基于离子色谱法的饮用水中亚硝酸盐和硝酸盐含量测定

2024-01-12范倩楠

山西化工 2023年12期

范倩楠

（山西晋科斯顿环境安全检测有限公司，山西临汾 041000）

0 引言

硝酸盐和亚硝酸盐为人体内非必须的物质，如果人体摄入量太大，会在人体内沉淀并对人体健康产生一定的影响，因此供水企业在给居民进行供水前会对饮用水进行处理，除去水中的硝酸盐和亚硝酸盐，并在供水前对水中两种物质的含量进行测定，保证供水的安全性。目前对饮用水中硝酸盐、亚硝酸盐含量的测定主要是电化学法，该方法操作流程复杂、测试效率低而且精度不足，因此迫切需要研究新的测试方法，满足高效、安全供水的需求。

本文提出了一种新的以MIC 型离子色谱仪[1]为核心的离子色谱快速测试方案，将浓度为3.1 mmol/L的碳酸钠和浓度为0.9 mmol/L 的碳酸氢钠溶液作为淋洗液，将浓度为49 mmol/L 的硫酸作为再生液，对饮用水进行处理后，将其加入到离子色谱仪中，对物质含量进行分析。实际检测结果表明，新的测定方法能够显著提升对饮用水中硝酸钠和亚硝酸钠的检测精度，目前该方案已经在饮用水测定中得到了广泛应用，而且能够推广在纯化水、井水、自来水、包装饮用水等多领域的快速检测中。

1 试验方案分析

对离子色谱快速测定方案的研究主要是从仪器和试剂的选择、色谱条件分析、溶液配置方案分析、专属性试验分析、标准曲线、定量限和检测限分析精密试验流程分析等几个方面入手。

1.1 试剂和仪器选择

试验时所选择的亚硝酸盐的质量浓度为100 mg/L，硝酸盐的标准质量浓度为1 000 mg/L。所选择的离子色谱仪为MIC 型，为了提高测试精度，在该离子色谱仪上还配备了电导检测器[2]。

1.2 色谱条件分析

色谱条件主要包括了色谱柱和柱温、淋洗液及再生液。色谱条件的设定核心是要保证色谱分析的精确性。根据测定对象，最终色谱柱确定为METROSEP A SUPP 5-250；柱温设置为25 ℃；淋洗液采用了浓度为3.1 mmol/L 的碳酸钠和浓度为0.9 mmol/L 的碳酸氢钠混合液，在使用前先利用0.1 μm 的过滤膜进行过滤，去除混合液中的大颗粒杂质；再生液选择了浓度为49 mmol/L 的硫酸，使用时将其加入到电导检测器中，作为反应过程中的抑制器再生液。

1.3 反应溶液配置

反应溶液主要包括了标准溶液和样品溶液两种。标准溶液包括了硝酸盐溶液和亚硝酸盐溶液两种，硝酸盐溶液制备时，利用蒸馏水将标准质量浓度溶液分别稀释为0.01、0.05、0.2、0.5、1.0 mg/L 的反应溶液；将亚硝酸盐溶液分别稀释为0.05、0.2、0.5、1.0、2.0 mg/L的反应溶液。样品溶液主要选择的是饮用水，在使用前对该饮用水采用0.1 μm 的过滤膜[3]进行过滤，避免里面存在大颗粒杂质。

1.4 专属性实验分析

分别取对照样品溶液，在1.2 所论述的色谱条件下分别进样100 μL 并记录此情况下的溶液色谱图[4]，结果如图1 所示。

图1 溶液标准图谱

由实际测试结果可知，硝酸盐和亚硝酸盐的保留时间分别为15.29、11.01 min，相邻的色谱峰值分离度分别为12 和9，其理论的塔板数量不小于8 990，拖尾因子均小于1.05，相对标准偏差小于0.09%。

1.5 标准曲线分析

将各个浓度的对照样品溶液各取100 μL 并逐次加入到离子色谱仪中，记录测试过程中不同浓度样品的峰面积。将样品浓度作为横坐标，将样品的峰面积[5]作为纵坐标，绘制其标准曲线。对硝酸盐和亚硝酸盐的线性回归方程进行分析。

结果表明，硝酸盐在质量浓度为0.02～1.0 mg/L的范围内，溶液浓度和峰面积有较强的线性关系；亚硝酸盐在质量浓度为0.05～2.0 mg/L 的范围内，溶液浓度和峰面积有较强的线性关系[6]；因此可以用于对硝酸盐和亚硝酸盐含量的测定。

1.6 定量限和检测限分析

在上述色谱条件下，取质量浓度为0.05 mg/L 的亚硝酸盐溶液及质量浓度为0.01 mg/L 的硝酸盐溶液，分别加入100 g 蒸馏水进行稀释，然后分别取100 μL 加入到离子色谱仪中。将离子色谱仪的信噪比设定为9∶1，获取此时硝酸盐和亚硝酸盐的定量限均为0.002 mg/L；将离子色谱仪的信噪比设置为2∶1，获取此时硝酸盐和亚硝酸盐的检测限均为0.001 mg/L；和廖楠[7]所提出的硝酸盐、亚硝酸盐检出限相比（亚硝酸盐检出限为0.008 mg/L，硝酸盐的检出限为0.006 mg/L），离子色谱测定方案的检出精度和灵敏度显著提升。

1.7 精密度实验

利用离子色谱仪对硝酸盐和亚硝酸盐含量情况进行测定，共进行10 次测量，测量相对标准偏差均小于0.5%，表明该测试方案具有较高的测试精确性。

根据1.3 所论述的反应溶液配置方案，取100 μL饮用水加入到离子色谱仪中，再分别安排2 个不同的操作人员先后进行含量测定。第一个检验员测试结果中没有检出亚硝酸盐，而硝酸盐的平均质量浓度为1.04 mg/L，RSD 为0.5%；第二个检验员测试结果中同样没有检出亚硝酸盐，而硝酸盐的平均质量浓度为1.045 mg/L，RSD 为0.51%。表明了该测试方案在不同的测试情况下能够保证较高的一致性，受外界环境和操作人员影响较小。

1.8 重复性实验分析

根据2.3 所论述的反应溶液配置方案，平行配置7 份样品溶液，然后分别取100 μL 加入到离子色谱仪中，每个样本均为检出亚硝酸盐，而且测定的硝酸盐的平均质量浓度为1.04 mg/L，RSD 为0.51%。通过重复性测量，表明了该测量方案具有较高的一致性。

1.9 回收率实验分析

根据实验色谱条件分析，取饮用水对其成分进行回收率测试，结果如表1 所示。

表1 饮用水成分回收率试验汇总表

实际测试结果表明，该测定方案的平均回收率在96.03%～97.87%，具有极好的测量准确度。

2 实际应用分析

根据所制定的离子色谱法测试方案，取100 μL矿泉水，将其加入到离子色谱仪中对其含量进行测定。结果表明，矿泉水内的亚硝酸盐含量为0，硝酸盐的质量浓度为3.87 mg/L，其实际硝酸盐的质量浓度约为3.9 mg/L，测定值和实际值之间的偏差约为0.76%，满足测试精确性需求。当采用传统的电化学法测试时，测定的硝酸盐质量浓度约为3.64 mg/L，测试偏差量约为6.7%。由此可知，采用新的测定方案后，其测试精度比电化学法有了显著的提升。

采用离子色谱仪测试的整个测试时间约为10 min，而采用传统电化学法测试的时间约为33 min，因此采用新的测试方案后，测试效率比优化前降低了69.7%，表现出了极高的测试精度和测试效率。目前该测试方案已经在各类饮用水的硝酸盐、亚硝酸盐测试中得到了广泛的应用，取得了极好的应用效果。