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青 岛 农 业 大 学本 科 生 课 程 论 文论 文 题 目 紫外分光光度法测定硝酸盐氮的干扰因素及 消除干扰实验的研究 学生专业班级 环境工程200902 学生姓名（学号） 段子恒（20094828） 指 导 教 师 张 娇 完 成 时 间 2012年11月6日 2012年 11 月 6 日课 程 论 文 任 务 书学生姓名 段子恒 指导教师 张娇 论文题目 紫外分光光度法测定硝酸盐氮的干扰因素及消除干扰实验的研究论文内容（需明确列出研究的问题）： 本论文开展对干扰因素及消除的分析研究和过氧化氢对硝酸盐氮测定的干扰实验研究，主要内容包括： 1、硝酸盐氮的主要测定方法。 2、紫外分光光度法测硝酸盐氮的主要因素及消除方法。 3、过氧化氢对硝酸盐氮测定的影响实验。 4、探索去除过氧化氢干扰的实验 资料、数据、技术水平等方面的要求： 1、要求掌握文献检索、图书查阅、网络资源利用等方面的基本技能，获取足够的相关资料。 2、掌握对实验方案的确定, 培养实验操作能力。 3、培养提出问题、分析问题、解决问题的能力。 4、能够熟练应用word、Excel等相关计算机软件。 发出任务书日期 完成论文日期 2012.11.6 学科组或教研室意见（签字） 院长意见（签字） 紫外分光光度法测定硝酸盐氮的干扰因素及消除干扰实验的研究摘要：在用紫外分光光度法测定水样中的硝酸盐氮含量时，水中溶解的过氧化氢，有机物，表面活性剂，亚硝酸盐氮，二价铁离子，表面活性剂，六价铬，溴化物，浊度和碳酸盐等的存在都会严重影响检测的准确性和检测范围。本文对影响测定结果的主要干扰因素进行综述，并对消除过氧化氢对硝酸盐氮测定结果的干扰进行实验研究。实验结果表明，过氧化氢的存在会严重影响硝酸盐氮的检测结果，曝气法对消除过氧化氢干扰的效果不明显。关键词：紫外分光光度法，硝酸盐氮，干扰消除，过氧化氢。1 引言水中硝酸盐是在有氧环境下，亚硝酸盐、氨氮等各种形态的含氮化合物中最稳定的氮氧化物，亦是含氮有机物经无机化作用最终分解的产物1,2。水体受含氮有机物污染后，在水的自净过程中逐渐分解为简单的有机氮化合物, 进一步成为无机氮化合物，如氨、亚硝酸盐、硝酸盐。如果水体中仅含有硝酸盐氮,有机氮及亚硝酸盐氮都不存在,就表示污染物中有机物质已经分解完成；如果水体中含有较多量的硝酸盐氮，其它各种氮素化合物也存在，就表示水的“自净”作用正在进行，有机物的分解作用还未完成。亚硝酸盐可以氧化成硝酸盐，在微生物作用或水体处于还原性的地层结构中，硝酸盐也可再还原成亚硝酸盐3,4。因此，以氮循环的状态作水质卫生学评价时必须结合微生物的检测结果和其他化学成分的分析结果。硝酸盐本身对人体没有危害，但在人体内经硝酸盐还原菌的作用还原为亚硝酸盐，亚硝酸盐与人体内的血红蛋白结合生成高铁血红蛋白，从而影响血液中氧的传送能力，使人出现中毒症状，尤其是对婴儿的危害更为严重。我国的生活饮用水标准（GB5749-2006）规定饮用水中的硝酸盐氮含量不得大于10mg/L，当地下水源限制时不得大于20mg/L。许多工业废水中含有高浓度的硝酸盐氮，这些工业包括肥料制造，火药制造，钢铁生产，电子元件生产等，这些废水直接排放会造成地表水体的污染。农业上农药及化肥的大量使用，使得大量的残余硝酸盐随雨水进入地表及地下水体，进而对水体产生污染。由于近年来工农业的快速发展，我国水体的硝酸盐氮污染有加重的趋势。2 硝酸盐氮的其它主要测定方法介绍水质中硝酸盐氮的测定方法除了紫外分光光度法外，主要还有酚二磺酸分光光度法，镉柱还原法，麝香草酚分光光度法，离子色谱法等5。2.1 酚二磺酸分光光度法酚二磺酸分光光度法是较早使用的测定硝酸盐氮方法之一，也是较常用的测定方法。适用于测定饮用水、地下水和清洁地表水6,7。其原理是利用硝酸盐在无水的情况下与酚二磺酸反应，生成硝基二磺酸酚，在碱性溶液中，生成黄色化合物，于410nm处进行分光光度测定。检测浓度范围在0.022mg/L之间，浓度较高时，可以采用较少的试份测定。酚二磺酸分光光度法具有仪器设备简单、方法易于推广，精密度和准确度高等特点。但该法操作繁锁、干扰因素多，当水体中含有氧化物、亚硝酸盐、铵盐、有机物和碳酸盐时，对硝酸盐氮含量的影响较大，需作复杂的前期处理。分析一个样品，从开始分析至出具数据，至少需要2d的时间，需要用试剂11种，其中苯酚为剧毒品。同时标准物质硝化不完全，蒸发皿的粗糙度、转移过程中的损失，都容易导致测定结果偏低8。2.2 镉柱还原法镉柱还原法在检测硝酸盐氮时不受氯离子的干扰，因此我国海洋监测规范中将镉柱还原法列为检测海水中硝酸盐氮含量的首选方法。其原理是水样通过镉还原柱，将硝酸盐定量地还原为亚硝酸盐，然后按重氮-偶氮光度法测定亚硝酸盐氮的总量，扣除原有亚硝酸盐氮，得硝酸盐氮的含量9。镉柱还原法快速，准确，重现性好。由于该法不受氯离子的干扰，因此也可以用于地表水的检测。实用性强，在受潮水影响的水质中，仍然能取得优良的检测效果。在同时检测大批水样时，只需要多加几根镉柱即可。但是镉柱还原法所用试剂较多，操作过程较为繁琐，每一个柱每天要校正一次F值，每做一批样品柱要活化，而且测量结果容易偏低10。2.3 麝香草酚分光光度法麝香草酚分光光度法测定硝酸盐氮原理是在浓硫酸存在下，麝香草酚与硝酸盐生成硝基酚化合物，在碱性溶液中发生分子重排，产生黄色化合物，该颜色在420nm处有最大吸收。最低检出浓度为0.12mg/L，最高检出浓度为10mg/L。 麝香草酚分光光度法在测定较清洁水中的硝酸盐氮时，水样无需预处理11。该检测方法操作简易，快速，灵敏度高，没有样品损失，适用于水中硝酸盐氮的测定。因麝香草粉微溶于水，以无水乙醇配制麝香草酚溶液时，因乙醇易挥发，试剂大部分附于管壁上，易使测量结果偏低。另外，麝香草酚分光光度法所需试剂较多，其中所用氨水对人的呼吸道有刺激作用，危害实验人员的身体健康，污染环境。2.4 离子色谱法离子色谱法适用于地表水、饮用水、污水，电子、电镀、生化等一般工业废水中硝酸盐氮测定。测定原理是利用离子交换的原理，连续对多种阴离子进行定性和定量分析，水样注入碳酸盐碳酸氢盐溶液并流经系列的离子交换树脂， 基于待测阴离子对低容量强碱性阴离子树脂（分离柱）的相对亲和力不同的彼此分开。被分开的阴离子，在流经强碱性阳离子树脂（抑制柱）室, 被转换为高电导的酸型，碳酸盐碳酸氢盐则转变成弱电导的碳酸（清除背景电导）。用电导检测器测量被转变为相应酸型的阴离子，与标准进行比较，根据保留时间定性，峰高或峰面积定量。测定无机阴离子硝酸盐氮12。检出限为0.002mg/L ( 戴安公司ICS90离子色谱仪)，线性测量上限为1000m g /L。离子色谱法试剂小, 配制方便, 前处理简单, 一个样品（6种常见阳离子）分析时间小于10min, 分析快速。没有造成二次污染, 操作过程全部通过计算机完成, 效率高。缺点是任何与NO3 离子保留时间相同的物质均干扰测定。高浓度的有机酸对测定有干扰，水能形成负峰或使峰高降低或倾斜，在F和Cl间经常出现而影响测定13。3 紫外分光光度法紫外分光光度法是近年来开始大量使用的检测方法，氯化物不影响其测定，适用于地表水、地下水的硝酸盐氮检测。其原理是利用硝酸根离子在220nm波长处的吸收而定量测定硝酸盐氮。溶解的有机物在220nm处也有吸收，而硝酸根离子在275nm处没有吸收。因此，在275nm处作另一次测量，以校正硝酸盐氮值。最低检测浓度0.08mg/L，最高检出浓度4 mg/L14,15。该法相对于其它检测方法具有操作简便，所用试剂少，试剂对实验人员无危害，快速，准确度和精度高的特点。4 紫外分光光度法主要的干扰因素及干扰去除方法紫外分光光度法检测硝酸盐氮的干扰因素主要有水中的铁离子，亚硝酸盐氮，有机物，碱度等。浊度，表面活性剂和六价铬也会干扰检测，可以通过絮凝共沉淀和大孔径吸附树脂对水样进行预处理，来排除浊度和六价铬的干扰16,17。4.1 铁离子的干扰及消除铁离子的干扰在酸性土壤的浸出液和污水中可能发生，遇此情况，可用阳离子交换树脂分离除去，其它有干扰的阳离子也同时被除去了。用氢氧化铝絮凝沉降处理水样同样可除去90%左右的铁18。此外，利用标准曲线校正法、差值法等均可消除铁离子和其它干扰离子对硝酸盐氮测定的干扰。4.2 亚硝酸盐的干扰及消除亚硝酸盐是常遇到的干扰物质之一，亚硝酸盐的最大吸收波长为210nm，吸收强度较弱于硝酸盐（1ppm硝酸盐氮的A210=0.555，1ppm亚硝酸盐氮的A210=0.377）。一般土壤中的亚硝酸盐的含量很低，实际上并不干扰硝酸盐氮的测定19。如果待测液中含有较多的亚硝酸盐，可以用氨基磺酸消除干扰20。氨基磺酸在室温下能很快（2分钟）和定量地分解亚硝酸盐：HNO2+NH2SO3H=N2+H2SO4+H2O氨基磺酸对硝酸盐则不起作用，它在酸性介质中的吸收曲线很陡，最大吸收峰在192nm处，但在220nm处无吸收，并不干扰亚硝酸盐吸收值的测读。4.3 有机物质的干扰及消除 各类水样和土壤溶液或浸出液常含有或多或少的有机物质，它们常常是用紫外分光光度法测定硝酸盐氮的主要干扰物质，因为一般有机物在紫外区都有较强的吸收。有机物质的种类和结构不同，它们在各波段出的吸收值也各不同21。用220nm处的吸收值测定硝酸盐氮时，一般矿质土壤的土壤溶液中有机质很少，不经脱色处理就可获得很好的结果，但泥炭浸出液则例外，结果比还原蒸馏法的高达120%。23ppm的腐殖酸或11ppm的富里酸溶液在220nm处的吸收值与1ppm硝酸盐氮溶液的相同22。总之，有机质的干扰是严重的，采用絮凝共沉淀和大孔径吸附树脂对水样进行预处理，可以去除大部分有机物干扰23。采用在220nm和275nm处测吸光度值的双波长校正法同样是为了扣除有机物的干扰。4.4 碱度的干扰及消除一些肥料工业排出的废水可能会显碱性，在对这类废水检测硝酸盐氮含量时，要考虑碱度对测定的影响。水样中的重碳酸盐基本上对测定结果没有影响24，而碳酸盐碱度大于1000mg/L时对测定结果有影响，且碱度越大，影响越大。针对这类碱性水样，可以加入盐酸进行酸化来消除碱度的影响25。5 过氧化氢对硝酸盐氮测定结果的干扰及去除方法研究5.1 实验仪器765pcm型紫外分光光度计，实验用小型曝气机。5.2 实验试剂（1）硝酸盐氮标准贮备液称取0.722g经105110干燥2h的优级纯硝酸钾（KNO3）溶于水，移入1000mL容量瓶中，稀释至标线，加入2mL三氯甲烷作保存剂，混匀，至少可稳定六个月。该标准贮备液每毫升含0.100mg硝酸盐氮。（2）30%双氧水。（3）实验用水均为超纯水。5.3 实验方法与步骤（1）硝酸盐氮校准曲线的绘制于6个100mL的容量瓶中分别加入0.25、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50mL标准硝酸盐氮贮备液，用超纯水稀释至标线，其浓度分别为0.25、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50mg/L。在220nm和275nm处测其吸光度值。（2）过氧化氢校准曲线的绘制将30%的双氧水稀释10倍，于5个100mL的容量瓶中分别加入0.10、0.20、0.30、0.40、0.50mL稀释10倍后的双氧水，用超纯水稀释至标线。在220nm和275nm处测其吸光度值。（3）过氧化氢对硝酸盐氮影响的测定取5个100mL容量瓶，各加入1mL标准硝酸盐氮贮备液，再分别向里面加入1、2、3、4、5mL稀释10倍后的30%双氧水。用超纯水稀释至标线。在220nm和275nm处测其吸光度值。5.4 结果的计算硝酸盐氮和过氧化氢的含量按下式计算A校=A220-2A275式中：A220220nm测得的吸光度 A275275nm测得的吸光度6 结果与分析硝酸盐氮的校准曲线如图1所示，过氧化氢的校准曲线如图2所示：图1 硝酸盐氮校准曲线图该曲线R2=0.9994，具有很好的线性关系，满足精度的要求，此曲线的测定下限是0.08mg/L，测定上限是0.4mg/L。图2 过氧化氢标准曲线图从图2中可以看出在波长为220nm和275nm测得的过氧化氢校准曲线公式是一个二次多项式，该曲线R2=0.9993，具有很好的线性关系。图3 过氧化氢对1mg/L硝酸盐氮测定影响的实验结果从图3可以看出，过氧化氢对硝酸盐氮测定的影响具有一定的线性关系，分别加入1、2、3、4、5mL稀释10倍后的30%双氧水的1mg/L的硝酸盐氮溶液对应的吸光度分别为0.351，0.470，0.623，0.798，0.989。1mg/L的硝酸盐氮对应的吸光度为0.241。而1、2、3、4、5mL稀释10倍后的30%双氧水的对应的吸光度分别为0.115，0.248，0.408，0.587，0.836，将这些数据整理对比，如表4：表4 数据对比图加入双氧水的体积/ mL12345双氧水的吸光度0.1150.2480.4080.5870.836双氧水吸光度+1mg/L硝酸盐氮的吸光度值0.3560.4980.6490.8281.077实测加入双氧水的硝酸盐氮吸光度值0.3510.4700.6230.7980.989从表4可以看出，过氧化氢对硝酸盐氮的测定影响绝大部分是通过过氧化氢本身对220nm和275nm处的波长的吸收而产生，没有产生复合干扰。因此，在用紫外分光光度法测定硝酸盐氮的含量时，若水样中含有过氧化氢，应该绘制过氧化氢的校准曲线，扣除过氧化氢对硝酸盐氮的影响。根据过氧化氢易分解的性质，过氧化氢有可能在曝气的环境下分解，根据这一假设，曝气法可能是消除水样中过氧化氢的方法。为了探索曝气法是否能分解过氧化氢，作对比试验：取5个200mL容量瓶，各加入1mL标准硝酸盐氮贮备液，再分别向里面加入2、4、6、8、10mL稀释10倍后的30%双氧水，用超纯水稀释至标线，在220nm和275nm处测其吸光度值。将检测后的剩余水样分别倒入5个200mL的烧杯中，同时曝气4个小时。曝气结束后，在220nm和275nm处测其吸光度值。所测数据如表5：表5 曝气实验数据表加入双氧水的体积/ mL12345曝气前水样的吸光度值0.3410.4810.6310.8100.987曝气后水样的吸光度值0.3190.4250.5410.6960.765表5中的数据显示，采用对水样曝气的方法来加速过氧化氢的分解，从而消除其对硝酸盐氮测定干扰的效果并不理想。原因可能是过氧化氢在曝气的环境下分解速度缓慢，或者空气流动并不是过氧化氢分解的主要因素。曝气法不能消除过氧化氢的干扰。参考文献：1 孙福生，环境监测. 北京：化学工业出版社，2007.2 奚旦立，孙裕生，刘秀英. 环境监测(3版). 北京：高等教育出版社，2004.3 Lanch ,Guter. 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