地表水總氮測定中去除濁度干擾研究

魏 薇 強平平 張 偉 郭 滕

（山東省濟寧生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山東 濟寧 272000）

0 引言

總氮是《“十四五”國家地表水監(jiān)測及評價方案（試行）》中9個基本監(jiān)測指標之一，其準確度至關重要。在實際工作中，遇到可視濁度比較高，混合均勻取樣后經(jīng)堿性過硫酸鉀120 ℃消解30 min，冷卻至室溫加入鹽酸，混合均勻后濁度依然存在。濁度會導致吸光度偏高?？偟獫舛扔嬎氵^程中使用220 nm處吸光度減去2倍的275 nm處吸光度，這種吸光度的計算方法在濁度的影響下，導致總氮濃度偏低。因此，將定量濾紙過濾、0.45μm濾膜過濾和離心3種去除濁度的方法進行比較，減少濁度對總氮測定的影響。

1 試驗部分

1.1 樣品外觀

地表水是陸地表面上動態(tài)水和靜態(tài)水的總稱，主要有河流、湖泊等。湖泊流動性小，水面保持相對靜止的狀態(tài)，主要受到風力、水力、溫差等擾動，更新緩慢，因此，湖泊水樣更加澄清。河流流動性大，水體大多處于流動狀態(tài)，如果河流中泥沙含量比較高，河流水樣的濁度就會比較高，按照《地表水和污水監(jiān)測技術規(guī)范（HJ/T 91-2002）》采集水樣現(xiàn)場沉降0.5 h后，濁度依然較高。該文中地表水主要指河流水。地表水總氮測定過程中影響因素很多，例如過硫酸鉀純度、放置時間、氫氧化鈉、鹽度、消解時間、消解溫度、消解容器以及冷卻時間，尤其是濁度干擾。

該試驗所用實際水樣為盛裝于1000 mL 透明廣口玻璃瓶中的新采集地表水樣品，采集時間為上午9：00，測定時間為當天下午13：00。該實際地表水樣品的底部沉淀明顯，手工震動搖勻后渾濁，搖勻前后樣品的外觀如圖1所示。圖1（a）為手工震動搖勻之前的地表水樣品，由圖示可以看到該地表水水樣上層清澈透明，底層沉淀為土黃色，上層清澈水樣與底層土黃色沉淀清晰分層。圖1（b）為手工震動搖勻后的地表水樣品，由圖示可以看到該地表水樣品為土黃色渾濁液體。

圖1 水樣外觀圖

1.2 儀器與試劑

該試驗所用儀器：北京普析通用TU-1901型雙光束紫外可見分光光度計（具10 mm石英比色皿），高壓蒸汽滅菌器（工作壓力1.1 kg/cm～1.4 kg/cm，工作溫度120℃～124℃），25 mL天玻具塞磨口玻璃比色管，定量濾紙（直徑為12.5 cm），天津津騰0.45μm濾膜（直徑為50 mm），離心機（4000 r/min）。

該試驗所用試劑：硝酸鹽氮標準溶液（500 mg/L）購自生態(tài)環(huán)境監(jiān)測標準樣品資源庫。無氨水（第一代摩爾純水機），氫氧化鈉（分析純）購自中國國藥集團，鹽酸（分析純）購自中國國藥集團，過硫酸鉀（分析純）購自阿拉丁試劑（HJ 636-2012專用），壓力指示卡（利爾康）。

1.3 測定過程

按照國家生態(tài)環(huán)境監(jiān)測方法標準《水質 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（HJ 636-2012）》，分別量取0.00 mL、0.20 mL、0.50 mL、1.00 mL、3.00 mL和5.00 mL硝酸鉀標準使用液（10.0 mg/L）于25 mL具塞磨口玻璃比色管中，其對應的總氮（以N計）含量分別為0.00μg、2.00μg、5.00μg、10.0μg、30.0μg和50.0μg。加水稀釋至10.00mL，再加入5.00 mL堿性過硫酸鉀溶液（40 g/L），塞緊管塞，用紗布和線繩扎緊管塞，以防彈出。將比色管和壓力指示卡置于高壓蒸汽滅菌器中，加熱至頂壓閥吹氣，關閥，繼續(xù)加熱至120℃開始計時，溫度保持在120 ℃～124 ℃30min。自然冷卻、開閥放氣，移去外蓋，取出比色管冷卻至室溫，按住管塞將比色管中的液體顛倒混勻2～3次。每個比色管分別加入1.0 mL鹽酸溶液（1+9），用水稀釋至25 mL標線，蓋塞混勻。使用10 mm石英比色皿，在TU-1901型雙光束紫外可見分光光度計上，以水作參比，分別于波長220 nm和275nm處測定吸光度。零濃度的校正吸光度=-2、其他標準系列的校正吸光度=-2及其差值=-。以總氮（以計）含量（μg）為橫坐標，對應的值為縱坐標，繪制校準曲線。

量取10.00 mL試樣于25 mL具塞磨口玻璃比色管中，按照上述步驟進行比色前的測定。分別采取離心、0.45μm濾膜過濾和定量濾紙過濾后，再在TU-1901型雙光束紫外可見分光光度計上，以水作參比，分別于波長220 nm和275 nm處測定吸光度。根據(jù)測定的吸光度和總氮計算公式，得出總氮校準曲線。

2 結果與分析

2.1 總氮校準曲線

按照1.3測定過程測定總氮校準曲線，所測的6個不同濃度點的具體吸光度值和質量濃度對應關系見表1。

如表1第一列所示，空白樣品吸光度經(jīng)過計算公式Ab220-2Ab275計算后所得結果為0.020，低于《水質 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（HJ 636-2012）》中要求的空白吸光度上限（0.030），說明試驗所用氫氧化鈉和過硫酸鉀的含氮量滿足標準《水質 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（HJ 636-2012）》中的規(guī)定。再根據(jù)最小二乘法公式計算得出擬合直線的斜率為0.0110；計算出斜率后，根據(jù)表中數(shù)據(jù)對的平均值和已經(jīng)確定的斜率0.0110，利用待定系數(shù)法求出截距為0.000。經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，總氮校準曲線的線性相關系數(shù)為0.9998，也滿足《水質 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（HJ 636-2012）》中關于校準曲線相關系數(shù)大于0.999的要求。

表1 總氮校準曲線表

2.2 三種處理方式結果分析

手工震蕩搖勻圖1所示的地表水水樣，從混合均勻的1000 mL的樣品瓶中平行準確依次量取3個10.00 mL試樣，每個水樣都先按照1.3測定過程進行比色前的測定。樣品1采用離心處理方式處理后分別在波長220nm和275nm處比色，樣品2采用0.45μm濾膜過濾處理方式處理后分別在波長220nm和275nm處比色、樣品3采用定量濾紙過濾處理方式處理后分別在波長220nm和275nm處比色。三種處理方式分別得到離心、0.45μm濾膜過濾、定量濾紙過濾三種處理方式在波長220nm和275nm處的吸光度，并根據(jù)公式-2計算兩個波長下實際樣品的吸光度之差，再按照公式=（-2）-（-2）得出值。通過總氮校準曲線=0.000+0.0110（=0.9998），求出值，用值除以實際取樣體積10.00mL得出實際樣品總氮的濃度。計算得出三種處理方式測定的該地表水水樣中總氮的濃度，見表2。

如表2所示，采用三種前處理方式處理同一個地表水樣品。由于三種前處理方式處理后樣品的和各不相同，導致計算結果各不相同。其中離心前處理方式處理后樣品的和均最低，定量濾紙過濾前處理方式處理后樣品的和均最高，0.45μm濾膜過濾前處理方式處理后樣品的和介于前兩種樣品處理方式之間。離心前處理方式處理后樣品的濃度最高，定量濾紙過濾前處理方式處理后樣品的濃度最低，0.45μm濾膜過濾前處理方式處理后樣品的濃度介于兩者之間。經(jīng)分析，比色前的實際水樣渾濁導致吸光度和偏高，總氮計算過程中吸光度要使用-2的差參與后續(xù)濃度計算，由于過高，-2差值偏低，計算所得濃度偏低。由此得知，離心方式在處收到濁度干擾最小，所得結果最接近該地表水水樣總氮實際結果，在地表水總氮監(jiān)測工作中優(yōu)先選擇離心方式進行前處理。

表2 三種處理方式結果對比表

2.3 三種處理方式精密度分析

手工震蕩搖勻上圖1所示的地表水水樣，從混合均勻的該地表水水樣中平行準確量取18個10.00 mL試樣，分為3組。每組均為6個試樣。依次按照該文1.3測定過程進行比色前的測定，其中第一組6個試樣均采用離心處理方式處理后分別在波長220nm和275nm處比色，第二組6個試樣均采用0.45μm濾膜過濾方式處理后分別在波長220nm和275nm處比色，第三組6個試樣均采用定量濾紙過濾方式處理后分別在波長220nm和275nm處比色。通過總氮校準曲線計算得出3種處理方式測定的該地表水水樣中總氮的濃度。詳細數(shù)據(jù)結果見表3。

如表3所示，采用離心處理方式連續(xù)測定6次同一地表水水樣的總氮濃度，平均值為1.74 mg/L，標準偏差為0.01mg/L，相對標準偏差由標準偏差和平均值的比值乘以百分之百計算得出，為0.8%。采用0.45μm濾膜過濾處理方式連續(xù)測定六次同一地表水水樣的總氮濃度，平均值為1.66mg/L，標準偏差為0.02 mg/L，相對標準偏差為1.3%。采用定量濾紙過濾處理方式連續(xù)測定六次同一地表水水樣的總氮濃度，平均值為1.45 mg/L，標準偏差為0.04mg/L，相對標準偏差為2.7%。其中離心方式的標準偏差和相對標準偏差最低，定量濾紙過濾的標準偏差和相對標準偏差最高，0.45μm濾膜過濾的標準偏差和相對標準偏差處于前兩種處理方式之間。由于定量濾紙在使用過程中受到濾紙材料，濾紙孔徑、所使用的玻璃漏斗等方面的影響，降低了測試過程的精密度；0.45μm濾膜過濾過程中采用針筒抽取樣品過濾，耗時比較長；因此三種去除濁度干擾的前處理方式中優(yōu)先選擇離心前處理方式。

表3 三種處理方式精密度表

2.4 三種處理方式準確度分析

手工震蕩搖勻上圖1所示的地表水水樣，從混合均勻的該地表水水樣中準確量取200.00mL試樣，向該200.00mL試樣中準確加入500mg/L總氮標準溶液0.80mL。手工震動搖勻上述加標后的地表水水樣，從混合均勻的加標后的地表水水樣中準確量取18個10.00mL試樣，將這18個試樣分為3組，每組均為6個試樣。依次按照1.3測定過程進行比色前的測定。其中第一組六個試樣均采用離心處理方式處理后分別在波長220nm和275nm處比色，第二組六個試樣均采用0.45μm濾膜過濾方式處理后分別在波長220nm和275nm處比色，第三組6個試樣均采用定量濾紙過濾方式處理后分別在波長220nm和275nm處比色。詳見表4中原測定值（6次平行測定的平均值）、加標量、加標后測定值（6次平行測定的平均值）以及加標回收率。

由表4可知，三種不同的處理方式測定同一個統(tǒng)一加標后的地表水水樣，離心處理方式的加標回收率大于100%，0.45μm濾膜過濾和定量濾紙過濾兩種處理方式的加標回收率小于100%。由于離心處理方式降低濁度的效果最明顯，濁度對吸光度測定的干擾最小，離心處理方式的加標回收率大于100%，其余兩種過濾方式加標回收率小于100%。因此，三種處理方式中優(yōu)先選擇離心處理方式。

表4 三種處理方式加標回收率表

3 結論

該文主要探討國控地表水總氮測定中有一些水樣可視濁度比較高，混合均勻取樣后經(jīng)堿性過硫酸鉀120℃消解30min，冷卻至室溫加入鹽酸，混合均勻后濁度依然存在。濁度會導致吸光度偏高?？偟獫舛扔嬎氵^程中使用220nm處吸光度減去2倍的275nm處吸光度，這種吸光度的計算方法在濁度的影響下，導致總氮濃度偏低。該文采用試驗室常用操作離心、0.45μm濾膜過濾和定量濾紙過濾三種前處理方式，通過實際地表水水樣在220nm和275nm實測吸光度大小比較、實際水樣220nm和275nm兩處波長實測吸光度差值比較、實際水樣測定值精密度分析、實際水樣加標回收率測定及精密度測定，得出三種處理方式的濁度去除效率由高到低依次為離心>0.45μm濾膜>定量濾紙。在實際工作中，分析大批量地表水水樣時，離心操作步驟簡單，所需分析時間較少，干擾較小，因此建議優(yōu)先選用離心方法去除地表水總氮測定中濁度的干擾。