基于紫外分光光度法的地下水中硝酸盐氮含量测定

2024-03-08赵文斌

地下水 2024年1期

赵文斌

(新疆阿克苏水文勘测局水环境监测分中心,新疆阿克苏 843000)

0 引言

随着社会经济的发展,作为人们重要饮用水源的地下水水质变化受到国家的高度重视。现在就紫外分光光度法测定地下水中硝酸盐氮含量做简要分析并提出紫外分光光度法测定地下水中硝酸盐氮含量的一些建议[1]。硝酸盐氮(NO3-N))是水中“三氮”(硝酸盐氮、氨氮、总氮)之一。硝酸盐氮能够反映水源水体受污染的程度,是水体富营养化的一项重要指标[2]。饮用水中若含有过量的硝酸盐将引起血液中变性血红蛋白增加中毒,如果长期饮用硝酸盐氮过高的地下水对人体健康会造成一定损害[3]。对于地下水中硝酸盐的含量,国家标准中早已规定:地下水质量标准( GB/T14848-1993)[4]规定Ⅰ类水硝酸盐氮含量小于等于20 mg/L为人体健康限制值。如何对地下水中硝酸盐氮进行更加精准的检测是一个十分重要的问题。

对水体中硝酸盐检测方法很多,实验室经常采用的有离子色谱法、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区别于其它方法的很多优点,首先,紫外分光光度法不需昂贵的仪器设备,其次,对于地下水水样分析,紫外分光光度法操作方法简便、使用设备少、所用试剂少、精准度比较高。

1 实验方法、仪器设备、试剂

1.1 方法原理

1.1.1 紫外分光光度法

根据琅勃比尔定律,硝酸根离子在220 nm波长处的吸收而定量测定硝酸盐氮。因为被酸溶解的有机物在220 nm波长处有吸收,而硝酸根离子在275 nm波长处却没有吸收,在275 nm波长处同时测定一次含量来校正硝酸盐氮的值。

1.2 使用试剂

硝酸盐氨标准储备溶液C(NO3-N)=100 mg/L自配,使用万分之一电子天平准确称取0.721 8 g分析纯硝酸钾KNO3(经过110摄氏度烘干四小时)溶于超纯水,移置1 000 ml容量瓶中,预混匀,再加超纯水至标线下0.5 cm处静置30 s,用胶头滴管逐滴加入超纯水至凹液面最低点与标线相切停止,盖上容量瓶瓶塞,上下颠倒数次充分混匀。

优级纯盐酸溶液1 mol/L,分析纯氢氧化铝悬浮液,分析纯氢氧化钠溶液5 mol/L,分析纯氨基磺酸溶液0.8%(m/v),10%分析纯硫酸锌溶液。

1.3 使用仪器设备

鉴定合格的普析通用仪器有限责任公司生产的双光束紫外可见分光光度计TU-1900型及石英比色皿1 cm、万分之一电子天平、200 ml棕色容量瓶(A级)、1 000 ml容量瓶(A级)、50.00 ml单标移液管(A级)、10 ml单标移液管(A级)、10.00 ml刻度吸管(A级)、超纯水仪、去离子水制备设备、50 ml具塞比色管等。

2 曲线绘制、实验步骤和质量控制

2.1 标准曲线的配制和测绘

取8支200 mL棕色容量,加入10 ml左右超纯水(防止标准溶液沉降),使用10 ml刻度吸管(A级)分别向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硝酸钾标准溶液C(NO3-N)=100 mg/L,预混匀,再加超纯水至标线下0.5 cm处静置30 s,用胶头滴管逐滴加入超纯水至凹液面最低点与标线相切停止,盖上容量瓶瓶塞,上下颠倒数次充分混匀。可以得到其相应浓度为0.00、0.25、0.50、1.00、1.50、2.00、3.00、5.00 mg/L硝酸盐氮曲线标准系列溶液。

按水样测定相同步骤取50 ml水样于比色管中分别加入1.00 ml优级纯1 mol/L盐酸溶液和0.1ml 0.8%(m/v)氨基磺酸溶液后置于比色管架上备用。

打开计算机和TU-1900型双光束紫外可见分光光度计主机,对仪器预热半小时后进行自检和波长校正,使用1 cm石英比色皿用超纯水做参比,对0.00、0.25、0.50、1.00、1.50、2.00、3.00、5.00 mg/L硝酸盐氮曲线标准系列溶液分别在220 nm波长和275 nm波长处测定吸光度值[7],作浓度和吸光度曲线,得到回归方程y =0.251 5x +0.001 76,相关系数r=0.999 95。硝酸盐氮标准曲线(见表1和图1)。

图1 硝酸盐氮标准曲线

表1 硝酸盐氮标准曲线

紫外可见分光光度计每次开机需要对仪器预热半小时以后进行自检和波长校正,此时仪器设备的参数将会发生些许变化,而在使用一条已有曲线测定未知样品时,将会产生一定的误差。因此,建议在对地下水进行分析检测时,每做一次样品分析,都要做一条曲线。

2.2 紫外分光光度法测定检出限比较

水利行业标准SL84-94紫外分光光度法的检出限最低检出浓度为0.08 mg/L。国家生活饮用水标准GB/T5750-2006.5检出限最低检出浓度为0.20 mg/L[8]。对于地下水这类洁净水体的准确度应该更高,建议采用水利行业标准SL84-94进行检测。

2.3 紫外分光光度法对实验用水的要求

通过紫外分光光度法测定地下水中硝酸盐氮含量时,要采用超纯水机制备实验用水,pH值要求在7.3～7.5之间,电导率要求为0.15Ω,切要在曲线绘制当天进行制备。通过四个不同时段的四个批次制备的空白水样做比对,并且将四个批次空白水样放置三日后再一次测试,发现不同批次、不同时间的超纯水空白吸光度不同。建议有条件的实验室对硝酸盐氮检测时,最好使用当日新鲜制取的超纯水或者是同一批同一时间段制取的超纯水[9]。详见表2。

表2 四个批次超纯水的吸光度和同一批次超纯水放置3 d后测得吸光度空白对比

2.4 地下水监测的结果计算

单光束紫外可见分光光度计进行计算时可以使用以下公式进行计算:

Ar=A220-2A275

(1)

式中Ar是校正吸光度;A220nm为在波长220 nm处测得的吸光度;A275nm为在波长275 nm处测得的吸光度硝酸盐氮含量计算公式:

C=M/V×1 000

(2)

式中:M是Ar校正吸光度测定的硝酸盐氮含量,mg; V为水样的取样体积ml

2.5 地下水监测质量控制

实验室开展紫外分光光度法测定地下水中硝酸盐氮含量检测时,通常采用现场平行样品的质量控制分析和全程序空白样品的质量控制分析,以及对地下水样品进行加标回收率的测定、室内样品平行测定和已知浓度的质量控制样品的测定,这些方法都是标准化实验室建设中质量管理的重要手段。内部控制样品采购于水利部水环境监测评价研究中心,批号171280,不确定度范围在1.26±0.05 mg/L。经过实验验证测得现场平行样品的标准偏差0.006,相对标准偏差0.89%;加标样品的标准偏差0.017,相对标准偏差0.66%;已知浓度的质量控制样品的标准偏差0.008,相对标准偏差0.65%;加标回收率在97.0%～97.8%[10]。使用紫外分光光度法测定水中硝酸盐氮的加标回收率可以保证在95%～105%范围之间,加标回收率及相对标准偏差完全符合规范要求。详见表3质量控制一览表。