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摘 要： 建立了一種使用柱后衍生-離子色譜-紫外/可見檢測法測定水中亞硝酸鹽的含量。水樣經(jīng)0.45 μm 聚醚砜材質(zhì)微孔濾膜過濾后，轉(zhuǎn)移至進樣瓶中直接進樣測定。以PAS15柱（250 mm×4.0 mm，0.5 μm）為色譜分離柱，30.0 mmol/L氫氧化鉀溶液為淋洗液，流量為0.90 mL/min，柱溫為30 ℃，磺胺-萘基乙二胺鹽酸鹽為顯色劑，流量為0.27 mL/min，水中的亞硝酸鹽經(jīng)分離后與顯色劑在衍生管中進行衍生反應，衍生物經(jīng)紫外/可見檢測器在540 nm處進行檢測，以外標法定量。結果表明，亞硝酸鹽的質(zhì)量濃度在0～1 000 μg/L范圍內(nèi)與色譜峰面積的線性關系良好，相關系數(shù)為0.999 9，方法檢出限為0.4 μg/L。實際樣品加標回收率為91.5%～102%，相對標準偏差為5.5%～8.3%（n=6）。與傳統(tǒng)的分光光度法相比，該方法具有選擇性好、靈敏度高、重復性好、操作簡單等優(yōu)勢，適用于各種水樣中痕量亞硝酸鹽的檢測。

 

關鍵詞： 亞硝酸鹽； 離子色譜法； 柱后衍生； 紫外檢測器

 

測定海洋、河流和飲用水中的亞硝酸鹽水平在環(huán)境監(jiān)測中具有重要意義。亞硝酸鹽既是浮游植物的營養(yǎng)物質(zhì)，也是其代謝排泄產(chǎn)物[1]，在全球氮循環(huán)與碳循環(huán)中扮演關鍵角色，且會對氣候產(chǎn)生相關影響[2]。亞硝酸鹽也是評價水質(zhì)優(yōu)劣的重要指標，其濃度過高會威脅人類及水生生物的健康[3]。根據(jù)世界衛(wèi)生組織目前公布的飲用水中亞硝酸鹽最大允許限值，短期接觸為3.0 mg/L (65.2 μmol)，長期接觸為0.2 mg/L (4.3 μmol)[4]；我國GB 5749—2022《生活飲用水衛(wèi)生標準》中亞硝酸鹽(以N計)濃度限值為1.0 mg/L。海洋中的濃度通常低于0.2 μmol/L，但根據(jù)位置的不同，濃度可在0.1~50 μmol/L之間變化。暴露于高濃度亞硝酸鹽已被證明對海洋生物有害[5]，對魚類生長、鰓滲透調(diào)節(jié)功能、血氧承載能力、離子穩(wěn)態(tài)等產(chǎn)生不利影響[6]。在人體中，過量的亞硝酸鹽可引起甲基血紅蛋白血癥[4]，同時也是許多致癌物形成的重要前體[7]。亞硝酸鹽水平升高通常是由肥料浸出或污水排放和厭氧條件引起的[4]。綜上所述，監(jiān)測亞硝酸鹽濃度水平對保障人類健康并增加對有機生命和環(huán)境的了解非常重要[8]。目前常見的用于檢測環(huán)境水體中亞硝酸鹽的方法有分光光度法[9]、氣相分子吸收光譜法[10]、離子色譜-電導檢測法[11?12]等。分光光度法主要指重氮偶聯(lián)分光光度法，其原理是在酸性介質(zhì)中（pH值為1.8），水樣中的亞硝酸鹽與磺胺反應生成重氮鹽，再與N-(1-萘基)-乙二胺二鹽酸鹽發(fā)生偶聯(lián)反應生成紅色染料，其在540 nm波長處有最大吸收[13]，此種方法由于儀器設備易獲得，成本較低，是實驗室最常用的方法之一，但其實驗過程較為繁瑣，對于復雜基體的樣品需要進行預處理，且不適合大批量樣品的分析測定；氣相分子吸收光譜法是近幾年發(fā)展起來的一種簡便、快捷地測定水中亞硝酸鹽氮的方法，其原理是在檸檬酸介質(zhì)中，以乙醇為催化劑，將樣品中亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化成二氧化氮氣體，用氮氣將產(chǎn)生的二氧化氮氣體載入氣相分子吸收光譜儀的吸光管，在213.9 nm波長處有最大吸收[14?15]。此種分析方法實驗步驟簡單、分析速度快、適用于大批量樣品分析，但是儀器價格昂貴，對試劑純度要求高，使用成本高，對實驗人員技術能力要求也較高。離子色譜-電導檢測法是一種常用于水中陰、陽離子檢測的方法，其原理是水中不同離子通過離子交換樹脂，由于不同離子對樹脂親和能力不同而分離，用電導檢測器檢測，保留時間定性，色譜峰面積或者色譜峰高定量。該方法適用于大批量樣品分析，檢測結果穩(wěn)定、準確度高。但氯離子常常會干擾測定，對柱效要求較高，對基質(zhì)復雜的水樣需通過復雜的樣品處理才能進樣，處理成本高。筆者利用離子色譜原理對水樣中的亞硝酸鹽進行分離，然后采用磺胺-萘基乙二胺鹽酸鹽作為柱后衍生試劑與亞硝酸進行衍生反應，衍生物經(jīng)紫外/可見檢測器在540 nm處進行檢測，外標法定量，建立了一種新型、高效、高靈敏檢測水中亞硝酸鹽的方法，為相關研究提供支持。

 

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

全自動離子色譜-柱后衍生系統(tǒng)：ELSPE-1 PreCon型，廣州譜臨晟科技有限公司。陰離子分離柱：PAS15柱(250 mm×4.0 mm，0.5 μm)，廣州譜臨晟科技有限公司。陰離子保護柱：PAG-4柱(50 mm×4.0 mm，0.5 μm)，廣州譜臨晟科技有限公司。分析天平：SQP型，感量為0.1 mg，賽多利斯科學儀器（北京）有限公司。聚醚砜（PES）材質(zhì)微孔濾膜：0.45 μm，津騰實驗設備有限公司。渦旋振蕩器：XH-J型，江蘇金怡儀器科技有限公司氫氧化鉀試劑：優(yōu)級純，成都科隆化學試劑有限公司。N-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽、磺胺：均為分析純，成都科隆化學試劑有限公司。濃磷酸：分析純，成都科龍化工有限公司。亞硝酸鹽標準溶液：質(zhì)量濃度為100 mg/L，相對擴展不確定度k=2%，批號為103415，北京環(huán)標科創(chuàng)環(huán)境科技發(fā)展有限責任公司。亞硝酸鹽標準物質(zhì)：（1）（50.9±2.5） μg/L，批號為200644；（2）（0.142±0.008） mg/L，批號為200645；（3）（0.200±0.009） mg/L，批號為200647，北京環(huán)標科創(chuàng)環(huán)境科技發(fā)展有限責任公司。環(huán)境水樣：（1）地下水，某污水處理廠地下水監(jiān)測井；（2）地表水，某污水處理廠附近；（3）海水，東南沿海海水；（4）生活污水，某市污水處理廠總排口；（5）工業(yè)廢水，某煉油廠總排口。實驗用水為超純水，由默克密理博Milli-Q Integral型超純水機制備而成，電阻率不小于18.2 MΩ·cm。

1.2 儀器工作條件

陰離子分離柱：PAS15柱 (250 mm×4.0 mm，0.5 μm，廣州譜臨晟科技有限公司)；陰離子保護柱：PAG-4 柱(50 mm×4.0 mm，0.5 μm，廣州譜臨晟科技有限公司)；柱溫：30 ℃；分析模式：在線分析；衍生試劑：磺胺(10 g/L)-N-(1-萘基)乙二胺鹽酸鹽(1 g/L)于10%（體積分數(shù)）磷酸中，流量為0.27 mL/min；檢測波長：540 nm；流動相：30.0 mmol/L氫氧化鉀溶液，流量為0.90 mL/min；進樣體積：100 μL。

1.3 溶液配制

亞硝酸鹽標準使用中間液：10.00 mg/L，用大肚吸管準確吸取20.00 mL亞硝酸鹽標準溶液于200 mL容量瓶中，用純水稀釋至標線。亞硝酸鹽標準使用液：1.00 mg/L，用大肚吸管準確吸取20.00 mL亞硝酸鹽標準使用中間液于200 mL容量瓶中，用純水稀釋至標線。亞硝酸鹽系列標準工作溶液：分別移取0.00、0.20、0.50、1.00、2.00、5.00、10.0、20.0、50.0、100 mL亞硝酸鹽標準使用液于100 mL容量瓶中，用超純水稀釋至標線，配制成質(zhì)量濃度分別為0、2、5、10、20、50、100、200、500、1 000 μg/L的亞硝酸鹽系列標準工作溶液。流動相（30.0 mmol/L氫氧化鉀溶液）：用分析天平稱取0.842 0 g氫氧化鉀，用少量純水溶解后過0.45 μm PES微孔濾膜，定容于500 mL容量瓶中，超聲脫氣后待用。衍生試劑：取純水250 mL，加入50 mL濃磷酸，待冷卻至室溫后往里加入10 g磷胺，溶解后加入1 g奈基乙二胺二鹽酸鹽，用純水定容至500 mL，超聲脫氣后備用。

1.4 實驗方法

1.4.1 樣品采集

按照HJ 91.2—2022《地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術規(guī)范》、HJ 164—2020《地下水環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》及HJ 91.1—2019《污水監(jiān)測技術規(guī)范》的相關規(guī)定進行水樣的采集與保存。采樣后的采樣瓶需密封，于4 ℃冷藏、避光保存，2 d內(nèi)完成測定。

1.4.2 樣品處理

將采集的樣品充分搖勻，移取適量水樣，通過0.45 μm聚醚砜微孔濾膜后，轉(zhuǎn)移至進樣瓶中，待測。

1.4.3 定量方法

按照1.2儀器工作條件，將亞硝酸鹽系列標準工作溶液由低濃度到高濃度依次進樣測定，以目標化合物的質(zhì)量濃度為橫坐標，以其對應的色譜峰面積為縱坐標，進行線性回歸，建立標準工作曲線，用外標法進行定量分析。

 

2 結果與討論

2.1 色譜條件優(yōu)化

2.1.1 柱溫箱溫度

在其他條件不變的情況下，比較了柱溫分別為20、25、30、35、40 ℃時目標物（亞硝酸鹽）的出峰時間及色譜峰面積，如圖1所示。

圖1   不同柱溫條件下亞硝酸鹽色譜圖

Fig. 1   Chromatogram of nitrite at different column temperatures

從圖1中可以看出，不同柱溫下，目標物的響應值基本一致，主要影響的是目標物的出峰時間?？疾熘鶞胤謩e在20、25、30、35、40 ℃條件下，目標物的出峰時間、流動相流路及衍生試劑流路的壓力見表1。

表1   不同柱溫下目標物出峰時間、流動相流路及衍生試劑流路壓力

Tab. 1   Peak time of target substance at different column temperatures, flow path pressure of mobile phase and derivative reagent flow path

 

從表1中可以看出，隨著柱溫的升高，目標物出峰時間變化不大，流動相流路的壓力逐漸降低，衍生試劑流路的壓力變化不大。綜合考慮出峰時間和系統(tǒng)壓力等因素，選擇柱溫為30 ℃為宜。

2.1.2 進樣體積

在其他條件不變的情況下，采集了進樣體積分別為20、50、100、200、250 μL下1.00 mg/L亞硝酸鹽標準物質(zhì)的色譜圖，如圖2所示。

圖2   不同進樣體積時亞硝酸鹽色譜圖

Fig. 2   Chromatograms of nitrite with different injectionvolumes

從圖2可以看出，隨著進樣體積的增大，目標物色譜峰面積增大，且呈正比關系，色譜峰峰形及響應均較好，可以看出此分析方法可根據(jù)樣品中亞硝酸鹽含量靈活調(diào)整進樣量，以達到最佳的測試效果，可以極大擴寬方法的測定范圍。

2.1.3 流動相濃度

在其他條件不變的情況下，采集了流動相（KOH）濃度分別為20、25、30、35、40 mmol/L下200 μg/L亞硝酸鹽標準物質(zhì)的色譜圖，如圖3所示。

圖3   不同流動相濃度時亞硝酸鹽色譜圖

Fig. 3   Chromatogram of nitrite at different mobile phase concentrations

1—40 mmol/L； 2—35 mmol/L； 3—30 mmol/L； ；4—25 mmol/L； 5—20 mmol/L

從圖3可以看出，當流動相濃度由20 mmol/L逐漸增加到40 mmol/L時，對應的保留時間分別為698、608、538、485、446 s，目標物出峰時間不斷提前。雖然高濃度的流動相能使得樣品分析時間提前，但是濃度過高會使得高鹽實際樣品的分離受到影響。綜合考慮出峰時間及實際樣品測試情況，選擇流動相濃度為30 mmol/L為宜。

2.2 線性范圍與檢出限

在1.2儀器工作條件下測定亞硝酸鹽系列標準工作溶液，以目標物濃度為橫坐標，對應的色譜峰面積為縱坐標，繪制標準工作曲線，計算線性方程和相關系數(shù)。平行測定7份質(zhì)量濃度為2.0 μg/L的亞硝酸鹽空白加標樣品，計算標準偏差，利用置信度為99%的t分布值為3.143，計算方法檢出限，并按照HJ 168—2020《環(huán)境監(jiān)測分析方法標準制訂技術導則》的規(guī)定，以4倍檢出限作為定量限，亞硝酸鹽的質(zhì)量濃度線性范圍、線性方程、相關系數(shù)、檢出限及定量限見表2。

表2   線性范圍、線性方程、相關系數(shù)、檢出限及定量限

Tab. 2   Linear range, linear equation, correlation coefficient, detection limit, and quantification limit

 

由表2可知，亞硝酸鹽質(zhì)量濃度在0~1 000 μg/L范圍內(nèi)與色譜峰面積具有良好的線性關系，相關系數(shù)為0.999 9，檢出限為0.4 μg/L，相較于GB 7493—87《水質(zhì)　亞硝酸鹽氮的測定　分光光度法》（方法檢出限為9.10 μg/L），該方法檢出限低了1個數(shù)量級，表明該方法靈敏度高，能夠滿足大部分濃度梯度水樣中亞硝酸鹽的測定。

2.3 準確度試驗

在1.2儀器工作條件下，對3種不同濃度的亞硝酸鹽標準物質(zhì)平行測定6次，分別計算不同濃度的平均值、相對誤差，試驗結果見表3。

表3   準確度試驗結果

Tab. 3   Results of accuracy testing

 

由表3可知，3種標準品6次測定值均在不確定度范圍內(nèi)，測定結果相對誤差為0.6%～1.8%，表明該方法有較好的準確性和重現(xiàn)性。

2.4 實際樣品測定及加標回收試驗

分別采集地下水、地表水、海水、生活污水及工業(yè)廢水5種不同類別水樣，采用直接進樣方式進行3次平行測定，然后進行加標回收試驗，加標濃度為實際樣品濃度的0.5～1倍，在1.2儀器工作條件下平行測定6次，計算加標回收率及精密度（RSD），試驗結果見表4。由表4可知，5種類型的水質(zhì)樣品加標平均回收率為91.5%~102%，相對標準偏差為5.5%~8.3%(n=6)，表明該方法準確度較高且精密度良好。

表4   樣品加標回收試驗結果

Tab. 4   Test results of spiked samples

 

2.5 方法比對

與傳統(tǒng)的GB 7493—1987《水質(zhì)　亞硝酸鹽氮的測定　分光光度法》進行了比對試驗，配制質(zhì)量濃度為（0.466±0.026） mg/L亞硝酸鹽溶液標準物質(zhì)，分別用柱后衍生-離子色譜-紫外/可見檢測法和分光光度法各平行測定6份，測定結果見表5。運用F檢驗法判定兩種測定方法之間精密度有無顯著性差異，根據(jù)兩組數(shù)據(jù)方差平方的比值，計算得到F=7.4，當置信度為95%時，F(xiàn)值大于5.05，證明兩種測定方式測量值的精密度存在顯著性差異。由表5可知，柱后衍生-離子色譜-紫外/可見檢測法測定結果的相對標準偏差明顯小于分光光度法，說明柱后衍生-離子色譜-紫外/可見檢測法精密度更好。運用t檢驗法判定兩種測定方法之間準確度有無顯著性差異，根據(jù)兩組測定數(shù)據(jù)的平均值，計算得到t=20，當置信度為95%時，t值大于2.57，證明兩種測定方式測量值的準確度存在顯著性差異。通過比較二者測定平均值與真值相對誤差的絕對值，發(fā)現(xiàn)柱后衍生-離子色譜-紫外/可見檢測法的相對誤差的絕對值更小，說明柱后衍生-離子色譜-紫外/可見檢測法準確度更好。此外，相較于傳統(tǒng)的分光光度法，柱后衍生-離子色譜-紫外/可見檢測法分析檢測效率更高、前處理更加簡便且抗干擾更強，適用于大批量實際樣品分析。

表5   比對試驗結果

Tab. 5   Comparison of experimental results

 

 

3 結語

建立了柱后衍生-離子色譜-紫外/可見檢測法測定環(huán)境水體中亞硝酸鹽的含量，通過優(yōu)化進樣體積、流動相濃度、柱溫等參數(shù)，建立了一種選擇性好、靈敏度高、重復性好、操作簡單的測定水中亞硝酸鹽的新方法。利用該方法對5種不同類型的實際水樣進行了測試，結果表明該方法數(shù)據(jù)準確性可靠，特別是對海水樣品中亞硝酸鹽的測定，相對于其他傳統(tǒng)的檢測方法，該方法能夠有效地排除氯離子的干擾。該方法具有抗干擾強、靈敏度高、選擇性好等特點，為各類水體中亞硝酸鹽的監(jiān)測提供了新的技術支撐。

 

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