CN113092457B - 适用于复杂环境水体中亚硝酸盐氮的在线准确检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于复杂环境水体中亚硝酸盐氮含量的在线准确测定方法，属于水质监测技术领域。以亚硝酸盐氮为研究对象，基于萘乙二胺分光光度法，结合光谱吸光系数校正数学模型，建立了一种海水中亚硝酸盐氮在线准确检测方法。考察了环境温度、pH、盐度和浊度变化对测量结果的影响，并对相关参数的影响进行了补偿校正。将该方法用于实际海水水样的测定，并与国标法检测结果进行对比分析，两者的相对误差不超过4.86%。该方法操作简便、重现性好，能够消除环境因素所造成的影响，可以用于海水中亚硝酸盐氮的在线准确测定。
Description
技术领域
本发明属于水质监测技术领域，具体设计一种适用于复杂环境水体中亚硝酸盐氮含量的在线准确测定方法。
背景技术
亚硝酸盐氮是海洋环境中天然存在的化学物质，同时也是氮循环中的重要组成部分。大量的亚硝酸盐氮不仅会破坏氮循环的平衡，而且还会损害人体健康，例如导致高铁血红蛋白血症、先天缺陷和致癌。因此，准确检测海水中亚硝酸盐氮的含量对于环境管理、水质监测和人体健康具有至关重要的意义。
目前国内外报道的亚硝酸盐氮的测定方法主要有分光光度法、化学发光法和色谱法等。其中化学发光法的稳定性和重现性差。色谱法不仅需要进行样品预处理，而且仪器操作复杂，费时费力。分光光度法具有低成本和易行性的特点，因而在诸多的检测亚硝酸盐的方法中仍然占据主导地位，被广泛采用。Emilio（Emilio García-Robledo, AlfonsoCorzo, Sokratis Papaspyrou. Marine Chemistry, 2014, 162: 30-36.）等在测定水样中的亚硝酸盐氮时，需要使用与所分析样品所含盐度相似的标准溶液来建立标准曲线，才能获得准确的数据，不利于大批量样品的分析。Wang等（Wang Huihui, Wan Nanwei, MaLin, et al. The Analyst, 2018, 143(19): 4555-4558.）提出了一种新型分光光度法用于测定水中的亚硝酸盐氮，但该方法受温度影响较大，从而影响数据的准确性。因此建立一种可以抑制环境因素影响的海水中亚硝酸盐氮含量的测定方法尤为重要。
本发明基于在盐酸介质中，亚硝酸盐氮与磺胺和盐酸萘乙二胺的重氮化-偶合反应，采用分光光度法对水样中亚硝酸盐氮进行检测。考察了水样的温度、pH、盐度和浊度的变化对吸光度值的影响，并对不同参数变化所造成的干扰进行了补偿校正，从而建立了一种可以抑制环境因素所造成的影响的在线准确检测亚硝酸盐氮的方法，并用于实际海水的测定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种盐酸萘乙二胺分光光度法，通过添加恒温装置并对盐度和浊度的影响进行了补偿校正，使其能够消除环境因素所造成的影响，可以用于海水中亚硝酸盐氮的在线准确测定，具有操作简便、重现性好等优点，为在线检测海水过程中消除环境因素的影响提供新的方法和思路。
本发明的方法包括以下步骤：
（1）绘制亚硝酸盐氮标准曲线：在容量为50mL的具塞比色管中分别加入0~1000μL的亚硝酸盐氮标准液，每支具塞比色管中的亚硝酸盐氮标准液均用去离子水稀释至50mL，具塞比色管中的亚硝酸盐氮浓度分别为0~100μg/L，每支具塞比色管中依次加入磺胺溶液和盐酸萘乙二胺溶液，振荡摇匀后，得到显色后的溶液，采用分光光度法于540nm处测定亚硝酸盐氮吸光度，以浓度为横坐标，吸光度值为纵坐标绘制得到亚硝酸盐氮标准曲线。
（2）取800μL亚硝酸盐氮标准液于50mL具塞比色管中，用去离子水定容至50mL，得到浓度为80μg/L的亚硝酸盐氮溶液，再依次加入磺胺溶液和盐酸萘乙二胺溶液，振荡摇匀后，得到显色后的溶液，采用分光光度法于540nm处测定亚硝酸盐氮吸光度。
（3）根据步骤（2）在实验过程中添加恒温装置，在亚硝酸盐氮溶液浓度为80μg/L、盐度为0‰、浊度为0NTU的条件下，考察了温度在5~30℃之间对亚硝酸盐氮吸光度的影响；结果表明，随着温度的增加，吸光度值变化很小，基本稳定在一恒定值，说明本发明方法可以抑制温度的影响。
（4）根据步骤（2）在亚硝酸盐氮溶液浓度为80μg/L、盐度为0‰、浊度为0NTU的条件下，考察了pH在6~10之间对亚硝酸盐氮吸光度的影响；结果表明，吸光度受pH的影响很小，说明本发明方法显色体系稳定，不受pH的影响。
（5）根据步骤（2）在亚硝酸盐氮溶液浓度为80μg/L、浊度为0NTU的条件下，考察了盐度在0~35‰之间对亚硝酸盐氮吸光度的影响；在盐度大于20‰的情况下，结合不同盐度时的吸光度值和盐误差校正系数f=0.0003x2-0.0211x+1.2515以及标准曲线模型，对模型预测的亚硝酸盐氮浓度进行补偿；
（6）根据步骤（2）考察了浊度在0~120NTU之间对亚硝酸盐氮吸光度的影响；在浊度大于40NTU的情况下，结合不同浊度时的吸光度值和标准曲线模型，根据模型预测的亚硝酸盐氮浓度和真实亚硝酸盐氮浓度间的变化量随浊度变化的关系y=0.1162x-2.94，进行浊度补偿；
（7）将待测实际海水水样用滤膜过滤，得到过滤后的水样；
（8）取步骤（7）得到过滤后的水样，无需添加亚硝酸盐氮标准液，采用本发明方法和国标法，按照步骤（2）测定亚硝酸盐氮浓度，得到两种方法的测定结果，进行对比分析；结果表明，两种方法相对误差最大不超过4.86%，说明本发明方法能够较好地完成实际海水样品亚硝酸盐氮含量的测量。
在步骤（1）和（2）中，所述亚硝酸盐氮标准液浓度为5mg/L，磺胺溶液浓度为10g/L，盐酸萘乙二胺溶液浓度为1g/L；磺胺溶液和盐酸萘乙二胺溶液的加入量均为1mL。
在步骤（7）中，所述滤膜采用0.45μm滤膜。
本发明的显著优点在于：
（1）本发明所述的萘乙二胺分光光度法具有低成本和易行性的特点。
（2）本发明可以消除环境因素对检测结果的影响，可以用于海水中亚硝酸盐氮的在线准确测定。
（3）本发明操作简便、容易上手、对分析者的技能要求不高，使用的仪器相对常见，可广泛推广使用。
附图说明
图1为本发明实施例1中不同浓度亚硝酸盐氮溶液的吸收光谱图。
图2为本发明实施例2中温度对亚硝酸盐氮吸光度的影响。
图3为本发明实施例3中pH对亚硝酸盐氮吸光度的影响。
图4为本发明实施例4中盐度对亚硝酸盐氮吸光度的影响。
图5为本发明实施例4中亚硝酸盐氮溶液的盐度补偿结果。
图6为本发明实施例5中浊度对亚硝酸盐氮溶液的影响和补偿校正。
具体实施方式
为进一步公开而不是限制本发明，以下结合实例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
亚硝酸盐氮标准液的分光光度法检测
在容量为50mL的具塞比色管中分别加入浓度为5mg/L的亚硝酸盐氮标准液0、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000μL，用去离子水定容至50mL，获得不同浓度的亚硝酸盐氮标准溶液，再依次加入1mL 10g/L的磺胺溶液、1mL 1g/L的盐酸萘乙二胺溶液，振荡摇匀，待其显色完全后，用分光光度法进行检测，获得其显色后的光谱，如图1所示，显色后的产物于波长为540nm处有最大吸光值。可通过吸收光谱图或以去离子水为参比将显色后的亚硝酸盐氮标准溶液于540nm波长处测定吸光值，以获得不同浓度亚硝酸盐氮标准溶液所对应的吸光值，从而得到亚硝酸盐氮的标准工作曲线，其R2=0.9999。
实施例2
考察温度对吸光度的影响
在容量为50mL的具塞比色管中分别加入浓度为5mg/L的亚硝酸盐氮标准液800μL，用去离子水定容至50mL，获得浓度为80μg/L的亚硝酸盐氮标准溶液，使溶液温度分别控制为在5~30℃之间，再依次加入1mL 10g/L的磺胺溶液、1mL 1g/L的盐酸萘乙二胺溶液，振荡摇匀，待其显色完全后测定其吸光度，结果如图2所示。
实施例3
考察pH对吸光度的影响
在容量为50mL的具塞比色管中分别加入浓度为5mg/L的亚硝酸盐氮标准液800μL，用去离子水定容至50mL，获得浓度为80μg/L的亚硝酸盐氮标准溶液，使溶液pH分别控制为在6~10之间，再依次加入1mL 10g/L的磺胺溶液、1mL 1g/L的盐酸萘乙二胺溶液，振荡摇匀，待其显色完全后测定其吸光度，结果如图3所示。
实施例4
盐度对吸光度的影响和补偿校正
在容量为50mL的具塞比色管中分别加入浓度为5mg/L的亚硝酸盐氮标准液800μL，用去离子水定容至50mL，获得浓度为80μg/L的亚硝酸盐氮标准溶液，使溶液盐度分别控制为在0~35‰之间，再依次加入1mL 10g/L的磺胺溶液、1mL 1g/L的盐酸萘乙二胺溶液，振荡摇匀，待其显色完全后测定其吸光度，结果如图4（a）所示。
由图4（a）可知，盐度低于20时吸光度变化较小，在误差允许范围内；当盐度大于20后吸光度值发生一定的变化，故对盐度在20~35‰范围内的光谱数据进行拟合，结果如图4（b）所示。
对于海水水样，若绘制标准曲线时，用的是去离子水，则水样的吸光度Aw扣除分析空白吸光度Ab后，还应根据所测水样的盐度乘上相应的盐误差校正系数f（见表1），根据f（Aw-Ab）值查标准曲线计算水样中亚硝酸盐氮的浓度。
结合不同盐度时的吸光度值和盐误差校正系数以及标准曲线，可以对模型预测的亚硝酸盐氮浓度进行补偿。浓度为80μg/L，盐度为20，25，30和35的亚硝酸盐氮溶液进行盐度补偿前后，亚硝酸盐氮的真实值、补偿前预测值与补偿后预测值的结果对比如图5所示。由图5可知，该盐度补偿方法可以有效抑制水样的盐度对亚硝酸盐氮预测模型的影响，真实值与预测值间的最大相对误差不超过2.14%。
实施例5
浊度对吸光度的影响和补偿校正
在容量为50mL的具塞比色管中分别加入浓度为5mg/L的亚硝酸盐氮标准液800μL，用去离子水定容至50mL，获得浓度为80μg/L的亚硝酸盐氮标准溶液，使溶液浊度分别控制为在0~120NTU之间，再依次加入1mL 10g/L的磺胺溶液、1mL 1g/L的盐酸萘乙二胺溶液，振荡摇匀，待其显色完全后测定其吸光度，结果表2所示。
由表2可知，当浊度小于40NTU时，吸光度值基本稳定在0.2025左右，在误差允许范围内；当浊度大于40NTU时，吸光度值发生较大变化，其随着浊度的增加从0.2025降低至0.1783，说明浊度带来的影响不可忽略。浓度为80μg/L的亚硝酸盐氮溶液在40~120NTU情况下的吸光度随浊度变化的关系如图6（a）所示。
实验过程中选用浓度为80μg/L的亚硝酸盐氮标准溶液，采用分光光度法，测定得到不同浊度的吸光度值，可得模型预测的亚硝酸盐氮浓度和真实亚硝酸盐氮浓度间的变化量随浊度变化的关系为y=0.1162x-2.94，R²=0.9997。再结合不同浊度时的吸光度值和标准曲线模型即可进行浊度补偿。浓度为80μg/L的亚硝酸盐氮溶液的光谱数据模型经浊度补偿后的效果如图6（b）所示。
整体平均偏差Bias的计算公式如式（1）所示。其中
为模型的预测值；
为标
准值；n为校正样本数。
整体平均偏差Bias值越小，模型的补偿效果越好，根据图6（b），计算得到浊度补偿后光谱数据模型的Bias=0.056μg/L，且真实值与预测值间的最大相对误差不超过0.09%。因此可知，通过浊度补偿模型可以较好的校正浊度变化对分光光度法检测水样亚硝酸盐氮的影响。
实施例6
实验以晋江海水为测量溶液，在具塞比色管中定容至50mL，依次加入1mL 10g/L的磺胺溶液、1mL 1g/L的盐酸萘乙二胺溶液，振荡摇匀，待其显色完全后测定其吸光度，平行测定6次，结果显示，本发明方法的检测限为2.28μg/L，同时相对标准偏差为1.26%（n=6）。
以上所述为本发明的典型实施例，但本发明不应该局限于该实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。
Claims (3)
1.一种适用于复杂环境水体中亚硝酸盐氮的在线准确检测方法，其特征在于：以亚硝酸盐氮标准液为研究对象，基于盐酸萘乙二胺分光光度法，结合光谱吸光系数校正数学模型，建立一种能够抑制环境因素影响的海水中亚硝酸盐氮在线准确检测方法；
具体步骤如下：
（1）绘制亚硝酸盐氮标准曲线：在容量为50mL的具塞比色管中分别加入0~1000μL的亚硝酸盐氮标准液，每支具塞比色管中的亚硝酸盐氮标准液均用去离子水稀释至50mL，使具塞比色管中的亚硝酸盐氮浓度分别为0~100μg/L，每支具塞比色管中依次加入磺胺溶液和盐酸萘乙二胺溶液，振荡摇匀后，得到显色后的溶液，采用分光光度法于540nm处测定亚硝酸盐氮吸光度，以浓度为横坐标、吸光度值为纵坐标绘制亚硝酸盐氮标准曲线；
（2）取800μL亚硝酸盐氮标准液于50mL具塞比色管中，用去离子水定容至50mL，得到浓度为80μg/L的亚硝酸盐氮溶液，再依次加入磺胺溶液和盐酸萘乙二胺溶液，振荡摇匀后，得到显色后的溶液，采用分光光度法于540nm处测定亚硝酸盐氮吸光度；
（3）在步骤（2）的实验过程中添加恒温装置，在亚硝酸盐氮溶液浓度为80μg/L、盐度为0‰、浊度为0NTU的条件下，考察温度在5~30℃之间对亚硝酸盐氮吸光度的影响；
（4）根据步骤（2）在亚硝酸盐氮溶液浓度为80μg/L、盐度为0‰、浊度为0NTU的条件下，考察pH在6~10之间对亚硝酸盐氮吸光度的影响；
（5）根据步骤（2）在亚硝酸盐氮溶液浓度为80μg/L、浊度为0NTU的条件下，考察盐度在0~35‰之间对亚硝酸盐氮吸光度的影响；在盐度大于20‰的情况下，结合不同盐度时的吸光度值和盐度误差校正系数f=0.0003x2-0.0211x+1.2515以及标准曲线模型，对模型预测的亚硝酸盐氮浓度进行补偿；x表示盐度，f表示盐度误差校正系数；
（6）根据步骤（2）考察浊度在0~120NTU之间对亚硝酸盐氮吸光度的影响；在浊度大于40NTU的情况下，结合不同浊度时的吸光度值和标准曲线模型，根据模型预测的亚硝酸盐氮浓度和真实亚硝酸盐氮浓度间的变化量随浊度变化的关系y=0.1162a-2.94，进行浊度补偿；a表示浊度，y表示模型预测的亚硝酸盐氮浓度和实际亚硝酸盐氮浓度间的变化量；
（7）将待测实际海水水样用滤膜过滤，得到过滤后的水样；
（8）取步骤（7）过滤后的水样，无需添加亚硝酸盐氮标准液，按照步骤（2）测定亚硝酸盐氮浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤（1）和（2）中，所述亚硝酸盐氮标准液浓度为5mg/L，磺胺溶液浓度为10g/L，盐酸萘乙二胺溶液浓度为1g/L；磺胺溶液和盐酸萘乙二胺溶液的加入量均为1mL。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤（7）中，所述滤膜采用0.45μm滤膜。
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