酚二磺酸分光光度法測定水中硝酸鹽氮條件控制研究

張 茜

（山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán)公司環(huán)保處）

在有氧環(huán)境下的含氮化合物中，穩(wěn)定性最高的氮化合物—硝酸鹽氮，也是無機(jī)化作用下含氮有機(jī)物的最終分解產(chǎn)物[1-2]。倘若生活用水中的硝酸鹽氮含量超出正常范圍，則會導(dǎo)致人體血液內(nèi)的變性血紅蛋白數(shù)量增多。含氮亞硝酸鹽在氧化作用下可變?yōu)橄跛猁}，此類物質(zhì)處于無氧環(huán)境中，基于微生物的作用則會轉(zhuǎn)化為致癌物質(zhì)。所以，在我國的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中，要求硝酸鹽氮含量≤20 mg/L，如果超過此標(biāo)準(zhǔn)，則表明水質(zhì)污染，飲用水不安全。由此可見，提升飲用水中硝酸鹽氮的測定準(zhǔn)確性顯得極為重要。本實(shí)驗(yàn)研究對此問題進(jìn)行探討。

1 測定方法及原理

測定方法為酚二磺酸分光光度法。在利用這種方法對飲用水中硝酸鹽氮實(shí)施測定過程中，酚和濃硫酸發(fā)生反應(yīng)促使酚二磺酸產(chǎn)生，基于無水條件下，和硝酸鹽作用促使硝基二磺酸酚產(chǎn)生，經(jīng)由堿性溶液的作用促使黃色化合物產(chǎn)生。將10 mm或者30 mm的比色皿，以標(biāo)準(zhǔn)純凈水為參照物，在410 mm波長處利用分光光度計對其進(jìn)行吸光度測量，即可確定硝酸鹽氮的含量。

2 具體操作方法與測定結(jié)果計算

2.1 分析樣品收集及存儲

在采集完施測水樣后，應(yīng)盡可能在較短的時間內(nèi)測定完畢。倘若無法盡快測定，則應(yīng)在其中添加適量的硫酸，以促使水樣的pH值小于2，如此一來，可對水中各種微生物的代謝活動加以有效抑制。同時，也應(yīng)注重將水樣置于4℃以下的環(huán)境下保存，且應(yīng)確?？梢栽?4 h之內(nèi)實(shí)施完成具體的測定。

2.2 測定試劑及配制

在這項(xiàng)測定實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)用的水樣應(yīng)為無硝酸鹽水。倘若實(shí)驗(yàn)用水中含有硝酸鹽氮，將會使樣品測定及空白吸光度測定結(jié)果的精準(zhǔn)性受到較大影響[3]。所用的試劑及其配制方法如下。

2.2.1 C6H3（OH）（SO3H）2

首先，將25 g苯酚放入容量為500 ml的錐形瓶內(nèi)，再向其中加入150 ml濃硫酸使其溶解，隨后加入75 ml的發(fā)煙硫酸，并使其和瓶中溶液充分混合。其次，在瓶口位置插入一個小型漏斗，同時將錐形瓶放在100℃的水中進(jìn)行加熱2 h，使得瓶中液體變?yōu)槌实厣恼吵砣芤?，再將此溶液放入棕色的瓶中，密封存儲?/p>

在具體進(jìn)行上述操作的過程中，需要注意的事項(xiàng)如下：

（1）倘若苯酚具有顏色或者純度較差問題，則需要實(shí)施蒸餾精制。具體而言，應(yīng)將裝有苯酚的容器置于70-80℃左右的水中，進(jìn)行隔水加熱，直到其完全熔化。隨后，取適量熔化后的物質(zhì)放在蒸餾瓶中進(jìn)行加熱，待流出液體變?yōu)榫票椒訒r，將苯酚裝入棕色瓶中在光照較弱、溫度較低的環(huán)境進(jìn)行保存。精制苯酚通常為無色結(jié)晶，肉眼一般很容易分辨。

（2）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用的發(fā)煙硫酸，應(yīng)含有13%的三氧化硫（SO3）。倘若其中三氧化硫的濃度大于13%，可依照應(yīng)用劑量，利用濃硫酸對其進(jìn)行稀釋。發(fā)煙硫酸的凝固點(diǎn)較低，在具體用于測定時，可優(yōu)先將其放入40-50℃左右的水中進(jìn)行隔水加熱，促使其熔化。切勿將裝有發(fā)煙硫酸的玻璃瓶直接放到水浴中，以防導(dǎo)致玻璃瓶破裂。倘若沒有發(fā)煙硫酸，也可以利用濃硫酸替代，但應(yīng)注意將其放入水浴中進(jìn)行6 h的加熱以后再使用。在濃硫酸加熱完成以后，應(yīng)格外注意避免其吸收空氣中的水分，以導(dǎo)致硫酸遭到稀釋，從而對硝基化反應(yīng)造成影響，致使測定的結(jié)果出現(xiàn)偏差[4-5]。

2.2.2 NH3·H2O

要求濃度為：r=0.90 g/ml。

2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)硝酸鹽氮貯備液

要求濃度為：CN=100 mg/L。首先，將0.721 8 g的KNO3放置在105-110℃的環(huán)境中干燥2 h，隨后將其放入水中。待其溶化以后，再置入容量為1 000 ml的瓶中進(jìn)行定容，并添加2 ml三氯甲烷搖勻，以發(fā)揮保存劑職能。該溶液的穩(wěn)定時間至少為六個月。

2.2.4 標(biāo)準(zhǔn)硝酸鹽氮使用液

要求濃度為：CN=10.0 mg/L。在蒸發(fā)皿中放入50 ml硝酸鹽氮標(biāo)準(zhǔn)貯備液，再添加0.1 mol/L的氫氧化鈉，直到其pH值達(dá)到8，將其在水浴中蒸發(fā)至干燥。隨后，添加2 ml的C6H3（OH）（S03H）2，利用玻璃棒沿蒸發(fā)皿內(nèi)壁進(jìn)行研磨攪拌，促使試劑和殘渣充分接觸。稍作停留后，實(shí)施第二次研磨攪拌。二次研磨攪拌后，將蒸發(fā)皿靜置10 min左右，在其中添加適量的水，再將其裝入容量為500 ml的瓶中進(jìn)行定容。將定容制劑放置在棕色瓶中進(jìn)行貯存?zhèn)溆茫浞€(wěn)定時間至少為六個月。

應(yīng)注意的是，上述標(biāo)準(zhǔn)溶液應(yīng)同時配制2份，以便于檢查硝化的完全程度。在配置完成以后，倘若觀察到濃度具有偏差，則需要再次吸取標(biāo)準(zhǔn)貯備液進(jìn)行溶液的制備。

2.3 測定與結(jié)果計算

首先，對供試水樣和空白水樣進(jìn)行測定，然后，根據(jù)測定結(jié)果計算硝酸鹽氮含量。

在計算硝酸鹽氮含量時，分兩種情況：

2.3.1 未除去氯離子的水樣

計算式為：硝酸鹽氮（N，mg/L）=m/v×1 000

式中：m——基于校準(zhǔn)曲線中查到的硝酸鹽氮量，mg；

v——空白水樣體積，L。

2.3.2 氯離子已經(jīng)去除的水樣

計算式為：硝酸鹽氮（N，mg/L）=m/v×1 000×（v1+v2）v1

式中：v1——供試水樣體積，L；

v2——所添加硫酸銀溶液體積，L。

3 實(shí)驗(yàn)用水與試劑制備條件控制

3.1 實(shí)驗(yàn)用水控制

實(shí)驗(yàn)過程中使用的空白水樣可對空白值產(chǎn)生直接影響。所以，在具體測定過程中，應(yīng)嚴(yán)格選用無硝酸鹽的空白水樣，且應(yīng)確保各環(huán)節(jié)均使用相同的無硝酸鹽空白水樣。通過多次實(shí)驗(yàn)表明，通常情況下，蒸餾水的空白吸光度最低為0.015，無硝酸鹽水的空白吸光度最低為0.006。

3.2 實(shí)驗(yàn)試劑及制備條件控制

（1）在具體進(jìn)行C6H3（OH）（S03H）2制備時，最佳的選擇為使用發(fā)煙硫酸。其原因，倘若利用濃硫酸代替，不僅加熱的時間較長，而且其吸收空氣中水分的可能性也較大，一旦吸收水分便會導(dǎo)致硫酸的濃度下降，從而對硝基化反應(yīng)造成影響，最終導(dǎo)致測定的結(jié)果出現(xiàn)偏差。

（2）在制備硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)貯備液時，應(yīng)注意使用純度較高的硝酸鉀，并將其置于105-110℃環(huán)境下進(jìn)行2 h的干燥以后，再進(jìn)行具體的溶液配置。究其原因，105-110℃高溫處于脫水溫度范圍，硝基鹽需要基于污水條件下和C6H3（OH）（S03H）2發(fā)生反應(yīng)，促使生成硝基二磺酸酚。標(biāo)準(zhǔn)試劑的純度高低，可對測定結(jié)果的準(zhǔn)確度產(chǎn)生直接影響。標(biāo)準(zhǔn)試劑的純度越高，代表其含有的雜質(zhì)量越小，制備的標(biāo)準(zhǔn)溶液也更精準(zhǔn)，測定結(jié)果更加符合實(shí)際。

（3）在實(shí)際測定硝態(tài)氮的標(biāo)準(zhǔn)溶液配置等過程中，應(yīng)格外重視研磨攪拌及水浴加熱等操作的嚴(yán)謹(jǐn)性。其原因是此類操作的難度雖然不高，但程度不易掌握，稍有不慎即會導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。在相關(guān)實(shí)驗(yàn)中，此類操作屬于較為重要的步驟之一，故有關(guān)測試人員必須嚴(yán)謹(jǐn)、仔細(xì)對待相關(guān)實(shí)驗(yàn)測定步驟。

4 研究分析結(jié)論

通過上述分析，我們可以得出以下結(jié)論：

（1）在實(shí)驗(yàn)測定過程中，需要嚴(yán)格使用無硝酸鹽空白水樣。

（2）在測定水質(zhì)試樣過程中，需要將水樣的pH值調(diào)節(jié)至8，并應(yīng)確保在24 h之內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)測定，不宜拖延。

（3）注意確保測試水樣的前處理質(zhì)量，針對不同測試水樣應(yīng)注意采用合適的預(yù)處理方式。

（4）應(yīng)確保水浴鍋均勻、穩(wěn)定的加熱，并合理控制時間，重視在配置標(biāo)準(zhǔn)溶液及測定樣品時，保證研磨實(shí)效性及反應(yīng)的充分性。

（5）倘若相應(yīng)吸光度值大于校準(zhǔn)曲線的范圍，可利用水對顯色溶液進(jìn)行合理的稀釋操作，隨后再進(jìn)行吸光度的測量，并應(yīng)注意在計算時乘以稀釋的倍數(shù)。

5 結(jié)語

隨著人們生活水平的日益提高，對飲用水的質(zhì)量要求也越來越高。對生活用水特別是飲用水來講，提升水中硝酸鹽氮的測定準(zhǔn)確性，及時明晰水體的受污染程度，可制定出針對性強(qiáng)、具有較高實(shí)效性的治理方案，有助于更好地維護(hù)人們的身體健康?；诖?，在水質(zhì)測定實(shí)踐過程中，需要重視探究快速、簡便、有效的水中硝酸鹽氮測定手段與方式，并加以推廣應(yīng)用。