李 祥， 陳宗姮， 袁 硯， 黃 勇， 李 勇， 潘 楊

(蘇州科技學(xué)院 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 環(huán)境生物技術(shù)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(yùn)用前景。但是，儀器、耗材及維護(hù)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(zhǔn)確度高，穩(wěn)定和成本較低的優(yōu)點，在水質(zhì)監(jiān)測方面得到最為廣泛的運(yùn)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(zhì)[7-8]。為了滿足不同行業(yè)樣品的測定，研究者需要對這些方法進(jìn)行改進(jìn)[9-10]，以便更簡便、準(zhǔn)確地運(yùn)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(fā)現(xiàn)廢水中氨氮轉(zhuǎn)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(fā)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(zhuǎn)化為氮?dú)鈁12-14]。該聯(lián)合工藝極大地節(jié)省動力和藥劑成本，受到研究者廣泛關(guān)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(biāo)準(zhǔn)方法對亞硝酸鹽濃度的要求。目前，雖然國內(nèi)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(jìn)行了研究，包括：水樣保存時間、試劑影響、反應(yīng)溫度和時間、干擾物的去除等，并取得了一定進(jìn)展，但仍然缺少亞硝酸鹽對硝酸鹽氮測定結(jié)果影響的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

本文發(fā)現(xiàn)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(shù)值與使用離子色譜測得的值存在很大差異，但未有文獻(xiàn)對此差異進(jìn)行研究說明。同時發(fā)現(xiàn)本領(lǐng)域的研究者仍用紫外分光光度法進(jìn)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(jìn)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(jié)果的影響及可能的改進(jìn)措施，旨在為類似廢水硝酸鹽測定方法的改進(jìn)提供一些參考。

1 材料與方法

1.1 主要試劑

(1) 亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)使用液。稱取干燥器中干燥24 h后的NaNO2(進(jìn)口優(yōu)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(biāo)準(zhǔn)貯備液(亞硝酸鹽濃度為1 000×10-6)。取亞硝酸標(biāo)準(zhǔn)貯備液20～500 ml的容量瓶定容，作為標(biāo)準(zhǔn)中間液(亞硝酸鹽濃度為40×10-6)。取亞硝酸標(biāo)準(zhǔn)中間液20～500 ml的容量瓶定容，即為標(biāo)準(zhǔn)使用液(亞硝酸鹽濃度為1.6×10-6)。

(2) 硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)使用液。稱取已于120～130 ℃干燥至恒重的KNO3(進(jìn)口優(yōu)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(biāo)準(zhǔn)貯備液(硝酸鹽濃度為1 000×10-6)。取硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)貯備液50～500 ml的容量瓶定容，作為標(biāo)準(zhǔn)中間液(硝酸鹽濃度為100×10-6)。取硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)中間液50～500 ml的容量瓶定容，即為標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)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(zhuǎn)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(jiān)測分析方法》[17]的標(biāo)準(zhǔn)方法配制，所用藥品若無特殊標(biāo)注，均為分析純。

1.2 儀器設(shè)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(jié)果與討論

2.1 繪制的亞硝酸鹽和硝酸鹽標(biāo)線

分別吸取亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(nèi)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(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1所示。

分別吸取硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(nèi)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(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1所示。

分別吸取亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行了測定，結(jié)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(biāo)準(zhǔn)差小于0.003。而采用紫外分光光度計測定出硝酸鹽值出現(xiàn)較大變化。當(dāng)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(dāng)。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(dāng)水樣中硝酸鹽濃度達(dá)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(dá)到230.5%。同時利用兩臺儀器對水樣中的亞硝酸進(jìn)行測定，結(jié)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(jié)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(jìn)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(fā)現(xiàn)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(dǎo)致測定結(jié)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(biāo)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(dāng)亞硝酸鹽濃度增加時，出現(xiàn)硝酸鹽測定值產(chǎn)生正偏離的現(xiàn)象，可能是遮蔽試劑濃度不夠?qū)е?。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(nèi)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(dāng)其濃度大于8 mg/L時，則吸光度出現(xiàn)逐漸增加的現(xiàn)象。因此，設(shè)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(tǒng)中，氨氮基本轉(zhuǎn)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(shù)十倍乃至百倍。硝酸鹽濃度也是考察亞硝化系統(tǒng)穩(wěn)定性的主要指標(biāo)之一。為了能夠掩蔽更多亞硝酸鹽進(jìn)行，因此將掩蔽劑中的氨基磺酸濃度增加到8 mg/L，是國標(biāo)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(jié)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(jīng)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(dāng)亞硝酸鹽濃度在60×10-6以內(nèi)時，硝酸鹽的測定值基本穩(wěn)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(jīng)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(dǎo)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(yīng)充分考慮亞硝酸鹽對測定結(jié)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(dāng)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(fā)現(xiàn)，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(jié) 論

(1) 采用標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)致硝酸鹽測定相對誤差偏大，當(dāng)水樣中亞硝酸鹽濃度達(dá)到100×10-6時，硝酸鹽相對誤差達(dá)到230.5%。

(2) 將掩蔽劑濃度增大到標(biāo)準(zhǔn)方法的10倍時能夠更多地掩蔽亞硝酸，但是當(dāng)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(dǎo)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(guī)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(biāo)準(zhǔn)差小于0.003。建議當(dāng)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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