双波长分光光度法同时测定溶液中的硝酸根和碘离子

张慧芳 郭 探 李 权 叶秀深 吴志坚＊

（1中国科学院青海盐湖研究所，西宁810008；2中国科学院研究生院，北京100049）

1 引言

工业废水、农田排水的不合理排放以及化肥使用量的不断增加，致使大量硝酸盐进入地下水［1－4］，也导致很多蔬菜中的硝酸盐含量超标［5］。硝酸盐本身无毒，但人体摄入后，经肠道中的微生物作用，会转变成有致癌、致畸作用的亚硝酸盐、N－亚硝基化合物等，增加了肠胃癌、高铁血蛋白症等的发病率［5－6］。目前，硝酸盐污染问题已是各国关注的环境热点问题，世界卫生组织规定了饮用水中硝酸盐浓度（以N计）不超过10 mg/L，推荐浓度为5 mg/L［7］。所以，环境和食品中硝酸根含量的测定对污染控制和食品卫生安全有着重要意义。

测定硝酸根的方法有离子色谱法［8－9］、光度法［10］、电 化学法［11－12］、传感法［13］等，其中光度法 所用仪器简单、操作便捷、测定成本低、可操作性强。硝酸根在紫外光区有较强吸收，可不添加显色剂或其他辅助试剂，用紫外分光光度法直接测定［14］。环境样品和食品样品中也常含有碘离子［15］，碘离子在紫外光区也有较强吸收［16］，所以用紫外分光光度法直接测定硝酸根或碘离子时，二者相互干扰。为此，根据硝酸根和碘离子的紫外吸收光谱特点，建立了等吸收点双波长法，同时测定溶液中的硝酸根和碘离子。方法简便快捷，可用于溶液中微量硝酸根和碘离子的同时测定。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

主要仪器：TU－1810紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）。

主要试剂：硝酸钠、碘化钠、氯化钠、溴化钠、硫酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、亚硝酸钠、盐酸、氢氧化钠（均为分析纯），实验用水为蒸馏水。

硝酸钠、碘化钠标准储备液：分别准确称取在105℃下烘至恒重的Na NO3、NaI，配制成浓度为0.0250 mol/L的储备液，于棕色瓶中避光保存，临用前稀释，配制所需浓度的溶液。

2.2 实验方法

以蒸馏水为空白，用1 c m石英比色皿，对硝酸钠、碘化钠单组份溶液在200～400 n m范围内进行光谱扫描（扫描步长为0.5 n m）以确定主、次波长。之后配制含的不同浓度溶液，绘制出标准曲线，并明确其他共存离子的干扰情况、考察该方法的准确度和精密度。

3 结果与讨论

3.1 主、次波长的选择

分别对相同浓度（均为0.04 mmol/L）的硝酸钠、碘化钠溶液进行紫外光谱扫描（图1）。发现的吸收范围大部分重叠，若用直接紫外分光光度法测定二者含量，两个离子会互相干扰。由于在226 n m处出现最大吸收且吸收峰型对称性较好，226 n m两侧会出现多组等吸收点（吸光度相同的不同波长）。因此，利用等吸收点双波长分光光度法［17］，测定溶液在的等吸收双波长下的吸光度差值（该吸光度差值在一定范围内与溶液中的浓度呈线性关系），可消除I－对测定的影响。并且根据吸光度的加和性，建立相关线性回归方程，同时测定I－。

图1 和I－溶液的紫外吸收光谱Figure 1.UV absor ption spectra ofand I－containing solutions.

对0.01～0.12 mmol/L的碘化钠溶液进行光谱扫描，对比不同等吸收波长对 （λ1、λ2）的吸光度值（表1）。

表1 不同浓度NaI溶液在不同等吸收波长对下的吸光度Table 1 Absor bances of NaI in the solutions with different concentr ations at different isobestic wavelength pairs

通过公式（1、2、3），计算各对波长吸光度差值的标准偏差，分别为：

A1、A2是碘离子在同一等吸收波长对（λ1，λ2）下的吸光度值，xi是两者的差值；x是不同浓度碘离子在同一等吸收波长对吸光度差值xi的算数平均值，S是xi的标准偏差，N是所选碘离子浓度的个数（N＝7）。等吸收波长对的吸光度差值的标准偏差越小，说明波长对的等吸收性受碘离子浓度的变化影响越小，测定的精密度也就越高。另外，据王睿等的研究，硝酸根在220.0 n m处时浓度与吸光度的线性相关性最好［18］。因此，选择220.0 nm、231.5 n m分别为测定的主、次波长。

3.2 标准曲线的绘制

配制含一定量碘化钠（0.05 mmol/L）的硝酸钠系列溶液（浓度分别为0.01、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12 mmol/L），分别在220.0、231.5 nm处测定吸 光 度 值A220.0、A231.5，求 出A220.0－231.5＝A220.0－A231.5，并以A220－231.5为纵坐标、以硝酸根 浓 度为横坐标，绘制标准曲线（图2），并建立线性相关方程：A220.0－231.5＝2.9958＋0.0016，硝酸根的浓度范围为0～0.12 mmol/L，R2＝0.99994。对不含硝酸钠，只含碘化钠的空白溶液在主次波长下的吸光度连续测定20次，求出吸光度差值，吸光度差值的标准偏差为σ＝3.7×10－4，根据I UPAC推荐的检出限公式DL＝3σ/r（r为标准曲线的斜率），得出硝酸根的检出限为3.7×10－4mmol/L。

图2 双波长分光光度法测定含I－混合溶液中的标准曲线Figure 2.The calibration curve ofions in solutions with coexisting I－ions by dual－wavelength spectrophotometry.

另外，对不同浓度的硝酸钠、碘化钠溶液在220 nm处分别进行吸光度测定，可得到A220.0）与、A220.0（）与的 线 性 相 关 方 程：A220.0（）＝3.6099＋0.0084（硝酸根的浓度范围为0～0.12 mmol/L，R2＝0.99998），A220.0（I－）＝10.7394＋0.0029（碘离子的浓度范围为0～0.10 mmol/L，R2＝0.99996）。由于吸光度具有加和性，混合溶液在220.0 n m 处的吸光度A220.0＝A220.0（）＋A220.0（I－），所 以，通 过A220.0－231.5＝2.9958＋0.0016得到后，利用A220.0（）＝3.6099＋ 0.0084 即 可 得 到A220.0（），A220.0（I－）＝A220.0－A220.0）＝10.7394＋0.0029，进而得到。

3.3 共存离子的干扰

测定不同浓度的氯化钠、溴化钠、氢氧化钠、硫酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠、亚硫酸钠、碘酸钠、亚硝酸钠以及盐酸溶液在220.0、231.5 n m处的吸光度值A220.0、A231.5，计算A220.0－231.5，用以确定可能共存离子允许存在量。当相对误差≤5%时，测定0.04 mmol/L和，共存离子的浓度需满足：A220.0231.5≤0.008且－A220.0≤0.024，结果显示可能共存离子允许存在量分别为（以 mmol/L 计）：（2000）、（0.2）、（10）、（1500）、（15）、（1）、（0.02）、（0.015）、（0.001）、H＋（500）。亚硝酸根的存在对测定的准确性有显著影响，可结合已有研究消除其干扰［16］。

3.4 合成试样的测定

对含有硝酸根和碘离子的合成试样进行准确度和精密度实验，结果见表2。硝酸根和碘离子的平均相对标准偏差分别为0.6%、0.2%，回收率分别为99.5%～102%、99.9%～100%。

表2 合成试样中硝酸根和碘离子的测定结果Table 2 Deter mination of nitrate and iodide ioncontents for synthetic samples

4 结论

建立了以220.0、231.5 n m分别为测定主、次波长的双波长紫外分光光度法，无需添加任何辅助试剂，可同时测定溶液中的硝酸根和碘离子，线性相关方程为：A220.0－231.5＝2.9958＋0.0016（硝酸根的浓度范围为0～0.12 mmol/L，R2＝0.99994，A220.0（）＝3.6099＋0.0084（硝酸根的浓度 范 围 为 0～0.12 mmol/L，R2＝0.99998），A220.0）＝10.7394＋0.0029（碘离子的浓度范围为0～0.10 mmol/L，R2＝0.99996），回收率均可达99% 以上，平均相对标准偏差均小于1%。方法简便快捷、测定成本低，可用于溶液中微量硝酸根和碘离子的同时测定。

［1］Mishima Y，Takada M，Kitagawa R．Evaluation of intrinsic vulnerability to nitrate contamination of groundwater：appropriate fertilizer application management［J］．Environment Earth Science，2011，63（3）：571－580．

［2］Puchett L J，Tesoriero A J，Dubrovsky N M．Nitrogen contamination of surficial aquifers－a growing legacy［J］．Environment Science ＆ Technology，2011，45（3）：839－844．

［3］Li W X，Li L，Sun J H，Guo T W，et al．Effects of intercropping and nitrogen application on nitrate present the profile of an Orthic Anthrosol in Northwest China［J］．Agriculture Ecosystems ＆ Environment，2005，105（3）：483－491．

［4］李国平，薛娟琴，刘漫博，等．离子交换法处理曝气后氯化亚铜的废水研究［J］．中国无机分析化学，2011，1（3）：32－34．

［5］都韶婷，章永松，林咸永，等．蔬菜积累的硝酸盐及其对人体健康的影响［J］．中国农业科学，2007，40（9）：2007－2014．

［6］Van Grinsven H J M，Rabl A，de Kok T M．Estimation of incidence and social cost of colon cancer due to nitrate in drinking water in the EU：a tentative cost－benefit assessment［J］．Environmental Health，2010，9：DOI：10．1186／1476－069X－9－58

［7］王颖，辛杰，李雪，等．化学催化还原地下水中硝酸盐的研究进展［J］．水处理技术，2010，36（7）：14－19．

［8］Kodamatani H，Yamazaki S，Saito K，et al．Rapid method for simultaneous determination of nitrite and nitrate in water samples using short－column ion－pair chromatographic separation，photochemical reaction，and chemiluminescence detection［J］．Analytical Sciences，2011，27（2－SI）：187－192．

［9］钟莺莺，朱海豹，裘亚钧，等．单泵柱切换离子色谱法分析复杂基体中痕量阴离子［J］．中国无机分析化学，2011，1（1）：78－82．

［10］Baezzat M R，Parsaeian G，Zare M．A．Determination of traces of nitrate in water samples using spectrophotometric method after its preconcentration on microcrys－talline naphthalene［J］．Quimica Nova，2011，34（4）：607－609．

［11］Vitali L．，Favere V．T．，Micke G A．A new nethod to determine biological sample volume by short end multiple injection capillary electrophoresis：Application in determination of nitrate and thiocyanate in human saliva［J］．Journal of Chromatography A，2011，1218（16）：2327－2333．

［12］Shariar S M，Hinoue T．Simultaneous voltammetric determination of nitrate and nitrite ions using a copper electrode pretreated by dissolution／redeposition［J］．Analytical Sciences，2010，26（11）：1173－1179．

［13］Gupta V K，Siingh L P，Chandra S，et al．Anion recognition through amide－based dendritic molecule：A poly（vinyl chloride）based sensor for nitrate ion［J］．Talanta，2011，85（2）：970－974．

［14］吴昊，江敏．紫外二次曲线法测定硝酸盐氮方法探讨［J］．环境科学与技术，2008，31（1）：65－68．

［15］Shishehbore M R，Sheibani A，Jokar R．Kinetic spectrophotometric determination of trace amounts of iodide in food samples［J］．Analytical Sciences，2010，26（4）：497－501．

［16］张慧芳，刘海宁，郭敏，等．紫外分光光度法快速测定溶液中微量碘离子［J］．分析科学学报，2011，27（2）：238－240．

［17］马仁坤，余震虹，鱼瑛，等．双波长法快速测定饮用水中的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮［J］．光谱实验室，2010，27（3）：821－824．

［18］王睿，余震虹，鱼瑛．紫外吸收光谱法研究硝酸盐溶液［J］．光谱实验室，2009，26（2）：206－209．