基于紫外分光光度法的地下水中硝酸鹽氮含量測定

趙文斌

(新疆阿克蘇水文勘測局水環境監測分中心,新疆 阿克蘇 843000)

0 引言

隨著社會經濟的發展,作為人們重要飲用水源的地下水水質變化受到國家的高度重視。現在就紫外分光光度法測定地下水中硝酸鹽氮含量做簡要分析并提出紫外分光光度法測定地下水中硝酸鹽氮含量的一些建議[1]。硝酸鹽氮(NO3-N))是水中“三氮”(硝酸鹽氮、氨氮、總氮)之一。硝酸鹽氮能夠反映水源水體受污染的程度,是水體富營養化的一項重要指標[2]。飲用水中若含有過量的硝酸鹽將引起血液中變性血紅蛋白增加中毒,如果長期飲用硝酸鹽氮過高的地下水對人體健康會造成一定損害[3]。對于地下水中硝酸鹽的含量,國家標準中早已規定:地下水質量標準( GB/T14848-1993)[4]規定Ⅰ類水硝酸鹽氮含量小于等于20 mg/L為人體健康限制值。如何對地下水中硝酸鹽氮進行更加精準的檢測是一個十分重要的問題。

對水體中硝酸鹽檢測方法很多,實驗室經常采用的有離子色譜法、酚二磺酸法和紫外分光光度法[5]。其中,紫外分光光度法具有區別于其它方法的很多優點,首先,紫外分光光度法不需昂貴的儀器設備,其次,對于地下水水樣分析,紫外分光光度法操作方法簡便、使用設備少、所用試劑少、精準度比較高。

1 實驗方法、儀器設備、試劑

1.1 方法原理

1.1.1 紫外分光光度法

根據瑯勃比爾定律,硝酸根離子在220 nm波長處的吸收而定量測定硝酸鹽氮。因為被酸溶解的有機物在220 nm波長處有吸收,而硝酸根離子在275 nm波長處卻沒有吸收,在275 nm波長處同時測定一次含量來校正硝酸鹽氮的值。

1.2 使用試劑

硝酸鹽氨標準儲備溶液C(NO3-N)=100 mg/L自配,使用萬分之一電子天平準確稱取0.721 8 g分析純硝酸鉀KNO3(經過110攝氏度烘干四小時)溶于超純水,移置1 000 ml容量瓶中,預混勻,再加超純水至標線下0.5 cm處靜置30 s,用膠頭滴管逐滴加入超純水至凹液面最低點與標線相切停止,蓋上容量瓶瓶塞,上下顛倒數次充分混勻。

優級純鹽酸溶液1 mol/L,分析純氫氧化鋁懸浮液,分析純氫氧化鈉溶液5 mol/L,分析純氨基磺酸溶液0.8%(m/v),10%分析純硫酸鋅溶液。

1.3 使用儀器設備

鑒定合格的普析通用儀器有限責任公司生產的雙光束紫外可見分光光度計TU-1900型及石英比色皿1 cm、萬分之一電子天平、200 ml棕色容量瓶(A級)、1 000 ml容量瓶(A級)、50.00 ml單標移液管(A級)、10 ml單標移液管(A級)、10.00 ml刻度吸管(A級)、超純水儀、去離子水制備設備、50 ml具塞比色管等。

2 曲線繪制、實驗步驟和質量控制

2.1 標準曲線的配制和測繪

取8支200 mL棕色容量,加入10 ml左右超純水(防止標準溶液沉降),使用10 ml刻度吸管(A級)分別向6支200 ml棕色容量瓶中依次加入0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、6.00、10.00 ml硝酸鉀標準溶液C(NO3-N)=100 mg/L,預混勻,再加超純水至標線下0.5 cm處靜置30 s,用膠頭滴管逐滴加入超純水至凹液面最低點與標線相切停止,蓋上容量瓶瓶塞,上下顛倒數次充分混勻。可以得到其相應濃度為0.00、0.25、0.50、1.00、1.50、2.00、3.00、5.00 mg/L硝酸鹽氮曲線標準系列溶液。

按水樣測定相同步驟取50 ml水樣于比色管中分別加入1.00 ml優級純1 mol/L鹽酸溶液和0.1ml 0.8%(m/v)氨基磺酸溶液后置于比色管架上備用。

打開計算機和TU-1900型雙光束紫外可見分光光度計主機,對儀器預熱半小時后進行自檢和波長校正,使用1 cm石英比色皿用超純水做參比,對0.00、0.25、0.50、1.00、1.50、2.00、3.00、5.00 mg/L硝酸鹽氮曲線標準系列溶液分別在220 nm波長和275 nm波長處測定吸光度值[7],作濃度和吸光度曲線,得到回歸方程y =0.251 5x +0.001 76,相關系數r=0.999 95。硝酸鹽氮標準曲線(見表1和圖1)。

圖1 硝酸鹽氮標準曲線

表1 硝酸鹽氮標準曲線

紫外可見分光光度計每次開機需要對儀器預熱半小時以后進行自檢和波長校正,此時儀器設備的參數將會發生些許變化,而在使用一條已有曲線測定未知樣品時,將會產生一定的誤差。因此,建議在對地下水進行分析檢測時,每做一次樣品分析,都要做一條曲線。

2.2 紫外分光光度法測定檢出限比較

水利行業標準SL84-94紫外分光光度法的檢出限最低檢出濃度為0.08 mg/L。國家生活飲用水標準GB/T5750-2006.5檢出限最低檢出濃度為0.20 mg/L[8]。對于地下水這類潔凈水體的準確度應該更高,建議采用水利行業標準SL84-94進行檢測。

2.3 紫外分光光度法對實驗用水的要求

通過紫外分光光度法測定地下水中硝酸鹽氮含量時,要采用超純水機制備實驗用水,pH值要求在7.3～7.5之間,電導率要求為0.15Ω,切要在曲線繪制當天進行制備。通過四個不同時段的四個批次制備的空白水樣做比對,并且將四個批次空白水樣放置三日后再一次測試,發現不同批次、不同時間的超純水空白吸光度不同。建議有條件的實驗室對硝酸鹽氮檢測時,最好使用當日新鮮制取的超純水或者是同一批同一時間段制取的超純水[9]。詳見表2。

表2 四個批次超純水的吸光度和同一批次超純水放置3 d后測得吸光度空白對比

2.4 地下水監測的結果計算

單光束紫外可見分光光度計進行計算時可以使用以下公式進行計算:

Ar=A220-2A275

(1)

式中Ar是校正吸光度;A220nm為在波長220 nm處測得的吸光度;A275nm為在波長275 nm處測得的吸光度硝酸鹽氮含量計算公式:

C=M/V×1 000

(2)

式中:M是Ar校正吸光度測定的硝酸鹽氮含量,mg; V為水樣的取樣體積ml

2.5 地下水監測質量控制

實驗室開展紫外分光光度法測定地下水中硝酸鹽氮含量檢測時,通常采用現場平行樣品的質量控制分析和全程序空白樣品的質量控制分析,以及對地下水樣品進行加標回收率的測定、室內樣品平行測定和已知濃度的質量控制樣品的測定,這些方法都是標準化實驗室建設中質量管理的重要手段。內部控制樣品采購于水利部水環境監測評價研究中心,批號171280,不確定度范圍在1.26±0.05 mg/L。經過實驗驗證測得現場平行樣品的標準偏差0.006,相對標準偏差0.89%;加標樣品的標準偏差0.017,相對標準偏差0.66%;已知濃度的質量控制樣品的標準偏差0.008,相對標準偏差0.65%;加標回收率在97.0%～97.8%[10]。使用紫外分光光度法測定水中硝酸鹽氮的加標回收率可以保證在95%～105%范圍之間,加標回收率及相對標準偏差完全符合規范要求。詳見表3質量控制一覽表。

表3 質量控制一覽表

3 結語

(1)使用紫外分光光度法測定地下水中硝酸鹽氮的含量時,從事分析工作的實驗員必須具備準確定容、準確稱量、準確吸取標準溶液等檢測工作的基本技能,測得曲線相關系數應在0.999 9以上。

(2)使用紫外分光光度法測定地下水中硝酸鹽氮時,每一次檢測最好重新繪制曲線。在測定過程中,應盡量控制所加試劑的種類和數量,避免影響測定結果。在測定過程中對實驗用水也有較高要求,實驗用水優先采用新鮮制備的超純水,無新鮮水時可采用同一批同一時間段制取的超純水。

(3)實驗過程中,對地下水分析時應引入全程序空白、現場平行、加標回收、內控樣品等方法對樣品進行質量控制,嚴把質量關,確保每一個數據的準確可靠。