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        實時在線化學發(fā)光監(jiān)測水體亞硝酸鹽

        2015-10-16 05:14:20張勝海郭蕓蕓王李佳呂家根
        分析科學學報 2015年1期

        崔 貝, 張勝海, 郭蕓蕓, 王李佳, 呂家根*

        (陜西師范大學化學化工學院,陜西西安 710119)

        亞硝酸鹽能使血紅蛋白變性導致組織缺氧和高鐵血紅蛋白癥,還可與體內(nèi)胺類物質(zhì)生成致癌作用的亞硝胺類化合物[1,2]。在飲用水、食品加工用水中都含有少量的亞硝酸鹽,由于飲用和食品加工水的攝取量大,由此攝入的亞硝酸鹽已被廣泛關注[3]。如關于飲用水煮沸時間和煮沸次數(shù)是否會導致亞硝酸鹽含量變化,其變化趨勢是怎樣的,都是人們非常關心的話題。此外,在農(nóng)業(yè)、環(huán)境生態(tài)研究中,監(jiān)測地表水或土壤中亞硝酸鹽含量變化是非常有價值的指標[4];污水生化處理過程中監(jiān)測亞硝酸鹽含量變化對水處理條件和排放有重要的指導意義[5,6]。顯然,要解決以上問題,需要發(fā)展連續(xù)、實時在線的亞硝酸鹽監(jiān)測方法。目前針對水體中低含量亞硝酸鹽的連續(xù)監(jiān)測分析方法還未見報道。

        1 實驗部分

        1.1 儀器與試劑

        MCDR-A型多功能化學發(fā)光數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(西安瑞邁電子科技有限公司);TU-1901雙光束紫外-可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司);HL-2恒流泵(上海青浦滬西儀器廠);快速電熱水壺(中山市半球燃氣器具有限公司);恒溫水浴鍋(上海亞榮生化儀器廠)。

        圖1 實時在線監(jiān)測系統(tǒng)流程圖Fig.1 A schematic diagram of the real-time and on-line detection system1:Luminol;2:H2O2; 3:H2SO4;4:EDTA disodium salt;5:standard or sample;A:thermometer;B:ice-water bath;C:eliminating bubble device;P:constant flow pump;F:flow cell;PMT:photomultiplier;HV:high voltage;PC:computer;w:waste

        Luminol儲備溶液(1.0×10-2mol/L):準確稱取1.7720 g Luminol及4.0 g NaOH,加水溶解后轉(zhuǎn)入1 000 mL棕色容量瓶中,定容,搖勻,于冰箱4 ℃ 下放置一周后使用。30%H2O2、98%H2SO4、氫氧化鈉、乙二胺四乙酸二鈉(Na2Y)、對氨基苯磺酸、N-(1-萘基)乙二胺二鹽酸鹽(國藥集團化學試劑有限公司),所用試劑均為分析純,所用水均為三次蒸餾水。

        1.2 系統(tǒng)構建

        所構建的實時在線監(jiān)測系統(tǒng)如圖1所示。經(jīng)過恒流泵的輸送作用水樣依次通過冰水浴冷卻,除氣泡后與4號管的EDTA溶液混合均勻,與3號管的H2SO4溶液反應生成HNO2,再與2號管的H2O2溶液混合快速反應產(chǎn)生HOONO,HOONO與1號管中堿性Luminol溶液混合至流通池產(chǎn)生化學發(fā)光,用發(fā)光測量儀檢測發(fā)光信號,記錄并處理數(shù)據(jù)。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 系統(tǒng)分析特性

        2.2 線性范圍、檢出限及可靠性

        為了驗證所構建系統(tǒng)的可靠性,采集4種水樣,包括陜西師范大學長安校區(qū)自來水樣2種,陜西師范大學昆明湖水樣1種,西安市長安區(qū)潏河水樣1種;自來水樣直接測定,湖水、河水樣濾紙過濾后直接測定。測定結(jié)果與國家標準方法[8]的對照如表1所示??梢姳痉椒ńY(jié)果與標準方法結(jié)果間無顯著性差異;于采樣管前端添加過濾裝置,該分析系統(tǒng)可用于渾濁水體中亞硝酸鹽含量的連續(xù)監(jiān)測。

        表1 方法可靠性檢驗(n=5)

        2.3 持續(xù)煮沸過程中亞硝酸鹽含量的監(jiān)測

        加熱煮沸2 L自來水,用所構建的監(jiān)測系統(tǒng)連續(xù)記錄發(fā)光曲線,隨后以標準曲線校正方式得到亞硝酸鹽含量變化曲線。在連續(xù)采樣分析的同時,以30 秒/次的頻率記錄水體溫度變化曲線(圖2)。結(jié)果表明,自來水煮沸后,其亞硝酸鹽含量從5.7×10-7mol/L降至1.5×10-8mol/L;其中,當水溫上升至80 ℃以上時,亞硝酸鹽含量快速下降;煮沸大約3~3.5 min后,亞硝酸鹽含量基本不再降低;持續(xù)煮沸30 min未發(fā)現(xiàn)亞硝酸鹽含量有上升的趨勢。這說明,煮沸能夠顯著降低自來水中亞硝酸鹽含量,且持續(xù)煮沸不會導致亞硝酸鹽含量的上升。

        2.4 持續(xù)亞沸過程中亞硝酸鹽含量的監(jiān)測

        家用、辦公用飲水機設備煮水時常為亞沸狀態(tài),為了研究這種煮沸狀態(tài)下水中亞硝酸鹽含量的變化,將7 L自來水煮至亞沸狀態(tài)(90 ℃),并作對照實驗(全沸狀態(tài)100 ℃)。同上做亞硝酸鹽濃度、水體溫度隨時間變化曲線(圖3)。

        圖2 加熱及持續(xù)沸騰狀態(tài)下自來水中亞硝酸鹽含量的變化Fig.2 Variation of nitrite in tap water under heating and boiling state—▲—T:temperature of water; —■—c:concentration of

        圖3 亞沸和全沸狀態(tài)下自來水中亞硝酸鹽含量的變化Fig.3 Variation of nitrite in tap water under sub-boiling and boiling state—■—c(boiling);—□—c(sub-boiling);—▲—T(boiling);—△—T(sub-boiling).

        結(jié)果表明,自來水達到亞沸狀態(tài)后其亞硝酸鹽含量從7.6×10-7mol/L降至2.7×10-8mol/L;自來水達到全沸狀態(tài)后其亞硝酸鹽含量從7.6×10-7mol/L降至7.0×10-9mol/L。這說明,全沸狀態(tài)下自來水中亞硝酸鹽的含量明顯低于亞沸狀態(tài)下亞硝酸鹽含量,但加熱至亞沸狀態(tài)同樣能夠顯著降低亞硝酸鹽含量,人們應可放心飲用亞沸狀態(tài)下的自來水。

        圖4 反復煮沸后自來水中亞硝酸鹽含量的變化Fig.4 Variation of nitrite in repeated boiling tap water

        2.5 多次煮沸亞硝酸鹽含量的變化

        將2 L自來水煮沸后,每隔30 min燒開一次,每次持續(xù)煮沸1 min,立即監(jiān)測每次煮沸后亞硝酸鹽含量變化,作亞硝酸鹽濃度隨燒開次數(shù)變化曲線(圖4)。結(jié)果表明,從初次煮沸(2.7×10-8mol/L)至第三次煮沸(2.4×10-8mol/L),自來水中亞硝酸鹽含量逐漸降至最低,與上述自來水持續(xù)煮沸變化趨勢相同。從第三次開始,隨著燒開次數(shù)不斷增加,亞硝酸鹽含量開始上升,煮沸十一次時升至7.0×10-8mol/L。這說明,自來水反復燒開后亞硝酸鹽含量開始出現(xiàn)累積性增長,盡管煮沸十一次時其含量仍遠低于原水(6.4×10-7mol/L),但還是建議不飲用反復煮沸的自來水。

        3 結(jié)論

        本研究所構建的化學發(fā)光分析系統(tǒng),適合對水體樣品中低含量亞硝酸鹽的實時在線監(jiān)測。以自來水為對象的分析應用表明,自來水持續(xù)煮沸3 min能夠顯著降低亞硝酸鹽的攝入;一次性連續(xù)煮沸30 min并不會導致亞硝酸鹽含量上升;亞沸煮水同樣能夠顯著降低亞硝酸鹽含量;反復煮沸會造成亞硝酸鹽的累積性增長。該監(jiān)測系統(tǒng)在食品加工、腌漬發(fā)酵、水處理、養(yǎng)殖水體和地表水亞硝酸鹽含量監(jiān)測中有潛在的應用價值。

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