亚硝酸盐对紫外分光光度法测定硝酸盐的影响

李 祥， 陈宗姮， 袁 砚， 黄 勇， 李 勇， 潘 杨

(苏州科技学院 环境科学与工程学院， 环境生物技术研究所， 江苏 苏州 215011)

0 引 言

目前，水体中硝酸盐的测定方法很多，常用的方法主要包括：对酚二磺酸分光光度法[1]、紫外分光光度法[2]、离子色谱法[3]、流动注射法[4-5]、示波极谱法[6]等。其中离子色谱法、流动注射法、示波极谱法等具有操作简单、灵敏度较好的特点，并且在某些痕量测定方面具有良好的运用前景。但是，仪器、耗材及维护成本相对较高，限制着这类方法的普及。而紫外分光光度法因具有操作简便快捷，准确度高，稳定和成本较低的优点，在水质监测方面得到最为广泛的运用。但是其影响因素较多，包括氯化物、氨氮、亚硝酸盐氮等干扰物质[7-8]。为了满足不同行业样品的测定，研究者需要对这些方法进行改进[9-10]，以便更简便、准确地运用于各类样品中硝酸盐的检测。

近年来，随着高氨氮废水生物处理研究不断深入，人们发现废水中氨氮转化到硝酸盐的过程由亚硝化和硝化两步完成，其功能菌分别为氨氧化菌和亚硝化菌[11]。为此，人们极力开发亚硝化工艺，将硝化过程控制在亚硝化水平，然后通过短程反硝化或者厌氧氨氧化工艺将其转化为氮气[12-14]。该联合工艺极大地节省动力和药剂成本，受到研究者广泛关注。在此类研究过程中硝酸盐的测定必不可少，但是水样中常常含有高浓度的亚硝酸盐，并且超越了标准方法对亚硝酸盐浓度的要求。目前，虽然国内已有研究者对紫外分光光度法测定硝酸盐氮的影响因素进行了研究，包括：水样保存时间、试剂影响、反应温度和时间、干扰物的去除等，并取得了一定进展，但仍然缺少亚硝酸盐对硝酸盐氮测定结果影响的基础数据。

本文发现高浓度亚硝酸盐存在时，使用紫外分光光度法测定硝酸盐数值与使用离子色谱测得的值存在很大差异，但未有文献对此差异进行研究说明。同时发现本领域的研究者仍用紫外分光光度法进行硝酸盐测定[15-16]，而高浓度亚硝酸盐的影响未引起重视。为此，本文通过将离子色谱测得的值与紫外分光光度法测得的硝酸盐、亚硝酸盐的值进行对比分析，阐明紫外分光光度法测定硝酸盐过程中亚硝酸盐浓度对测定结果的影响及可能的改进措施，旨在为类似废水硝酸盐测定方法的改进提供一些参考。

1 材料与方法

1.1 主要试剂

(1) 亚硝酸盐标准使用液。称取干燥器中干燥24 h后的NaNO2(进口优级纯)1.499 8 g溶于去离子水中，移入1 000 mL的容量瓶中定容，作为标准贮备液(亚硝酸盐浓度为1 000×10-6)。取亚硝酸标准贮备液20～500 ml的容量瓶定容，作为标准中间液(亚硝酸盐浓度为40×10-6)。取亚硝酸标准中间液20～500 ml的容量瓶定容，即为标准使用液(亚硝酸盐浓度为1.6×10-6)。

(2) 硝酸盐标准使用液。称取已于120～130 ℃干燥至恒重的KNO3(进口优级纯)1.631 g溶于去离子水中，移入1 000 ml的容量瓶中定容，作为标准贮备液(硝酸盐浓度为1 000×10-6)。取硝酸盐标准贮备液50～500 ml的容量瓶定容，作为标准中间液(硝酸盐浓度为100×10-6)。取硝酸盐标准中间液50～500 ml的容量瓶定容，即为标准使用液(硝酸盐浓度为10×10-6)。

(3) 氨基磺酸铵溶液。称取0.8 g氨基磺酸铵溶解于去离子水中，至100 ml的容量瓶，定容。

(4) 盐酸溶液。量取86.2 ml浓盐酸溶解于去离子水中，至1 000 ml容量瓶定容(浓度为1 mol/L)。

(5) 亚硝酸盐显色剂。于1 000 ml烧杯内置入500 ml水和100 ml磷酸，加入40 g对氨基苯磺酰胺，再将2 g的N-(1-萘基)-乙二胺二盐酸盐溶于上述溶液中，转移至1 000 ml容量瓶，用去离子水稀释至刻线，混匀。此溶液贮于棕色瓶中，约4 ℃冰箱中保存。

以上试剂均按照《水和废水监测分析方法》[17]的标准方法配制，所用药品若无特殊标注，均为分析纯。

1.2 仪器设备

移液管，容量瓶，电子天平，哈希紫外分光光度计(DR5000)，戴安离子色谱(IC-900)。

1.3 测定方法

2 结果与讨论

2.1 绘制的亚硝酸盐和硝酸盐标线

分别吸取亚硝酸盐标准使用液(亚硝酸盐浓度为1.6×10-6)0、2、5、10、20、25 ml于一组6支50 ml比色管中，用水稀至刻度线。其对应亚硝酸盐浓度分别为0、0.064、0.16、0.32、0.64、0.80×10-6。每支比色管中均加入1 mL显色剂，密塞，混匀，静置 20 min。在 2 h内用紫外分光光度计于540 nm处，用5 mm的比色皿测定，以去离子水为参比测量吸光度，绘制标准曲线，如图1所示。

分别吸取硝酸盐标准使用液(硝酸盐浓度为10×10-6)0、5、10、20、25、50 ml于一组6支50 ml比色管中，用水稀至刻线。其对应硝酸盐浓度分别为0、1、2、4、5、10×10-6。每支比色管中均加入1 mL浓度为1 mol/L的盐酸，0.1 ml的氨基磺酸铵溶液，密塞，混匀。用紫外分光光度计在 2 h内于220、275 nm处，用5 mm的比色皿测定，以去离子水为参比测量吸光度，绘制标准曲线，如图1所示。

分别吸取亚硝酸盐标准中间液(亚硝酸盐浓度为40×10-6)0、2.5、6.25、12.5、25、31.25 ml硝酸盐标准中间液(硝酸盐浓度为100×10-6)0、1、2.5、5、10、12.5 ml于一组6支50 ml比色管中，用水稀至刻度线。其对应亚硝酸盐和硝酸盐浓度均为0、2、5、10、20、25×10-6。每支比色管中取水样10 ml过滤后放入离子色谱中待测，并绘制标准曲线，如图2所示。

2.2 亚硝酸盐对硝酸盐测定值的影响

按照标准方法利用DR5000和离子色谱对10个含有等量硝酸盐不等量亚硝酸盐的水样进行了测定，结果如表1所示。由表1可知，利用离子色谱测定的硝酸盐浓度基本与理论值比较接近，相对误差小于0.65%，相对标准差小于0.003。而采用紫外分光光度计测定出硝酸盐值出现较大变化。当水样中不含有亚硝酸盐时，测出的硝酸盐与理论值很接近，相对误差为0.047%，与离子色谱法相当。然而随着水样中亚硝酸盐含量的增加，测定出的硝酸盐浓度逐渐变大。当水样中硝酸盐浓度达到100×10-6时，测得硝酸盐浓度为配制浓度的3倍多，相对误差达到230.5%。同时利用两台仪器对水样中的亚硝酸进行测定，结果表明离子色谱法测定亚硝酸盐的相对误差小于2.24%，紫外分光光度计测定结果的相对误差小于2.19%，说明两种水样在实验操作过程中完全一致，未受到污染。进一步说明在利用紫外分光光度法测定硝酸盐浓度时，亚硝酸盐的存在对其具有重要的影响，并且影响程度为正偏离。杨跃兰等[18]测定含有2×10-6亚硝酸盐和2×10-6硝酸盐混合水样的研究表明，亚硝酸盐的存在对硝酸盐的测定没有影响，而本实验将亚硝酸盐浓度增大后发现是存在影响的。方力[19]和龚正君[20]研究表明，在220 nm处，亚硝酸盐与硝酸盐都具有吸收。这可能是导致测定结果变大的原因，因此可增加掩蔽剂量加大其对亚硝酸盐的掩蔽。

图2 离子色谱法绘制亚硝酸盐和硝酸盐标线

表1 紫外分光光度法与离子色谱法测定水样的氮浓度

2.3 避免亚硝酸盐对硝酸盐测定影响的探讨

2.3.1掩蔽试剂量对分光光度的影响

在利用紫外分光光度法测定水中硝酸盐浓度时，加入氨基磺酸主要是为了掩蔽亚硝酸盐的影响。当亚硝酸盐浓度增加时，出现硝酸盐测定值产生正偏离的现象，可能是遮蔽试剂浓度不够导致。因此研究通过增加掩蔽试剂浓度掩蔽亚硝盐的影响。

在研究掩蔽试剂的掩蔽效果前，首先研究了掩蔽试剂浓度对吸光度的影响，如图3所示。从图3可以看出，掩蔽剂浓度在1～8 mg/L时，掩蔽剂的吸光度值处于±0.001范围内波动，该波动范围小于紫外分光光度计的吸收度误差范围，说明其对硝酸盐测定没有影响。但是当其浓度大于8 mg/L时，则吸光度出现逐渐增加的现象。因此，设定掩蔽试剂中氨基磺酸的最大浓度为8 mg/L。

2.3.2增加掩蔽试剂浓度后对硝酸盐测定影响

在亚硝化生物处理系统中，氨氮基本转化为亚硝氮，同时会含有部分硝酸盐，因此亚硝酸盐含量常常是硝酸盐的数十倍乃至百倍。硝酸盐浓度也是考察亚硝化系统稳定性的主要指标之一。为了能够掩蔽更多亚硝酸盐进行，因此将掩蔽剂中的氨基磺酸浓度增加到8 mg/L，是国标法的10倍。再次取2.2试验过程中所用的10个水样，加入高浓度的掩蔽剂，硝酸盐浓度的测定结果如表2所示。

表2 紫外分光光度法中高浓度掩蔽剂对亚硝酸盐的掩蔽影响

经过高浓度掩蔽剂(氨基磺酸)的掩蔽，用紫外分光光度计测定的硝酸盐值有所下降。当亚硝酸盐浓度在60×10-6以内时，硝酸盐的测定值基本稳定，相对误差小于1.797%。但是随着亚硝酸盐浓度的增加，硝酸盐测定值又开始逐渐变大。经计算，第二次用紫外分光光度法测定硝酸盐的相对偏差为0.352，与第一次相对偏差相比基本没有变化。但是由图4可知，掩蔽剂对亚硝酸燕的掩蔽效果是十分明显的，仅仅因高浓度亚硝酸盐存在时，掩蔽剂的用量不能满足此时的需求导致误差偏大。但是再次增加掩蔽剂的浓度，氨基磺酸将影响吸光度。因此在利用紫外分光光度法测定硝酸浓度时，应充分考虑亚硝酸盐对测定结果的影响。水样中亚硝酸盐浓度小于60×10-6时仅通过增加掩蔽剂用量就可以避免亚硝酸盐的影响，但是当水样中亚硝酸盐浓度高于60×10-6时紫外分光光度法将不适宜与此类废水的测定。从上述研究也可以发现，离子色谱法可以很好地避免亚硝酸盐对硝酸盐测定的影响，因此在实验条件允许的情况下，建议用离子色谱法测定亚硝酸盐含量较高的水体中硝酸盐浓度。

3 结 论

(1) 采用标准紫外分光光度法测定水样中硝酸盐时，由于大量亚硝酸盐的存在，会导致硝酸盐测定相对误差偏大，当水样中亚硝酸盐浓度达到100×10-6时，硝酸盐相对误差达到230.5%。

(2) 将掩蔽剂浓度增大到标准方法的10倍时能够更多地掩蔽亚硝酸，但是当水样中亚硝酸盐浓度大于60×10-6时，仍会因掩蔽剂量不足导致相对误差再次增加。但是过度增加掩蔽剂浓度会影响吸光度。

(3) 离子色谱法可以很好规避水样中亚硝酸盐对硝酸盐测定的影响。测定有亚硝酸盐水样中硝酸盐时，离子色谱法相对误差小于0.65%，相对标准差小于0.003。建议当水样中亚硝酸盐浓度超过60×10-6时采用离子色谱法。

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