水中硝酸盐氮不同测定方法的适宜性研究.pdf

分析仪器Analytical Instrumentation进入水体中的氮主要有无机氮和有机氮之分。其中，无机氮包括氨态氮（简称氨氮）、亚硝态氮和硝态氮（硝酸盐氮）。硝酸盐氮（NO3-N）是含氮有机物氧化分解的最终产物1。硝酸盐氮是衡量水体毒理性与富营养化程度的重要指标2,3，各种来源硝酸盐氮直接或间接向水体排放，引发水体富营养化和水质恶化等环境问题，严重威胁着水生态健康4,5。水中的硝酸盐氮含量过高会对人体造成危害6，硝酸盐氮在人体中微生物作用下还原成亚硝酸盐氮，含量过高有可能导致窒息死亡7,8，硝酸盐氮含量过高导致的水体污染或人体受害的事件时有发生。在我国东北、西北和华北地区，硝酸盐氮污染比较严重9。因此，水中硝酸盐氮的检测很有必要。环境监测中常用的测定硝酸盐氮的方法有：紫外分光光度法10，离子色谱法11，气相分子吸收光谱法12等。紫外分光光度法是传统的检测方法，离子色谱法是常用的测定水中阴离子的方法，气相分子吸收光谱(GPMAS)是20 世纪70年代兴起的一种检测手段，该方法分析速度快、分析质量可靠13-15。每种方法对水样的适用范围不同，测定硝酸盐氮的检出限不同，操作过程的复杂程度也不相同。本研究对测定水样中硝酸盐氮的紫外分光光度法、气相分子吸收光谱法和离子色谱法进行比对，对3种方法的优缺点及适用范围进行评价，为实验室快速、准确选择测定水中硝酸盐氮的方法提供依据。水中硝酸盐氮不同测定方法的适宜性研究郭晋君 田渭花 薛 婷*杨玉珍 杏 艳 吕 靖 杨 瑾(陕西省环境监测中心站，西安 710054)摘 要：为快速准确地测定水中硝酸盐氮，本研究从多种水样入手，对3种常用测定方法进行比对研究。研究结果表明：紫外分光光度法、气相分子吸收光谱法和离子色谱法3种方法均可测定地表水和地下水中的硝酸盐氮。海水中硝酸盐氮适合用气相分子吸收光谱法测定；挥发性有机物含量水平较低水样中的硝酸盐氮适合用气相分子吸收光谱法和离子色谱法测定；挥发性有机物含量水平较高水样中的硝酸盐氮适合用离子色谱法测定。关键词：硝酸盐氮 紫外分光光度法 气相分子吸收光谱法 离子色谱法 多种水样DOI:10.3969/j.issn.1001232x.2022.06.009Study on applicability of different methods for determination of nitrate nitrogen in water.Guo Jinjun,Tian Weihua,Xue Ting*,Yang Yuzhen,Xing Yan,Lv Jing,Yang Jin(Shaanxi Environmental Monitoring Center Station,Xian 710054,China)Abstract:Three common determination methods were compared using various water samples.The results showed that ultraviolet spectrophotometry,gas phase molecular absorption spectroscopy and ion chromatography could all be adopted to determine nitrate nitrogen in surface water and groundwater;nitrate nitrogen in seawater was suitable for determination by gas phase molecular absorption spectrometry.Nitrate nitrogen in water samples with little volatile organic compound could be well determined by gas phase molecular absorption spectrometry and ion chromatography while nitrate nitrogen in water containing high content volatile organic compound was only suitable for determination by ion chromatography.Key words:Nitrate nitrogen;Ultraviolet spectrophotometry;Gas phase molecular absorption spectrometry;Ion chromatography;Various water samples2022 年第 6 期46No.6 Nov.2022分析仪器Analytical Instrumentation1 实验部分1.1 方法原理紫外分光光度法测定水中硝酸盐氮：用硝酸根离子在220nm处的吸收定量测定硝酸盐氮。溶解的有机物在220nm波长处也会有吸收。因此，在275nm 处再测量1次（硝酸根离子无吸收而溶解有机物有吸收），来校正硝酸盐氮值。离子色谱法测定水中硝酸盐：水质样品中的阴离子，经离子色谱柱交换分离，抑制型电导器检测，根据保留时间定性，峰高或峰面积定量。气相分子吸收光谱法测定水中硝酸盐氮：在酸性介质中，水样于855下，应用三氯化钛将硝酸盐还原分解成NO气体，以空气为载气导入吸光管，吸光度在214.4nm波长处与硝酸盐氮浓度符合比尔定律，实现定量测定。1.2 仪器及试剂根据水中硝酸盐氮测定采用的方法不同，实验所用仪器及其配套试剂如表1所示。表1 实验仪器与试剂方法紫外分光光度法离子色谱法气相分子吸收光谱法仪器 紫外可见分光光度计离子色谱仪气相分子吸收光谱仪厂家日本岛津德国赛默飞上海安杰环保科技有限公司型号UV1780ICS2100AJ-3700型试剂盐酸/优级纯氨基磺酸/分析纯碳酸钠/分析纯碳酸氢钠/分析纯盐酸/优级纯三氯化钛/分析纯氨基磺酸/分析纯2 结果与讨论2.1 地表水、地下水、海水中硝酸盐氮不同测定方法的适用性 选择地表水、地下水、海水3种水样，每种水样测定6次，分别用3种方法测定水样中的硝酸盐氮浓度，测定结果见表2、表3。表2数据显示，用3种方法分别测定地表水、地下水中硝酸盐氮的浓度，6组数据相对标准偏差小，数据稳定，说明3种方法均可用来测定地表水和地下水中硝酸盐氮的浓度。表2 地表水、地下水中硝酸盐氮的浓度测定表样品类型地表水地下水方法紫外分光光度法气相分子吸收光谱法离子色谱法紫外分光光度法气相分子吸收光谱法离子色谱法浓度（mg/L）3.553.613.510.8950.8910.9033.523.593.610.8850.8990.8873.603.543.470.9010.9020.8693.523.623.490.8930.9020.9113.493.623.520.8970.9010.8973.503.553.440.9000.8930.903平均值（mg/L）3.513.593.520.8950.8980.898标准偏差s0.050.030.030.0060.0050.006相对标准偏差RSD(%)1.41.10.80.70.60.7及2022 年第 6 期47No.6 Nov.2022分析仪器Analytical Instrumentation表3数据显示，紫外分光光度法和离子色谱法测定海水中硝酸盐氮的浓度，数据相对标准偏差大，不稳定。相比较另外两种方法，气相分子吸收光谱法测定的数据相对标准偏差小，数据稳定。说明海水中硝酸盐氮更适合用气相分子吸收光谱法测定，这主要是由于海水中的NO3-N转化为NO气体，实现了待测物与复杂基质的分离，消除了基体干扰。表3 海水中硝酸盐氮的浓度测定表方法紫外分光光度法气相分子吸收光谱法离子色谱法浓度（mg/L）1.031.201.061.511.121.231.011.181.181.151.120.881.371.231.171.161.111.25平均值（mg/L）1.201.161.13标准偏差s0.190.050.14相对标准偏差RSD(%)164.312表4 挥发性有机物含量较低水样中硝酸盐氮浓度的测定结果样品类型生活污水处理厂出水榨菜废水方法气相分子吸收光谱法离子色谱法气相分子吸收光谱法离子色谱法浓度（mg/L）3.003.1915.0014.783.273.2415.0815.613.173.1115.5115.333.263.2515.3115.673.033.3115.0314.623.383.1215.5415.34平均值（mg/L）3.203.2015.2015.20标准偏差s0.150.080.240.43相对标准偏差RSD(%)4.72.51.62.8及2.2 污水水样中硝酸盐氮不同测定方法的适用性根据紫外分光光度法测定水中硝酸盐氮的原理，在220nm波长下测量NO3-N吸收时，有机物在该波长下有显著的吸收干扰，需要在275nm 波长处进行矫正。但是污水水样复杂，溶解性有机物的含量高，在275nm 波长下矫正困难。因此，污水中硝酸盐氮的测定一般不用紫外分光光度法，采用气相分子吸收光谱法和离子色谱法。根据污水中挥发性有机物含量的高低，将污水分为挥发性有机物含量水平较低的水样和挥发性有机物含量水平较高的水样进行研究。挥发性有机物含量水平较低的水样选取生活污水处理厂出水、榨菜废水两类；挥发性有机物含量水平较高的水样选取化粪池出水、炼油废水两类。对这4类水样，分别测定6次，测定结果见表4、表5。2022 年第 6 期48No.6 Nov.2022分析仪器Analytical Instrumentation表4数据表明，当水样中挥发性有机物含量水平较低时，用两种方法测定污水中硝酸盐氮的浓度，4组数据的相对标准偏差小，说明这两种方法均可用来测定污水中硝酸盐氮的浓度。对生活污水处理厂出水来说，离子色谱法测定浓度的相对标准偏差小，数据更加稳定，方法更优；对榨菜废水来说，气相分子吸收光谱法测定浓度的相对标准偏差小，数据更加稳定，方法更优。表5 含较高浓度水平挥发性气体有机物水样中硝酸盐氮浓度的测定结果样品类型化粪池出水炼油废水方法气相分子吸收光谱法离子色谱法气相分子吸收光谱法离子色谱法浓度（mg/L）1.231.1111.729.341.091.219.889.081.311.189.429.421.011.2611.449.051.351.2310.049.131.481.158.969.58平均值（mg/L）1.241.1910.29.27标准偏差s0.170.051.110.21相对标准偏差RSD(%)144.2112.3表5数据表明，当水样中含有较高浓度水平挥发性有机物时，用两种方法测定污水中硝酸盐氮的浓度，气相分子吸收光谱法的相对标准偏差大，不稳定。因为当仪器将硝酸盐氮还原分解成NO气体，在214.4nm下测量吸光度时，挥发性气体会引起干扰，因此不能用来测定这类水样。而离子色谱法可以避免这类干扰，相对标准偏差小，数据稳定，适宜用来测定这类水样。3 结论系统研究了在测定不同类型水样中硝酸盐氮浓度时，紫外分光光度法、气相分子吸收光谱法、离子色谱法的适宜性。研究发现，在测定地表水、地下水类较洁净水中硝酸盐氮浓度时，3种方法均很适宜。在测定海水中硝酸盐氮浓度时，因海水性质复杂，含离子丰富，紫外分光光度法和离子色谱法均不甚适宜，而气相分子吸收光谱法则很适合。在测定污水中硝酸盐氮浓度时，适宜采用离子色谱法，不宜使用紫外分光光度法，而气相分子吸收光谱法只有在污水样中挥发性有机物含量水平较低时适用。参考文献1 赵巍岩,赵挺洁,白耀东.两种不同方法测定硝酸盐氮的比对J.环境与发展.2015(1):9596.2 郑瑞.复州河上游氮污染调查及水质净化技术研究D.大连：大连理工大学,2018.3 袁杰.汉江流域上有氮污染調查的时空变化格局及其来源解析D.武汉：中国科学院武汉植物园,2017.4 徐志伟,张心昱,于贵端,等.中国水体硝酸盐氮氧双稳定同位素溯源研究进展J.环境科学,2014,35(8):32303238.5 余辉,徐军,牛远,等.流域环境评估与稳定性同位素-从水循环到生态系统M.北京:中国环境出版集团,2018.6 JANOS S,ISTVAN K,ORSOLYA F,et al.Association between gastric cancer mortality and nitrate content of drinking water:Ecological study on small area inequalitiesJ.European Journal of Epidemiology,2001,及2022 年第 6 期49No.6 Nov.2022分析仪器Analytical Instrumentation17(5):443447.7 孟春霞,郑来西,马振宇,等.青岛市农村供水中硝酸盐氮污染状况及健康风险评价J.水利水电技术,2014,45(9):2426,38.8 孟春霞,郑来西,马振宇,等.青岛市农村供水中硝酸盐氮污染状况及健康风险评价J.水利水电技术,2014,45(9):2426,38.9 张涛,成浩,崔洪涛,等.生物质吸附剂对硝酸盐氮的吸附及再生J.科学技术与工程,2021,21(36),1568215687.10 国家环境保护总局.水质 硝酸盐氮的测定 紫外分光光度法(试行):HJ/T 3462007 S.北京:中国环境科学出版社,2007.11 国家环境保护总局.水质 无机阴离子的测定(F、CI、收稿日期：2022-04-22作者简介：郭晋君，女，1983年出生，硕士，主要从事环境监测和实验室分析研究，Email：。*通讯作者：薛婷，女，1986年出生，硕士，主要从事环境监测和实验室分析研究，Email：。NO2、Br、NO3、PO43、SO32、SO42)离子色谱法:HJ 842016 S.北京:中国环境科学出版社,2016.12 国家环境保护总局.水质 硝酸盐氮的测定 气相分子吸收光谱法:HJ/T 1982005S.北京:中国环境科学出版社,2005.13 刘丰奎,郝俊,刘盼西，等.气相分子吸收光谱法测定水中总氮浓度不确定度评定J.分析仪器,2018(5):130132.14 王非.不同消解方试对气相分子吸收光谱法检测总氮的影响J.分析仪器,2020(5):130132.15 刘盼西,刘丰奎,郝俊,周晓萍,刘聪,祖文川.气相分子吸收光谱法氨氮氧化反应优化研究J.分析仪器,2018(6):141144.