總氮是指水體中亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、無(wú)機(jī)銨鹽、溶解態(tài)氨及大部分有機(jī)含氮化合物的總和。水體中氮含量的增加會(huì)造成水生生物和微生物的大量繁殖，消耗水中的溶解氧，使水體質(zhì)量惡化?？偟潜碚魉蛩|(zhì)的重要指標(biāo)之一，總氮測(cè)量結(jié)果的不確定度是評(píng)價(jià)總氮測(cè)量準(zhǔn)確性的關(guān)鍵指標(biāo)。不確定度，是表征合理地賦予被測(cè)量值的分散性與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。在測(cè)量結(jié)果的完整表示中除了被測(cè)量結(jié)果的最佳估值外，還應(yīng)包括測(cè)量不確定度。通過(guò)對(duì)紫外分光光度法測(cè)定水樣中總氮的不確定度進(jìn)行評(píng)定，查找影響不確定度的主要來(lái)源，通過(guò)對(duì)過(guò)硫酸鉀殘留量、比色液酸度等對(duì)總氮測(cè)定不確定度的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，明確主要影響因素，降低測(cè)定不確定度。

1、測(cè)定原理

在60℃以上堿性水溶液中，過(guò)硫酸鉀可分解產(chǎn)生硫酸氫鉀和原子態(tài)氧，分解出的原子態(tài)氧在120～124℃條件下，可使水樣中NO2-、NH4-、有機(jī)氮氧化為硝酸鹽氮。消解后的溶液用紫外分光光度計(jì)于220nm和275nm下測(cè)得吸光度值，然后根據(jù)校正公式:As=A220-2A275求出校正吸光度As，并按照As與相應(yīng)的濃度繪制校準(zhǔn)曲線，計(jì)算樣品中總氮的含量。含氮量小于4mg/L時(shí)，硝酸鹽氮濃度與吸光度符合比耳定律。

2、檢測(cè)儀器及試劑

2.1、檢測(cè)儀器：總氮快速檢測(cè)儀

2.2、試劑：標(biāo)配預(yù)制試劑　MI-TN-A

3、不確定度的影響因素分析

經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，吸光度引起的不確定分量Uy最大，其中實(shí)驗(yàn)點(diǎn)相對(duì)回歸直線的分散性引起的不確定度分量Uy1和測(cè)量重復(fù)性引起的不確定度分量Uy4對(duì)總不確定度貢獻(xiàn)最大，其他分量的貢獻(xiàn)相對(duì)較小。影響Uy1和Uy4值的因素是分光光度計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度，而儀器的測(cè)量準(zhǔn)確度主要影響因素是:雜散光、透射比誤差和波長(zhǎng)誤差。對(duì)總氮測(cè)量來(lái)說(shuō)，測(cè)量波長(zhǎng)為220nm，處于儀器光源的邊緣波長(zhǎng)范圍，單色器的透射率、光源光強(qiáng)和接收器的靈敏度都是比較低的，這時(shí)雜散光影響就更為明顯。雜散光與吸光度誤差的關(guān)系可由下式表示:

當(dāng)透射比誤差和雜散光強(qiáng)度一定時(shí)，吸光度誤差ΔA隨著測(cè)量吸光度A0增大而增大。當(dāng)空白試驗(yàn)吸光值偏大時(shí)，測(cè)量吸光度也增大，吸光度誤差亦會(huì)增大，導(dǎo)致測(cè)量的準(zhǔn)確度下降，因此總氮的國(guó)標(biāo)檢測(cè)方法(GB11894—1989)就嚴(yán)格規(guī)定了空白試驗(yàn)吸光值不得超過(guò)0.03。為了進(jìn)一步明確空白試驗(yàn)吸光值偏大造成實(shí)驗(yàn)點(diǎn)。

3.1、過(guò)硫酸鉀殘留量的影響

根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，在堿性條件下高溫消解時(shí)，過(guò)硫酸鉀分解出原子態(tài)氧、氫離子、硫酸根和鉀離子，氫離子與氫氧根立即反應(yīng)生成水，促使分解過(guò)程趨于完全，其方程式為:

K2S2O8+H2O→2H++2SO24-+2K++1/2O2↑(3)

如果反應(yīng)過(guò)程出現(xiàn)溫度、堿性環(huán)境達(dá)不到要求時(shí)，未反應(yīng)的過(guò)硫酸鉀就會(huì)殘留在比色液中。為了研究不同過(guò)硫酸鉀殘留濃度對(duì)吸光值的影響，配制系列不同濃度過(guò)硫酸鉀溶液，分別在220nm和275nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度。

過(guò)硫酸鉀在220nm處有強(qiáng)烈的吸收峰，與總氮的吸收波長(zhǎng)重合，這種吸收特性隨過(guò)硫酸鉀含量的不斷降低而逐漸減弱。

3.2、比色液pH的影響

根據(jù)檢測(cè)步驟，比色液在測(cè)量吸光度前要加入一定量的鹽酸。鹽酸的作用主要是中和比色液中過(guò)量的氫氧化鈉，以及消除HCO3-、CO23-的影響，因?yàn)镠CO3-、CO23-在紫外區(qū)也有吸收。鹽酸使用量與下面兩個(gè)方面有關(guān):

a)比色液中OH-剩余量。根據(jù)反應(yīng)式(3)、(4)當(dāng)消解完畢后，剩余OH-為0.227×10-3mol，需要消耗1∶9的鹽酸0.2mL。

b)比色液中的HCO3-、CO23-。由于實(shí)驗(yàn)中有純水稀釋，比色液中存在一定量的HCO3-、CO23-，對(duì)比色造成影響，加入鹽酸后，當(dāng)pH小于8.3時(shí)，CO23-轉(zhuǎn)化為HCO3-，當(dāng)pH小于4.3時(shí)，HCO3-、CO23-全部轉(zhuǎn)換為CO。因此，鹽酸使用量要使比色液pH控制在4.3以下。為了研究不同pH值對(duì)空白的影響，用鹽酸溶液調(diào)節(jié)不同pH值的比色液，分別在220nm和275nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出當(dāng)比色液pH值在2.0以下時(shí)才有較小的空白試驗(yàn)吸光值。

3.3、實(shí)驗(yàn)用水的影響

按GB11894—1989標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)驗(yàn)條件均相同的情況下分析3種試驗(yàn)用水消解液空白值:①新鮮蒸餾水，電導(dǎo)率為4.39μS/cm;②無(wú)氨水，電導(dǎo)率為2.21μS/cm;③超純水儀制作純水，電導(dǎo)率為0.21μS/cm。根據(jù)測(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn)超純水的空白值最小，為0.013;無(wú)氨水為0.031;蒸餾水為0.045，因此為了降低總氮測(cè)定的不確定度，建議用純度較高的水，如超純水，同時(shí)使用前先測(cè)定電導(dǎo)率，當(dāng)電導(dǎo)率低于0.20μS/cm才能使用。

3.4、過(guò)硫酸鉀純度的影響

取3種過(guò)硫酸鉀:①某廠生產(chǎn)AR級(jí)過(guò)硫酸鉀A;②A經(jīng)過(guò)1次重結(jié)晶過(guò)硫酸鉀B;③A經(jīng)過(guò)2次重結(jié)晶過(guò)硫酸鉀C。重結(jié)晶方法:燒杯做容器，在55℃水浴中將80g過(guò)硫酸鉀溶于1000mL超純水中，將燒杯放到冰水中，使其結(jié)晶，用玻璃砂漏斗過(guò)濾，55℃下干燥，得過(guò)硫酸鉀B，將烘干后的過(guò)硫酸鉀再重復(fù)上述步驟1次;得過(guò)硫酸鉀C。按GB11894—1989標(biāo)準(zhǔn)，用超純水在實(shí)驗(yàn)條件均相同的情況下分析3種過(guò)硫酸鉀消解液空白值，發(fā)現(xiàn)C的空白值最低，僅為0.012，B的空白值為0.036，C的空白值為0.061。因此認(rèn)為過(guò)硫酸鉀的純度對(duì)實(shí)驗(yàn)空白影響較大，對(duì)過(guò)硫酸鉀進(jìn)行重結(jié)晶，可以顯著降低消解液空白吸光值。

4、結(jié)語(yǔ)

a)紫外分光光度法測(cè)量水樣中的總氮不確定度的主要來(lái)源是吸光度引起的不確定分量，其中實(shí)驗(yàn)點(diǎn)相對(duì)回歸直線的分散性引起的不確定度分量和測(cè)量重復(fù)性引起的不確定度分量對(duì)總不確定度貢獻(xiàn)最大，原因是儀器測(cè)量準(zhǔn)確度隨吸光值增大而降低，空白試驗(yàn)吸光值大，降低測(cè)量準(zhǔn)確度。

b)影響空白試驗(yàn)吸光值的主要因素是過(guò)硫酸鉀的殘留，當(dāng)比色液中過(guò)硫酸鉀的濃度大于0.04mg/L時(shí)，測(cè)量吸光度偏大。

c)影響空白試驗(yàn)吸光值的另一主要因素是比色液的pH值，當(dāng)比色液pH值大于2.0時(shí)，測(cè)量吸光度偏大。實(shí)驗(yàn)用水和過(guò)硫酸鉀的純度對(duì)空白值的影響也較大。