亞硝酸鹽對紫外分光光度法測定硝酸鹽的影響

李 祥， 陳宗姮， 袁 硯， 黃 勇， 李 勇， 潘 楊

(蘇州科技學院 環境科學與工程學院， 環境生物技術研究所， 江蘇 蘇州 215011)

0 引 言

目前，水體中硝酸鹽的測定方法很多，常用的方法主要包括：對酚二磺酸分光光度法[1]、紫外分光光度法[2]、離子色譜法[3]、流動注射法[4-5]、示波極譜法[6]等。其中離子色譜法、流動注射法、示波極譜法等具有操作簡單、靈敏度較好的特點，并且在某些痕量測定方面具有良好的運用前景。但是，儀器、耗材及維護成本相對較高，限制著這類方法的普及。而紫外分光光度法因具有操作簡便快捷，準確度高，穩定和成本較低的優點，在水質監測方面得到最為廣泛的運用。但是其影響因素較多，包括氯化物、氨氮、亞硝酸鹽氮等干擾物質[7-8]。為了滿足不同行業樣品的測定，研究者需要對這些方法進行改進[9-10]，以便更簡便、準確地運用于各類樣品中硝酸鹽的檢測。

近年來，隨著高氨氮廢水生物處理研究不斷深入，人們發現廢水中氨氮轉化到硝酸鹽的過程由亞硝化和硝化兩步完成，其功能菌分別為氨氧化菌和亞硝化菌[11]。為此，人們極力開發亞硝化工藝，將硝化過程控制在亞硝化水平，然后通過短程反硝化或者厭氧氨氧化工藝將其轉化為氮氣[12-14]。該聯合工藝極大地節省動力和藥劑成本，受到研究者廣泛關注。在此類研究過程中硝酸鹽的測定必不可少，但是水樣中常常含有高濃度的亞硝酸鹽，并且超越了標準方法對亞硝酸鹽濃度的要求。目前，雖然國內已有研究者對紫外分光光度法測定硝酸鹽氮的影響因素進行了研究，包括：水樣保存時間、試劑影響、反應溫度和時間、干擾物的去除等，并取得了一定進展，但仍然缺少亞硝酸鹽對硝酸鹽氮測定結果影響的基礎數據。

本文發現高濃度亞硝酸鹽存在時，使用紫外分光光度法測定硝酸鹽數值與使用離子色譜測得的值存在很大差異，但未有文獻對此差異進行研究說明。同時發現本領域的研究者仍用紫外分光光度法進行硝酸鹽測定[15-16]，而高濃度亞硝酸鹽的影響未引起重視。為此，本文通過將離子色譜測得的值與紫外分光光度法測得的硝酸鹽、亞硝酸鹽的值進行對比分析，闡明紫外分光光度法測定硝酸鹽過程中亞硝酸鹽濃度對測定結果的影響及可能的改進措施，旨在為類似廢水硝酸鹽測定方法的改進提供一些參考。

1 材料與方法

1.1 主要試劑

(1) 亞硝酸鹽標準使用液。稱取干燥器中干燥24 h后的NaNO2(進口優級純)1.499 8 g溶于去離子水中，移入1 000 mL的容量瓶中定容，作為標準貯備液(亞硝酸鹽濃度為1 000×10-6)。取亞硝酸標準貯備液20～500 ml的容量瓶定容，作為標準中間液(亞硝酸鹽濃度為40×10-6)。取亞硝酸標準中間液20～500 ml的容量瓶定容，即為標準使用液(亞硝酸鹽濃度為1.6×10-6)。

(2) 硝酸鹽標準使用液。稱取已于120～130 ℃干燥至恒重的KNO3(進口優級純)1.631 g溶于去離子水中，移入1 000 ml的容量瓶中定容，作為標準貯備液(硝酸鹽濃度為1 000×10-6)。取硝酸鹽標準貯備液50～500 ml的容量瓶定容，作為標準中間液(硝酸鹽濃度為100×10-6)。取硝酸鹽標準中間液50～500 ml的容量瓶定容，即為標準使用液(硝酸鹽濃度為10×10-6)。

(3) 氨基磺酸銨溶液。稱取0.8 g氨基磺酸銨溶解于去離子水中，至100 ml的容量瓶，定容。

(4) 鹽酸溶液。量取86.2 ml濃鹽酸溶解于去離子水中，至1 000 ml容量瓶定容(濃度為1 mol/L)。

(5) 亞硝酸鹽顯色劑。于1 000 ml燒杯內置入500 ml水和100 ml磷酸，加入40 g對氨基苯磺酰胺，再將2 g的N-(1-萘基)-乙二胺二鹽酸鹽溶于上述溶液中，轉移至1 000 ml容量瓶，用去離子水稀釋至刻線，混勻。此溶液貯于棕色瓶中，約4 ℃冰箱中保存。

以上試劑均按照《水和廢水監測分析方法》[17]的標準方法配制，所用藥品若無特殊標注，均為分析純。

1.2 儀器設備

移液管，容量瓶，電子天平，哈希紫外分光光度計(DR5000)，戴安離子色譜(IC-900)。

1.3 測定方法

2 結果與討論

2.1 繪制的亞硝酸鹽和硝酸鹽標線

分別吸取亞硝酸鹽標準使用液(亞硝酸鹽濃度為1.6×10-6)0、2、5、10、20、25 ml于一組6支50 ml比色管中，用水稀至刻度線。其對應亞硝酸鹽濃度分別為0、0.064、0.16、0.32、0.64、0.80×10-6。每支比色管中均加入1 mL顯色劑，密塞，混勻，靜置 20 min。在 2 h內用紫外分光光度計于540 nm處，用5 mm的比色皿測定，以去離子水為參比測量吸光度，繪制標準曲線，如圖1所示。

分別吸取硝酸鹽標準使用液(硝酸鹽濃度為10×10-6)0、5、10、20、25、50 ml于一組6支50 ml比色管中，用水稀至刻線。其對應硝酸鹽濃度分別為0、1、2、4、5、10×10-6。每支比色管中均加入1 mL濃度為1 mol/L的鹽酸，0.1 ml的氨基磺酸銨溶液，密塞，混勻。用紫外分光光度計在 2 h內于220、275 nm處，用5 mm的比色皿測定，以去離子水為參比測量吸光度，繪制標準曲線，如圖1所示。

分別吸取亞硝酸鹽標準中間液(亞硝酸鹽濃度為40×10-6)0、2.5、6.25、12.5、25、31.25 ml硝酸鹽標準中間液(硝酸鹽濃度為100×10-6)0、1、2.5、5、10、12.5 ml于一組6支50 ml比色管中，用水稀至刻度線。其對應亞硝酸鹽和硝酸鹽濃度均為0、2、5、10、20、25×10-6。每支比色管中取水樣10 ml過濾后放入離子色譜中待測，并繪制標準曲線，如圖2所示。

2.2 亞硝酸鹽對硝酸鹽測定值的影響

按照標準方法利用DR5000和離子色譜對10個含有等量硝酸鹽不等量亞硝酸鹽的水樣進行了測定，結果如表1所示。由表1可知，利用離子色譜測定的硝酸鹽濃度基本與理論值比較接近，相對誤差小于0.65%，相對標準差小于0.003。而采用紫外分光光度計測定出硝酸鹽值出現較大變化。當水樣中不含有亞硝酸鹽時，測出的硝酸鹽與理論值很接近，相對誤差為0.047%，與離子色譜法相當。然而隨著水樣中亞硝酸鹽含量的增加，測定出的硝酸鹽濃度逐漸變大。當水樣中硝酸鹽濃度達到100×10-6時，測得硝酸鹽濃度為配制濃度的3倍多，相對誤差達到230.5%。同時利用兩臺儀器對水樣中的亞硝酸進行測定，結果表明離子色譜法測定亞硝酸鹽的相對誤差小于2.24%，紫外分光光度計測定結果的相對誤差小于2.19%，說明兩種水樣在實驗操作過程中完全一致，未受到污染。進一步說明在利用紫外分光光度法測定硝酸鹽濃度時，亞硝酸鹽的存在對其具有重要的影響，并且影響程度為正偏離。楊躍蘭等[18]測定含有2×10-6亞硝酸鹽和2×10-6硝酸鹽混合水樣的研究表明，亞硝酸鹽的存在對硝酸鹽的測定沒有影響，而本實驗將亞硝酸鹽濃度增大后發現是存在影響的。方力[19]和龔正君[20]研究表明，在220 nm處，亞硝酸鹽與硝酸鹽都具有吸收。這可能是導致測定結果變大的原因，因此可增加掩蔽劑量加大其對亞硝酸鹽的掩蔽。

圖2 離子色譜法繪制亞硝酸鹽和硝酸鹽標線

表1 紫外分光光度法與離子色譜法測定水樣的氮濃度

2.3 避免亞硝酸鹽對硝酸鹽測定影響的探討

2.3.1掩蔽試劑量對分光光度的影響

在利用紫外分光光度法測定水中硝酸鹽濃度時，加入氨基磺酸主要是為了掩蔽亞硝酸鹽的影響。當亞硝酸鹽濃度增加時，出現硝酸鹽測定值產生正偏離的現象，可能是遮蔽試劑濃度不夠導致。因此研究通過增加掩蔽試劑濃度掩蔽亞硝鹽的影響。

在研究掩蔽試劑的掩蔽效果前，首先研究了掩蔽試劑濃度對吸光度的影響，如圖3所示。從圖3可以看出，掩蔽劑濃度在1～8 mg/L時，掩蔽劑的吸光度值處于±0.001范圍內波動，該波動范圍小于紫外分光光度計的吸收度誤差范圍，說明其對硝酸鹽測定沒有影響。但是當其濃度大于8 mg/L時，則吸光度出現逐漸增加的現象。因此，設定掩蔽試劑中氨基磺酸的最大濃度為8 mg/L。

2.3.2增加掩蔽試劑濃度后對硝酸鹽測定影響

在亞硝化生物處理系統中，氨氮基本轉化為亞硝氮，同時會含有部分硝酸鹽，因此亞硝酸鹽含量常常是硝酸鹽的數十倍乃至百倍。硝酸鹽濃度也是考察亞硝化系統穩定性的主要指標之一。為了能夠掩蔽更多亞硝酸鹽進行，因此將掩蔽劑中的氨基磺酸濃度增加到8 mg/L，是國標法的10倍。再次取2.2試驗過程中所用的10個水樣，加入高濃度的掩蔽劑，硝酸鹽濃度的測定結果如表2所示。

表2 紫外分光光度法中高濃度掩蔽劑對亞硝酸鹽的掩蔽影響

經過高濃度掩蔽劑(氨基磺酸)的掩蔽，用紫外分光光度計測定的硝酸鹽值有所下降。當亞硝酸鹽濃度在60×10-6以內時，硝酸鹽的測定值基本穩定，相對誤差小于1.797%。但是隨著亞硝酸鹽濃度的增加，硝酸鹽測定值又開始逐漸變大。經計算，第二次用紫外分光光度法測定硝酸鹽的相對偏差為0.352，與第一次相對偏差相比基本沒有變化。但是由圖4可知，掩蔽劑對亞硝酸燕的掩蔽效果是十分明顯的，僅僅因高濃度亞硝酸鹽存在時，掩蔽劑的用量不能滿足此時的需求導致誤差偏大。但是再次增加掩蔽劑的濃度，氨基磺酸將影響吸光度。因此在利用紫外分光光度法測定硝酸濃度時，應充分考慮亞硝酸鹽對測定結果的影響。水樣中亞硝酸鹽濃度小于60×10-6時僅通過增加掩蔽劑用量就可以避免亞硝酸鹽的影響，但是當水樣中亞硝酸鹽濃度高于60×10-6時紫外分光光度法將不適宜與此類廢水的測定。從上述研究也可以發現，離子色譜法可以很好地避免亞硝酸鹽對硝酸鹽測定的影響，因此在實驗條件允許的情況下，建議用離子色譜法測定亞硝酸鹽含量較高的水體中硝酸鹽濃度。

3 結 論

(1) 采用標準紫外分光光度法測定水樣中硝酸鹽時，由于大量亞硝酸鹽的存在，會導致硝酸鹽測定相對誤差偏大，當水樣中亞硝酸鹽濃度達到100×10-6時，硝酸鹽相對誤差達到230.5%。

(2) 將掩蔽劑濃度增大到標準方法的10倍時能夠更多地掩蔽亞硝酸，但是當水樣中亞硝酸鹽濃度大于60×10-6時，仍會因掩蔽劑量不足導致相對誤差再次增加。但是過度增加掩蔽劑濃度會影響吸光度。

(3) 離子色譜法可以很好規避水樣中亞硝酸鹽對硝酸鹽測定的影響。測定有亞硝酸鹽水樣中硝酸鹽時，離子色譜法相對誤差小于0.65%，相對標準差小于0.003。建議當水樣中亞硝酸鹽濃度超過60×10-6時采用離子色譜法。

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