水中硝酸鹽氮不同測定方法的適宜性研究

郭晉君 田渭花 薛 婷 楊玉珍 杏 艷 呂 靖 楊 瑾

(陜西省環(huán)境監(jiān)測中心站， 西安 710054)

進入水體中的氮主要有無機氮和有機氮之分。其中，無機氮包括氨態(tài)氮（簡稱氨氮）、亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮（硝酸鹽氮）。硝酸鹽氮（NO3-N）是含氮有機物氧化分解的最終產(chǎn)物[1]。硝酸鹽氮是衡量水體毒理性與富營養(yǎng)化程度的重要指標[2,3]，各種來源硝酸鹽氮直接或間接向水體排放，引發(fā)水體富營養(yǎng)化和水質(zhì)惡化等環(huán)境問題，嚴重威脅著水生態(tài)健康[4,5]。水中的硝酸鹽氮含量過高會對人體造成危害[6]，硝酸鹽氮在人體中微生物作用下還原成亞硝酸鹽氮，含量過高有可能導致窒息死亡[7,8]，硝酸鹽氮含量過高導致的水體污染或人體受害的事件時有發(fā)生。在我國東北、西北和華北地區(qū)，硝酸鹽氮污染比較嚴重[9]。因此，水中硝酸鹽氮的檢測很有必要。

環(huán)境監(jiān)測中常用的測定硝酸鹽氮的方法有：紫外分光光度法[10]，離子色譜法[11]，氣相分子吸收光譜法[12]等。紫外分光光度法是傳統(tǒng)的檢測方法，離子色譜法是常用的測定水中陰離子的方法，氣相分子吸收光譜 (GPMAS) 是20 世紀70年代興起的一種檢測手段，該方法分析速度快、分析質(zhì)量可靠[13-15]。每種方法對水樣的適用范圍不同，測定硝酸鹽氮的檢出限不同，操作過程的復雜程度也不相同。本研究對測定水樣中硝酸鹽氮的紫外分光光度法、氣相分子吸收光譜法和離子色譜法進行比對，對3種方法的優(yōu)缺點及適用范圍進行評價，為實驗室快速、準確選擇測定水中硝酸鹽氮的方法提供依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 方法原理

紫外分光光度法測定水中硝酸鹽氮：用硝酸根離子在220nm處的吸收定量測定硝酸鹽氮。溶解的有機物在220nm波長處也會有吸收。因此，在275nm 處再測量1次（硝酸根離子無吸收而溶解有機物有吸收），來校正硝酸鹽氮值。

離子色譜法測定水中硝酸鹽：水質(zhì)樣品中的陰離子，經(jīng)離子色譜柱交換分離，抑制型電導器檢測，根據(jù)保留時間定性，峰高或峰面積定量。

氣相分子吸收光譜法測定水中硝酸鹽氮：在酸性介質(zhì)中，水樣于85±5℃下，應用三氯化鈦將硝酸鹽還原分解成NO氣體，以空氣為載氣導入吸光管，吸光度在214.4nm波長處與硝酸鹽氮濃度符合比爾定律，實現(xiàn)定量測定。

1.2 儀器及試劑

根據(jù)水中硝酸鹽氮測定采用的方法不同，實驗所用儀器及其配套試劑如表1所示。

表1 實驗儀器與試劑

2 結(jié)果與討論

2.1 地表水、地下水、海水中硝酸鹽氮不同測定方法的適用性

選擇地表水、地下水、海水3種水樣，每種水樣測定6次，分別用3種方法測定水樣中的硝酸鹽氮濃度，測定結(jié)果見表2、表3。

表2數(shù)據(jù)顯示，用3種方法分別測定地表水、地下水中硝酸鹽氮的濃度，6組數(shù)據(jù)相對標準偏差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，說明3種方法均可用來測定地表水和地下水中硝酸鹽氮的濃度。

表2 地表水、地下水中硝酸鹽氮的濃度測定表

表3數(shù)據(jù)顯示，紫外分光光度法和離子色譜法測定海水中硝酸鹽氮的濃度，數(shù)據(jù)相對標準偏差大，不穩(wěn)定。相比較另外兩種方法，氣相分子吸收光譜法測定的數(shù)據(jù)相對標準偏差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定。說明海水中硝酸鹽氮更適合用氣相分子吸收光譜法測定，這主要是由于海水中的NO3-N轉(zhuǎn)化為NO氣體，實現(xiàn)了待測物與復雜基質(zhì)的分離，消除了基體干擾。

表3 海水中硝酸鹽氮的濃度測定表

2.2 污水水樣中硝酸鹽氮不同測定方法的適用性

根據(jù)紫外分光光度法測定水中硝酸鹽氮的原理，在220nm波長下測量NO3-N吸收時，有機物在該波長下有顯著的吸收干擾，需要在275nm 波長處進行矯正。但是污水水樣復雜，溶解性有機物的含量高，在275nm 波長下矯正困難。因此，污水中硝酸鹽氮的測定一般不用紫外分光光度法，采用氣相分子吸收光譜法和離子色譜法。

根據(jù)污水中揮發(fā)性有機物含量的高低，將污水分為揮發(fā)性有機物含量水平較低的水樣和揮發(fā)性有機物含量水平較高的水樣進行研究。揮發(fā)性有機物含量水平較低的水樣選取生活污水處理廠出水、榨菜廢水兩類；揮發(fā)性有機物含量水平較高的水樣選取化糞池出水、煉油廢水兩類。對這4類水樣，分別測定6次，測定結(jié)果見表4、表5。

表4 揮發(fā)性有機物含量較低水樣中硝酸鹽氮濃度的測定結(jié)果

表5 含較高濃度水平揮發(fā)性氣體有機物水樣中硝酸鹽氮濃度的測定結(jié)果

表4數(shù)據(jù)表明，當水樣中揮發(fā)性有機物含量水平較低時，用兩種方法測定污水中硝酸鹽氮的濃度，4組數(shù)據(jù)的相對標準偏差小，說明這兩種方法均可用來測定污水中硝酸鹽氮的濃度。對生活污水處理廠出水來說，離子色譜法測定濃度的相對標準偏差小，數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定，方法更優(yōu)；對榨菜廢水來說，氣相分子吸收光譜法測定濃度的相對標準偏差小，數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定，方法更優(yōu)。

表5數(shù)據(jù)表明，當水樣中含有較高濃度水平揮發(fā)性有機物時，用兩種方法測定污水中硝酸鹽氮的濃度，氣相分子吸收光譜法的相對標準偏差大，不穩(wěn)定。因為當儀器將硝酸鹽氮還原分解成NO氣體，在214.4nm下測量吸光度時，揮發(fā)性氣體會引起干擾，因此不能用來測定這類水樣。而離子色譜法可以避免這類干擾，相對標準偏差小，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，適宜用來測定這類水樣。

3 結(jié)論

系統(tǒng)研究了在測定不同類型水樣中硝酸鹽氮濃度時，紫外分光光度法、氣相分子吸收光譜法、離子色譜法的適宜性。

研究發(fā)現(xiàn)，在測定地表水、地下水類較潔凈水中硝酸鹽氮濃度時，3種方法均很適宜。

在測定海水中硝酸鹽氮濃度時，因海水性質(zhì)復雜，含離子豐富，紫外分光光度法和離子色譜法均不甚適宜，而氣相分子吸收光譜法則很適合。

在測定污水中硝酸鹽氮濃度時，適宜采用離子色譜法，不宜使用紫外分光光度法，而氣相分子吸收光譜法只有在污水樣中揮發(fā)性有機物含量水平較低時適用。