反相流動注射-紫外光還原-分光光度法測定飲用水中的硝酸鹽

1 引 言

硝酸鹽廣泛存在于各種環(huán)境水體中。當(dāng)飲用水中硝酸鹽濃度過高時，可能對人體健康造成危害；地表水中硝酸鹽大量積累，則可能引起藻類過度繁殖，溶解氧耗竭，水質(zhì)惡化。目前，檢測硝酸鹽的最常用方法是將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，再經(jīng)重氮偶聯(lián)反應(yīng)后由分光光度法進行測定［1］。此類方法已較好地與流動分析技術(shù)相結(jié)合，廣泛應(yīng)用于測定環(huán)境樣品中硝酸鹽［2～4］。硝酸鹽還原為亞硝酸鹽常用的方法有鎘柱還原法［2，3］、硫酸肼還原法［4］、鋅鎘還原法［5］，雖然這些方法的還原效率較高，但所用的還原試劑毒害大。紫外光還原法雖然是不完全還原法，但避免了有毒有害試劑的使用，且操作簡便。在紫外光照射下，硝酸鹽可生成亞硝酸鹽，但反應(yīng)中產(chǎn)生的氧原子可與亞硝酸鹽再結(jié)合，將其氧化為硝酸鹽。有研究發(fā)現(xiàn)，加入適量二乙烯三胺五乙酸（DTPA）或乙二胺四乙酸（EDTA）可阻礙氧原子與亞硝酸鹽的再結(jié)合，提高光還原效率［6］。但在光還原方法中，硝酸鹽的定量分析易受亞硝酸鹽的干擾［6］。本實驗采用紫外光還原法，將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，再由分光光度法檢測。采用反向流動注射的流路，光還原試劑注入作為載流的樣品中。未混有光還原試劑的載流樣品與顯色試劑的混合液作為參比溶液，產(chǎn)生基線信號；混有光還原試劑的樣品區(qū)帶發(fā)生光還原反應(yīng)，所得信號峰相對于基線的峰高作為硝酸鹽濃度定量的依據(jù)。本方法不使用有毒有害還原試劑，光還原反應(yīng)器制作簡單、操作簡便、方法靈敏度高、受亞硝酸鹽干擾小，適用于對飲用水源水進行連續(xù)測定或發(fā)展為原位監(jiān)測方法。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑 LEAD-1型4通道蠕動泵、硅橡膠泵管（保定蘭格恒流泵有限公司）；TUV 8W低壓汞燈（飛利浦公司）；六通進樣閥、八位選擇閥（美國Vici 公司）；LS-1-LL鹵鎢燈光源、USB 2000微型光纖光譜儀（美國Ocean Optics公司）；2 cm流通池。光反應(yīng)器由全氟乙丙烯管（FEP，0.8 mm ID）纏繞在低壓汞燈上制作而成，其被塞入聚氯乙烯（PVC）管。各流路通道亦由FEP管連接。儀器控制及數(shù)據(jù)采集、處理軟件由LABVIEW（美國NI公司）程序語言編寫。

標準溶液：將105 ℃下干燥至恒重的KNO3用純水配制成10 mmol/L的標準儲備液，用時稀釋。顯色試劑：5 g磺胺溶于450 mL 10%（V/V）HCl中，加入0.25 g鹽酸萘乙二胺，定容至500 mL；光還原試劑：0.8 g 二乙烯三胺五乙酸（DTPA）與7.2 g十二水合磷酸氫二鈉溶于150 mL純水中，用1 mol/L NaOH調(diào)至pH 8.5，定容至200 mL。所用試劑均為分析純。

2.2 實驗方法

按圖1所示連接流路。進行樣品測定時，由八位選擇閥（SV）選擇樣品或標準溶液作為載流， 圖1 r-FIA流路圖

Fig.1 Schematic diagram of r-FIA system

SV，八位選擇閥（8-Ｐosition selection valve）；S 1～3，樣品（Sample）；St 1～5，標準溶液（Standard solution）；P，蠕動泵（Ｐeristaltic pump）；V，六通進樣閥（6-Ｐort valve）；R1，顯色試劑（Ｃolor-forming reagent）；R2，光還原試劑（Ｐhoto-reaction reagent）；UV lamp，8 W紫外燈；D，檢測器（Ｄetector）。 光還原試劑由六通進樣閥（V）注入載流中，經(jīng)過光反應(yīng)器中的盤管C1，硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，然后再與顯色試劑混合，在混合盤管C2中發(fā)生顯色反應(yīng)，流經(jīng)檢測器后排出系統(tǒng)。選擇偶氮化合物的最大吸收波長（540 nm）為檢測器測定波長，無吸收的700 nm作為校正波長，以消除試劑和樣品的界面因折射率差異產(chǎn)生的信號。測定時，用尚未注入光還原試劑的樣品與顯色試劑的混合液作為參比溶液（獲得基線），用注入光還原試劑后所得到的吸收峰相對于基線的峰高作為硝酸鹽濃度定量的依據(jù)。

3 結(jié)果與討論

3.1 光還原試劑注入體積的影響 各條件優(yōu)化實驗中均以20

SymbolmA@ mol/L硝酸鹽標準溶液作為考察對象，每個樣品重復(fù)測定3次。研究了光還原試劑注入體積為45～190

SymbolmA@ L時，試劑量不足，光還原反應(yīng)不完全；光還原試劑注入體積為190～315

SymbolmA@ L時，信號強度無顯著變化，但所得峰型展寬，樣品分析時間增長。因此注入體積選擇為190

SymbolmA@ L。

3.2 樣品及試劑流速的影響

樣品和試劑流速增加，反應(yīng)時間減少，信號值降低，分析速度加快；流速降低，反應(yīng)時間增加，信號值升高，分析速度減慢。綜合考慮靈敏度和分析速度，樣品流速選擇為0.4 mL/min；顯色試劑流速為0.2 mL/min。

3.3 光反應(yīng)盤管與顯色反應(yīng)盤管長度的影響 考察了光反應(yīng)盤管（C1）長度在1.5～3.5 m之間對信號值的影響，隨C1長度的增長，光還原反應(yīng)越充分，信號值升高；但C1過長時，信號峰展寬也隨之增大，所以C1長度選擇為3 m。顯色反應(yīng)盤管（C2）長度在73～230 cm之間對信號強度無明顯的影響，故C2長度選擇為73 cm。

3.4 光還原試劑pH值和Na2HPO4濃度的影響

光還原試劑pH值影響信號強度。紫外光還原反應(yīng)易在堿性條件下發(fā)生，在酸性條件下光還原效率極低。在pH 7.0～9.1之間考察pH值對信號強度的影響。當(dāng)pH＝8.5時，本方法最為靈敏。考察了Na2HPO4濃度（0～150 mmol/L）對信號強度的影響。當(dāng)Na2HPO4濃度高于100 mmol/L時，信號強度趨于穩(wěn)定。

第6期張 敏等: 反相流動注射-紫外光還原-分光光度法測定飲用水中的硝酸鹽

3.5 DTPA濃度的影響 當(dāng)光還原試劑中DTPA濃度過低時，光反應(yīng)過程中生成的亞硝酸鹽與氧原子再結(jié)合，不利于亞硝酸鹽的形成；當(dāng)DTPA濃度過高，可能造成硝酸鹽的光還原效率下降。考察了DTPA濃度（0～25 mmol/L）對信號強度的影響。DTPA濃度在10～20 mmol/L時，亞硝酸鹽的生成量較穩(wěn)定。濃度較高的DTPA在酸性顯色試劑中可能析出，堵塞管路。本實驗中緩沖溶液DTPA濃度選擇10 mmol/L。

3.6 工作曲線、精密度與檢出限 在最佳實驗條件下，硝酸鹽濃度在0.2～40

SymbolmA@ mol/L范圍內(nèi)與信號峰值呈良好線性關(guān)系，工作曲線回歸方程為A＝0.0086＋0.02479C（

SymbolmA@ mol/L， n＝8， R2＝0.9987）。對空白溶液連續(xù)測定20次，以3倍信噪比計算方法檢出限為0.053

SymbolmA@ mol/L。對20

SymbolmA@ mol/L硝酸鹽標準溶液連續(xù)測定48次，相對標準偏差（RSD）為2.2%。樣品分析速率為13樣/h。經(jīng)計算硝酸鹽紫外光還原效率高于80%。

3.7 共存離子的影響 以±5%偏差為限，取20

SymbolmA@ mol/L硝酸鹽標準溶液進行干擾實驗。結(jié)果顯示，100倍的Na＋；80倍的Cl－， Br－和K＋；50倍的SO2－4、SO2－3和NH＋4；30倍的CO2－3， PO3－４， F－和Mn2+；20倍的I－；10倍的Mg2+；5倍的Fe2+， Fe3+和Ca2+對測定無干擾。亞硝酸濃度為20

SymbolmA@ mol/L時，對20

SymbolmA@ mol/L硝酸鹽測定無影響；但亞硝酸鹽濃度過高時，基線信號吸光值較高，影響硝酸鹽測定。綜上可知，本方法較易受水中部分常見離子干擾，可使用陽離子交換樹脂在線去除金屬離子的干擾。但對基底較為簡單的水樣（如飲用水和清潔地表水）則可直接測定。

應(yīng)用本方法對市售飲用純凈水、去離子水、廈門大學(xué)凌云水庫的水樣進行了測定，加標回收率為90.9%～100.6%。

References

1 Moorcroft M J， Davis J， Compton R G.Talanta， 2001， 54（5）: 785～803

2 Zhang M， Yuan D， Chen G， Li Q， Zhang Z， Liang Y. Microchim. Acta， 2009， 165（3-4）: 427～435

3 HAN Bin， CAO Lei， ZHENG Li， SONG Zhuan-Ling， JIANG Feng-Hua， ZANG Jia-Ye， WANG Xiao-Ru（韓 彬， 曹 磊，鄭 立，宋轉(zhuǎn)玲，蔣鳳華，臧家業(yè)，王小如）. Chinese J. Anal. Chem.（分析化學(xué)）， 2010， 38（12）: 1832～1837

4 Pons C， Santos J L M， Lima J L F G. Microchim. Acta， 2007， 161（1-2）： 73～79

5 JIN Ming-Ming， TANG Ren-You（金明明，唐仁友）. Marine Environmental Science （海洋環(huán)境科學(xué)）， 2002， 21（2）: 50～56

6 Takeda K， Fujiwara K. Anal. Chim. Acta， 1993， 276（1）: 25～32

Reversed Flow Injection Analysis of Nitrate in Drinking Water with

UV-induced Reduction to Nitrite and Spectrophotometric Detection

ZHANG Min， YUAN Dong-Xing*， FENG Si-Chao， HUANG Yong-Ming

（State Key Laboratory of Marine Environmental Science，

Environmental Science Research Center， Xiamen University， Xiamen 361005）

Abstract An environmental friendly method was developed based on reversed flow injection （r-FIA） with UV-induced reduction of nitrate to nitrite and spectrophotometric detection. Sample or standard solutions were mixed with a phosphate buffer solution containing diethylenetriaminepentaacetate （DTPA）， and then passed through a UV reduction reactor equipped with an 8 W low pressure mercury lamp， where the nitrate was reduced to nitrite. The formed nitrite was detected with spectrophotometric method through Griess reaction. Less than 20

SymbolmA@ mol/L of nitrite showed no effect on the nitrate analysis. Reduction efficiency over 80% was obtained. The detection limit of the proposed method was 0.053

SymbolmA@ mol/L and linear range was 0.2－40

SymbolmA@ mol/L. A sample of 20

SymbolmA@ mol/L nitrate was continually measured for 48 times， and a RSD of 2.22% was obtained. The recoveries of drinking waters were between 90.9%－100.6%.

Keywords Nitrate; ultraviolet-induced reduction; Flow injection; Spectrophotometry

（Received 27 November 2010; accepted 29 December 2010）