离子色谱法和分光光度法测定井水中硝酸盐氮和亚硝酸盐氮的对比

魏国芬

(湖北省襄阳市环境保护监测站，湖北襄阳 441000)

近年来，国家对农村饮用水给予了高度重视。井水作为农村人民生活供给的重要饮用水源之一，水体受到严重污染，水质无法达到使用标准[1]。硝酸盐氮和亚硝酸盐氮作为检测水质的重要指标，若含量过高，会对人体造成危害。硝酸盐是间接损害人体健康的致癌性、致畸性污染物质[2]，当含量达到90～140 mg/L时，就能导致婴儿高铁血红蛋白症，俗称蓝婴病；当人体摄取过量硝酸盐后，在微生物作用下可被还原成亚硝酸盐，引起高铁血红蛋白症，当血液中高铁血红素的含量达到70%时，即可导致窒息而死[3-4]。因此，监测井水中的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮含量具有重要意义。

硝酸盐氮和亚硝酸盐氮常见的测定方法有光度法[5-7]、镉柱还原法[8]、离子选择电极法[9]、气相分子吸收光谱法[10]等。光度法操作复杂耗时长，显色剂有毒，镉柱还原法操作步骤繁琐，镉柱需要进行活化和清洗等前处理，气相分子吸收光谱法测定条件高。本文采用离子色谱法与光度法测定井水中的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，并对结果进行了比较分析。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

ICS-1100离子色谱仪(美国戴安公司)，氢氧根淋洗液(仪器自动在线生成)；Dionex IonPacTMAS18 Analytical(4 mm×250 mm)色谱分离柱；Dionex IonPacTMAG18 RFICTM(4 mm×50 mm)保护柱；电导检测器；一次性水系针式微孔滤膜：孔径为0.45 μm；紫外分光光度计(上海仪电分析仪器有限公司)；721分光光度计(上海美谱达仪器有限公司)；硝酸钠(北联精细化学品开发有限公司，优级纯，高温烘2 h)；亚硝酸钠(北联精细化学品开发有限公司，优级纯，干燥器中干燥24 h)；盐酸(国药，优级纯)；氨基磺酸(天津博迪化工有限公司，分析纯)；对氨基苯磺酰胺(国药，分析纯)；N-(1-萘基)-乙二胺二盐酸盐(天津市化学试剂研究有限公司，分析纯)；屈臣氏水；硝酸盐氮、亚硝酸盐氮标准储备液0.1 mg/mL；硝酸盐氮质控200843、亚硝酸盐氮质控200637(环境保护部标准样品研究所)。

1.2 样品采集

样品采集后加入硫酸酸化使pH值<2，4 ℃下保存，24 h内进行测定。

1.3 样品前处理

离子色谱法：采集的井水样品稀释后，通过0.45 μm微孔滤膜过滤悬浮物、藻类、微生物后测定，共存的阴离子保留时间不同，不会产生干扰。

光度法：测定硝酸盐氮水样需经絮凝共沉淀、大孔径树脂柱处理。测定亚硝酸盐氮预处理：水样加入2 mL氢氧化铝悬浮液，搅拌，静置，过滤，弃去初始液后测定，若水样具有颜色，还需进行色度校正[11]。

1.4 试验条件

离子色谱法：柱温为30 ℃，淋洗液为20 mmol/L KOH，等度洗脱，抑制器电流为57 mA，流速为1.0 mL/min，进样体积为25 μL。

光度法：硝酸盐氮按照国家标准HJ/T 346—2007测定，亚硝酸盐氮按照国家标准GB 7493—1987测定。

1.5 检出限和测定下限计算方法

按照HJ 168—2010[12]的规定，对硝酸盐氮和亚硝酸盐氮标准溶液进行测定，计算7次平行测定的标准偏差，按照方法计算检出限；以4倍检出限作为测定下限。

2 结果与分析

2.1 离子色谱法淋洗液浓度和流速选择

(1)浓度

淋洗液浓度的改变对保留时间的影响，与溶质和淋洗液离子的电荷数有关[13]。淋洗液浓度高时，分离度不好；淋洗液浓度较低时，分离时间太长。分别比较10、20、30 mmol/L淋洗液，得出当淋洗液浓度为20 mmol/L时，基线平稳，出峰时间及灵敏度最佳。

(2)流速

改变淋洗液流速会影响保留时间和灵敏度[14]。流速过低时，分离时间较长；流速较高时，灵敏度较低，分离效果差。故本试验选择流速为1.0 mL/min，进样量为25 μL。

2.2 标准曲线绘制

离子色谱法：配置浓度为0.00、1.00、2.00、2.50、5.00、8.00 mg/L的硝酸盐氮标准溶液(以N计)以及0.00、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00 mg/L的亚硝酸盐氮标准溶液(以N计)，以峰面积X与浓度Y绘制标准曲线，测定结果如表1所示，离子色谱如图1所示。

光度法：配置浓度为0.00、0.25、0.50、1.00、1.50、2.00 mg/L的硝酸盐氮标准溶液(以N计)以及0.00、0.02、0.06、0.10、0.14、0.20 mg/L的亚硝酸盐氮标准溶液(以N计)，以光信号X与浓度Y绘制标准曲线，测定结果如表1所示。

表1 回归方程Tab.1 Regression Equation

注：1-亚硝酸盐氮；2-硝酸盐氮图1 标准溶液色谱图Fig.1 Chromatogram of Standard Solution

试验表明，两种方法的标准曲线r均大于0.999，表明两种方法均具备良好的线性关系。

2.3 检出限和测定下限

分别平行测定0.10 mg/L硝酸盐氮、0.01 mg/L亚硝酸盐氮标准溶液7次，计算标准偏差，按照HJ 168—2010的规定计算检出限，结果如表2所示。试验结果表明，离子色谱法检测硝酸盐氮、亚硝酸盐氮检出限均低于分光光度法，更适用于基层环境监测中。

表2 检出限和测定下限试验结果Tab.2 Test Results of Detection Limits and Lower Limits of determination

2.4 准确度试验

为保证检验结果的准确性并验证该方法的实用性，本文采用国家质控样品硝酸盐氮 [200843，浓度为(1.57±0.06)mg/L]、亚硝酸盐氮[200637浓度为(0.222±0.01)mg/L]进行试验测定，结果如表3所示。

表3 准确度试验结果Tab.3 Results of Accuracy Test

对一井水样品，在水样中分别加入 0.5 倍、1倍、2 倍样品含量的硝酸盐氮、亚硝酸盐氮标准溶液，按试验方法进行加标回收试验，样品色谱如图2所示，样品加标色谱如图3所示。离子色谱法测定硝酸盐氮的回收率为94%～106%，亚硝酸盐氮回收率为90%～102%，光度法测定硝酸盐氮的回收率为98%～105%，亚硝酸盐氮回收率为92%～104%。加标回收试验结果如表 4所示。

注：1-亚硝酸盐氮；2-硝酸盐氮；3-硫酸根图2 样品色谱图Fig.2 Chromatogram of Samples

试验结果表明：采用两种方法测定硝酸盐氮、亚硝酸盐氮标准样品，其测定结果均在标准样品的浓度误差范围内，方法准确性较高，符合质控要求；测定井水样品加标回收率均符合分析标准。

2.5 精密度试验

对井水平行测定6次，计算相对标准偏差，结果如表5、表6所示。试验结果表明：离子色谱法测定井水中硝酸盐氮的精密度为 1.4%～4.9%，亚硝酸盐氮的精密度为1.4%～4.4%；光度法测定井水中硝酸盐氮的精密度为 1.6%～6.7%，亚硝酸盐氮的精密度为0.7%～3.6%；两种方法精密度均较高，满足实验室质量控制要求。

注：1-亚硝酸盐氮；2-硝酸盐氮；3-硫酸根图3 样品加标色谱图Fig.3 Standard Chromatogram of Samples

表4 实际样品回收试验结果 Tab.4 Results of Recovery Test for Practical Samples

表5 硝酸盐氮离子色谱与光度法比较结果 Tab.5 Comparison of the Results between Ion Chromatography and Spectrophotometry for Nitrate Nitrogen

表6 亚硝酸盐氮离子色谱法与光度法比较结果Tab.6 Comparison of the Results between Ion Chromatography and Spectrophotometry for Nitrite Nitrogen

2.6 t值检验

襄阳市周边井水分别用离子色谱法、光度法进行测定(重复6次)，t检验法检验两种方法的误差，测定结果如表5、表6所示。试验结果表明：经t检验，t

3 结论

试验结果表明，通过离子色谱法和光度法测定井水中硝酸盐氮和亚硝酸盐氮含量的结果对比，离子色谱法测定井水中硝酸盐氮的检出限为0.014 mg/L，亚硝酸盐氮的检出限为0.002 mg/L；紫外分光光度法测定井水中硝酸盐氮的检出限为0.020 mg/L，亚硝酸盐氮的检出限为0.002 mg/L。离子色谱法测定井水中硝酸盐氮的相对标准偏差为1.4%～4.9%，亚硝酸盐氮的精密度为1.4%～4.4%；紫外分光光度法测定井水中硝酸盐氮的精密度为1.6%～6.7%，亚硝酸盐氮的精密度为0.7%～3.6%。离子色谱法测定井水中硝酸盐氮的加标回收率为94%～106%，亚硝酸盐氮的精密度为90%～102%；紫外分光光度法测定井水中硝酸盐氮的精密度为98%～105%，亚硝酸盐氮的精密度为92%～104%。精密度和准确度均符合质控要求，测定结果无显著性差异。然而，两种方法对比来看，离子色谱法的优点是具有分离度高、检出限低、操作简便，可以同时检测两种物质[15-16]。光度法虽然技术成熟，对仪器、试剂要求低，但使用的试剂有毒，操作繁琐，费时费力，干扰多。因此，离子色谱法更利于对井水水质的检测分析。