总氮和总磷是衡量水体富营养化的重要指标之一^[1]，水产养殖尾水产出的大量氮、磷排放到环境中，会导致湖泊、河流或近岸海域的水体产生富营养化，浮游生物大量繁殖，水中的溶解氧下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡。因此，在养殖尾水的环境监测中，建立一种及时、快速、简便地测定总氮、总磷的方法显得尤为重要，能及时地对养殖排放现状进行分析评价，从而提出相应的治理措施，为加强尾水排放管理相关政策的制定提供数据支撑，有利于养殖环境的修复，有效保护生态环境。

目前，国家或行业标准中通常采用过硫酸钾消解法测定总氮、总磷。实际操作过程中发现，温度变化对过硫酸钾的溶解度影响较大。研究表明，20 ℃时，100 g水中能溶解5.3 g过硫酸钾，0 ℃时，100 g水中仅能溶解1.75 g^[2]，低温配制时还具有配制时间过长，晶体析出的现象。而过硫酸钠具有强氧化性，易溶于水，在低温配制时无晶体析出，配制过程简单，温度的变化对其溶解度影响甚微。因此，现使用过硫酸钠代替过硫酸钾，对养殖尾水中总氮、总磷同时进行消解，并从样品的消解效率、精密度分析、加标回收、实际水样的测定等方面验证其代替过硫酸钾进行消解的可行性。

1 方法原理

利用碱性过硫酸钾氧化法测定水中的总氮、总磷，其原理是在124 ℃的碱性条件下，过硫酸根分解生成氢离子和氧气，加入氢氧化钠不断中和产生的氢离子，使过硫酸根能分解完全，产生的氧可将水体中的氨氮、亚硝酸盐氮及大部分有机氮化合物氧化为硝酸盐，从而实现总氮的测定。而总磷的测定原理是在酸性或偏中性的条件下，利用过硫酸根将水样中各种含磷类化合物全部转化为正磷酸盐，从而实现总磷的测定。

用过硫酸钾-氢氧化钠混合溶液进行消解，消解反应开始时由于氢氧化钠的影响，溶液呈碱性，满足总氮消解的要求。随着消解的进行，过硫酸钾不断消耗，分解产生的氢离子可中和氢氧根离子。在某一时间点，消解体系由碱性变为酸性，满足总磷的消解条件，从而实现总氮、总磷同时消解^[3-6]。

《海洋监测技术规程第一部分：海水》(HY/T 147.1—2013)^[7]中的总氮、总磷的标准曲线最高质量浓度分别为2和0.24 mg/L，而大部分池塘养殖尾水中总氮、总磷的质量浓度都远超该限值。故在实际测定过程中，需要对样品进行稀释，因此会影响测定结果的准确度。《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)^[8]中的总氮最大测定质量浓度为7.0 mg/L。参照该标准，现对消解方法进行了改进，以实现对高质量浓度水体中的总氮、总磷同时消解的目的。

2 材料与方法 2.1 仪器

HIRAYAMA HVE-50型高压灭菌锅(广州华粤行仪器有限公司)；Lachat 8500S2型流动注射分析仪(美国HACH公司)。

2.2 试剂 2.2.1 标准溶液

总氮标准溶液(100 mg/L，国家有色金属及电子材料分析测试中心，编号GNM-SNO3N-002b-2013)；总磷标准溶液(300 mg/L，国家有色金属及电子材料分析测试中心，编号GNM-SP-002b-2013)。

2.2.2 质控样

总氮质控样(环境保护部标准样品研究所，编号GSB07-3168-2014)，质量浓度及批次分别为(3.08±0.18)mg/L(批次：203266)和(2.94±0.15)mg/L(批次：203273)；总磷质控样(环境保护部标准样品研究所，编号GSB07-3169-2014)，质量浓度及批次分别为(0.723±0.032)mg/L(批次：203986)和(0.83±0.027)mg/L(批次：203994)。

2.2.3 其他试剂

实验中所用试剂见表 1。实验用水均为去离子水。

2.3 标准曲线及质控样的配制 2.3.1 混合标准曲线的配制

分别量取总磷标准溶液(300 mg/L)、总氮标准溶液(100 mg/L)于100 mL容量瓶中，用去离子水定容，混匀。以表 2的体积用量共配置7组总氮、总磷混合标准溶液。

2.3.2 质控样的配制

总氮、总磷质控样使用时打开安瓿瓶，用移液管准确吸取10 mL，定容到250 mL的容量瓶中。

2.4 实验方法

分别量取10 mL以上各浓度的总氮、总磷混合标准使用溶液，于60 mL耐高温的安谱玻璃瓶中，再加入10 mL碱性过硫酸盐溶液，混匀后盖上瓶盖。置于高压蒸汽灭菌锅中，加热至121 ℃，30 min，冷却后上下颠倒混匀，再重复1次。用去离子水稀释至30 mL。实际水样与空白样品的消解过程与标准使用液相同。

消解后的水样被过硫酸盐氧化为硝酸盐后，经镉柱还原为亚硝酸盐，在酸性介质中，亚硝酸盐与磺胺反应后与盐酸萘乙二胺偶联，生成紫红色化合物，于波长540 nm处测量吸光度^[7]；水样中各形态的磷全部转化为正磷酸盐，水样中的正磷酸盐在酸性介质中，与钼酸铵反应后生成的化合物立即被抗坏血酸还原生成蓝色化合物，于波长880 nm处测量吸光度^[9]。

3 等质量过硫酸钠与过硫酸钾的消解效果比较 3.1 氢氧化钠加入量对消解效果的影响

在消解样品时，若氢氧化钠质量浓度过高，会使总磷氧化不完全，若质量浓度过低，总氮氧化不完全。夏首先^[10]和王继国等^[11]提出，把等物质的量的过硫酸钾和氢氧化钠混合溶液作为氧化剂，开始反应时溶液呈碱性，能满足总氮的消解条件，当氢氧化钠被完全中和后，溶液逐渐呈酸性，可满足总磷的消解条件。但由于消解体系的复杂性，消解液中过硫酸盐和氢氧化钠的比例并不固定，因此，通过实验来确定氢氧化钠的最佳加入量。按《HY/T 147.1—2013》要求，在1 L水中加入40 g过硫酸盐，然后分别加入9，11，12和13 g氢氧化钠。在不同碱性过硫酸盐浓度条件下测定总氮、总磷校准曲线，总磷测定结果为(0.723±0.032)mg/L，总氮测定结果为(3.08±0.18)mg/L，并按上述条件测定其质控样品，测定结果见表 3。

由表 3可见，当在过硫酸钾中加入9 g氢氧化钠时，其总氮、总磷回归系数均能达到0.999，质控均在误差范围内，且相对标准偏差(RSD)较小。因此，在40 g过硫酸钾中加入9 g氢氧化钠同时消解总氮、总磷效果最佳，这与《HY/T 147.1—2013》相吻合。而在40 g过硫酸钠中加入11~13 g氢氧化钠同时消解总氮、总磷，基本能够满足总氮的消解要求，但是总磷消解效果不佳。Lin等^[12]认为，氢氧化钠、过硫酸钾的加入量，以及pH值等均会影响消解效果。在《HJ 636—2012》中要求每个比色管中均加入1 mL的盐酸(盐酸与水的体积比=1:9)来调整pH值，这可能是为了解决消解液pH值差异较大，导致过硫酸钠消解液不稳定的问题。

3.2 pH值对测定结果的影响

实验表明，加入不同质量的氢氧化钠时，各消解液pH值差异较大。加入同等质量的氢氧化钠时，过硫酸钠消解后的pH值显著低于过硫酸钾对比组。当pH值在2~3.3时，消解后测定值较稳定；当pH值＜2时，总氮、总磷测定值均不稳定；当pH值＞3.3时，总磷测定值不稳定。

因此，在消解样品后用氢氧化钠将pH值调整至2~3.3。调节pH值后不同氢氧化钠加入量对测定结果的影响见表 4。由于在过硫酸钾中加入12或13 g氢氧化钠所配消解液在未调节pH值的情况下已偏碱性，达不到总磷消解的条件，故未重复测定其结果。由表 4可见，调整pH值后，在过硫酸钠中加入9~12 g氢氧化钠已基本能满足总磷的消解，其回归系数均能达到0.999，质控均在误差范围内，且RSD均＜4.5%。因此，调节pH值对采用过硫酸钠消解总磷有很大的影响。

3.3 小结

由以上实验结果可见，加入11~12 g氢氧化钠时，可采用过硫酸钠同时消解总氮、总磷。这一结果与刘辉利、纪锐琳^[13]认为的联合消解氢氧化钠最佳的加入量为12 g/L吻合。李琳^[14]、师培^[15]认为，过硫酸钠可以代替过硫酸钾消解总氮，但他们均未考虑总磷的消解。而pH值对过硫酸钠消解总磷有很大的影响，因此，在实际测样时，需要采用氢氧化钠调节pH值，该方法不仅耗时长，且测定结果不如采用过硫酸钾的消解方法稳定。这可能是由于等质量过硫酸钠和过硫酸钾中的过硫酸根物质的量不同，导致其消解过程中pH值有所差异。因此，不能直接用等质量过硫酸钠代替过硫酸钾。综上，过硫酸盐和氢氧化钠的加入比例是同时满足总氮、总磷消解条件的关键。

4 等物质的量过硫酸钠与过硫酸钾的消解效果比较 4.1 标准曲线与质控结果比较

等质量的过硫酸钠和过硫酸钾所含的过硫酸根物质的量不同，会导致消解过程中的pH值有所差异。因此，分别称取35.23和40 g等物质的量的过硫酸钠和过硫酸钾，同时加入9 g氢氧化钠进行消解，并按上述条件测定总氮、总磷质控样，总磷测定结果为(0.83±0.027)mg/L，总氮测定结果为(2.94±0.15)mg/L，重复6次实验，结果见表 5。由表 5可见，利用等物质的量过硫酸钠消解所测标准曲线同样极具稳定性，其总氮、总磷质控实测值均在误差范围内，RSD较小，且无须调整氢氧化钠的加入量。同时发现，当加入等物质的量过硫酸钠或过硫酸钾时，其pH值都在2.15左右，无须再调节待测样的pH值。因此，相较于等质量的过硫酸钠，应采用等物质的量的过硫酸钠代替过硫酸钾进行消解。

4.2 加标回收结果比较

选取2个样品，分别用等物质的量过硫酸钾和过硫酸钠进行消解，重复6次。总氮和总磷的加标质量浓度分别为1和0.9 mg/L。1号样品(1#)为南美白对虾养殖尾水，盐度为11.7；2号样品(2#)为草鱼养殖尾水，盐度为1.17。样品测定及加标回收结果见表 6。由表 6可见，利用过硫酸钾、过硫酸钠测定总氮、总磷的加标回收率均＞95%，且2种方法的RSD均＜8%。经校验，2种消解方法的加标回收率无显著差异。

4.3 方法精密度

采用过硫酸钠消解方法，分别测定不同养殖品种尾水样品的总氮、总磷质量浓度，重复6次。曾兴宇等^[16]采用不同盐度(0~40)的标准海水配制同一质量浓度的总磷、总氮混合标准使用液，测试结果表明，体系盐度的变化对化学显色反应产生的信号无影响，因此，选择不同盐度的养殖尾水进行测定。1号养殖品种(1#)为南美白对虾，盐度为10.8，2号养殖品种(2#)为泥鳅，盐度为1.03，3号养殖品种(3#)为脊尾白虾，盐度为17.8，样品包含淡水及海水养殖品种，测定结果见表 7。由表 7可见，样品总氮、总磷测定结果的RSD都＜5.5%，表明该方法具有较好的精密度，且适用范围较广泛。

5 结语

通过比较过硫酸钾和过硫酸钠2种消解液，发现相同质量的过硫酸钠与过硫酸钾所含的过硫酸根物质的量不同，会导致消解过程中产生的pH值有所差异，因此2种消解液中需要的氢氧化钠加入量也不一样。过硫酸钾中只需要加入9 g氢氧化钠，而过硫酸钠中需要加入11~12 g，且需要采用氢氧化钠调节待测样的pH值，才能初步得到稳定的测定结果。而采用等物质的量的过硫酸钾或过硫酸钠消解，结果表明，即使不改变氢氧化钠加入量，不调节pH值，也可以得到稳定的测定结果。通过对实际样品进行测定，结果表明其精密度、加标回收率等各项指标均能满足分析要求，同时解决了过硫酸钾难溶解，遇冷易析出晶体，耗时长等问题。因此，可以采用等物质的量的过硫酸钠代替过硫酸钾对养殖尾水中的总氮、总磷同时进行消解，该方法尤其适用于氮、磷浓度较高的养殖尾水样品分析。