103样品-100.0760.0300.0260.0181.104样品-110.0810.0290.0210.0161.105样品-120.0770.0350.0260.0281.105样品-130.0730.0450.0220.0231.108样品-140.0740.0390.0280.0241.126样品-150.0690.0370.0240.0261.201样品-160.0840.0410.0220.0220.855样品-170.0620.0250.0170.0210.996样品-180.0680.0280.0180.0260.978样品-190.0750.0260.0190.0230.785样品-200.0710.0270.0210.0210.803表2同一组污水处理厂出水口样品观察情况水样情况浑浊有色(色浅)浑浊、有色消解时间 30 min全部 无有(3/20)全部 无消解时间 40 min全部 无全部 无全部 无消解时间 30 min，及时加入(1+9)盐酸全部 无全部 无全部 无参考文献：1王歆文，第三方环境检测行业存在的问题及对策讨论J清洗世界2021（12）：136-137.2HJ 636-2012 水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法S.3谷嘉男.环境监测水质采样质量控制研究J.清洗世界，2021，37（12）：98-99.4林莉莉，钟旋，包思聪，等.影响水中总氮检测准确度的关键因素探析，2017，35（增刊2）：124-127.