分光光度法测水有害物质的探讨

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紫外-可见分光光度法是化学分析中的-种经典方法，它在分析领域中的应用已有三十多年的历史。我国的应用领域很广泛，尤其是在环境保护的水质分析中主要采用了紫外-可见分光光度法，而且这种方法在研究中不断有新的报告出现(应用技术上有新的创造)，分析化合物的种类 日益增加。

用紫外-可见分光光度计检测出样品水中存在硝酸根离子和硫酸根离子，进而根据朗伯-比尔吸收定律可以算出其浓度，依照水质标准来判断样品水是否符合排污标准。

用紫外-可见分光光度计检测水中的有害物质，快速、简单，准确度、精密度及加标回收率均符合环境监测技术规范要求，而且节省了人力、物力和试剂，提高了工作效率。

1 紫外-可见吸收光谱法概述分子的紫外-可见吸收光谱法是基于分子内电子跃迁产生的吸收光谱进行分析的-种常用的光谱分析法。分子在紫外-可见区的吸收与其电子结构紧密相关。紫外光谱的研究对象大多是具有共轭双键结构的分子。

紫外-可见以及近红外光谱区域的详细划分如图 1所示。紫外-可见光区-般用波长(Nm)表示其研究对象大多在200-380nm的近紫外光区和/或380～780nm的可见光区有吸收。紫外-可见吸收测定的灵敏度撒于产生光吸收分子的摩尔吸光系数。

J～，J 11 - J、，I波 长 2.52m5l光谱区域 真空紫外 近紫外 可见、 - 、红外 远红外(石英紫外 近红外1 至微波激发 价目 i子 分子振动 子转动波数 及转动lO ( ·m-l 260( H)( m-1 4Ocm-1图1 紫外-可见光谱区域2 紫外-可见分光光度法特点紫外-可见分光光度法具有很明显的优点，主要是：1)应用广泛。由于各种各样的无机物和有机物在紫外可见区都有吸收，因此均可借此法加以测定。到目前为止，几乎化学元素周期表上的所有元素(除少数放射性元素和惰性元素之外)均可采用此法 。在国际上发表的有关分析的论文总数中，光度法约 占28%，我 国约 占所发表论文总数的33%。

2)灵敏度高。由于新的显色剂的大量合成，并在应用研究方面取得了可喜的进展，使得对元素测定的灵敏度有所推进，特别是有关多元络合物和各种表面活性剂的应用研究，使许多元素的摩尔吸光系数由原来的几万提高到数十万。

- - < -- 3)选择性好。目前有些元素只要利用控制适当的显色条件就可直接进行光度法测定，如钴、铀、镍、铜、银、铁等元素的测定，已有比较满意的方法。

4)准确度高。对于-般的分光光度法，其浓度测量的相对误差在 1～3%范围内，如采用示差分光光度法进行测量，则误差可减少到0.5%。

3 实验部分3.1 硝酸根的检测水中硝酸盐是在有氧的环境下，亚硝氮、氨氮等各种形态的含氮化合物中最稳定的氮化合物，亦是含氮有机物经无机化作用最终的分解产物。亚硝酸盐可经氧化而生成硝酸盐，硝酸盐在无氧环境中，亦可受微生物的作用而还原为亚硝酸盐。水中硝酸盐氮(NO，-N)含量相差悬殊，从数十微克/升至数十毫克/升，清洁的地表水中含量较低，受污染的水体，以及-些深层地下水中含量较高。制革废水、酸洗废水、某些生化处理设施的出水和农田排水可含大量的硝酸盐。

3.1.1 方法原理利用硝酸根离子在 220nm波长处的吸收特征，直接进行测定。

3.1.3 试剂硝酸盐标准贮备液：取硝酸根浓度为0.1 mol/L的硝酸钾溶液作为标准溶液，于 6个 200mL容量瓶中分别加入5、10、15、20、25、40mL硝酸钾标准贮备溶液，用 蒸 馏 水 稀 释 至标 线，其 浓 度 分别 为0.0025mol/L、0.005mol/L、0.0075mol/L、0.01mo1/L、0.0125mol/L、0.02mol/L硝酸根离子。

3.1.4 步骤1)标准曲线的绘制用光程长 8mm石英比色皿，在 200～500nm波长 范 围 内，分 别 对 0.0025mol/L、0.005mol/，L、0.0075mol//L、0.01mol/L、0.0125mol/L、0.02 rflolfL的硝酸钾标准溶液进行吸光度的测量。

根据朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律：AF现 透射度 和吸光度 的关系：Alog10//，logl/T实验中： 8ram；得到吸光度和吸光系数如表1，标准曲线如图2所示。

- - 6 -- -表 1 硝酸根离子的标准曲线绘制表溶液浓度(moVL) 透过率 吸光度A 吸光系数0.0o25 39.8 0.40 2O0o5O.0o5 l5.255 0.8l 2O4l40.0O-75 7.94 1.10 183360.Ol 2.725 1.62 195580.0125 1.9O 1.72 172120.02 0.075 3.12 19531标准曲线网 ◆◆ 0.Ol O.Ol5 0.O2 0.O25浓度 (mol/L)硝酸根离子的标准曲线取部分光谱图如图3所示：波长/rim图3 三种不同浓度的硝酸钾溶液的透射率比较2)水样的测定水样采集后应及时进行测定。必要时，应加硫酸使pH<2，保存在4C以下，在24h内进行测定。

a.样品 1①对水样 l进行用过滤纸进行过滤，去除-些悬概粒。

②用光程长8ram石英比色皿，在200～500nm波长范围内，对水样 l进行吸光度的测量。如图4所示 。

5 3 5 2 5 l 5 O 3 2 1 O 芸5 2 ∞ 图O O 波长/llYI图4 水样1的透射光谱曲线图根据朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律 ：A6CL19176，L8mm，读得 T57.2% ，则 Alogl/T0.24。

求得 C0.0015 mol/L，即 NO3-含量为 c0.093g/L，N的含量为21mg/L。

b.样品2①对水样 1进行用过滤纸进行过滤，去除-些悬概粒。

②用光程长8mm石英比色皿，在200m-500nm波长范围内，对水样2进行吸光度的测量。如图5所示。

波长/113图5 水样2的透射光谱曲线图根据朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律：A6CL19176，L8ram，读得 T85.37% ，则 Alogl/T：0.068。

求得 C0.0004 mol/L，即 NO3-含量为 C0.0248g/L，N的含量为5.6mg/L。

3.2 硫酸根离子的检测3.2.1 方法原理利用硫酸根离子在 540nm波长处的吸收特征，直接进行测定。

3.2.3 试剂硫酸盐标准液：取硝酸根浓度为0.1 mol/L的硝酸钾溶液作为标准溶液，于6个200mL容量瓶中分别加入5，10、15、20、25、40mL硝酸钾标准贮备溶液，用蒸馏水稀释至标线，其浓度分别为0.0025、0.005、0.0075、0.01、0.0125、0.02 mol/L硫酸根离子1引。

3.2.4 步骤1)标准曲线的绘制：用光程长 8mm石英比色皿，在 400～700nm波长范围内，对 0.0025、0.005、0.0075、0.01、0.0125、0.02 mol/L的硫酸铵标准溶液进行吸光度的测量。

表 2 硫酸根离子的标准曲线绘制表溶液(mol/L) 透过率 吸光度A 吸光系数0.0025 91.241 0.04 19900.0o5 79.987 0.10 24240.0o75 72.461 0.14 23310.01 65.254 0.18 23170.0125 61.720 0。21 20950.02 45.023 0.34 21660.40.35O.3蚕0o..10.05O标准曲线0 0.005 0.01 0.0l5 0.02 0.025浓度 (mol/L)图6 硫酸根离子的标准曲线取部分光谱图如图7所示。

波长/nm图7 三种不同浓度的硫酸根离子透射率比较2)水样的测定水样采集后应及时进行测定。必要时，应加硫酸使 pH<2，保存在4℃以下，在 24h内进行测定。

a.样品 1- - 1 - - ①对水样 1进行用过滤纸进行过滤，去除-些悬概粒。

②用光程长8ram石英比色皿，在200～500nm波长范围内，对水样 1进行吸光度的测量。如图 8所示 。

37l 12 XI Hl 500.(x1 60ON1波长/rim图8 水样 1的透射光谱曲线图根据朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律：AeCLs2302，L8ram，读得 T80，002% ，则 Alogl/T0.096求得 C0.005mol/L，即 s0 -含量为 C480mg/L。

b.样品2①对水样2进行用过滤纸进行过滤，去除-些悬概粒。

②用光程长 8mm石英 比色皿，在 200～500nm波长范围内，对水样2进行吸光度的测量。如图9所示波长/nm图9 水样2的透射光谱曲线图根据朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律：AeCL2302， 8mm，读得T95.2% ，贝0 Alogl/T0.021求得 C0.0011mol/L，即 SO -含量 为 C105.6mg/L。

3.3 结论根据集中式生活饮用水地表水源地补充项目标准限值，如表 3所列。

- R - 表 3 标准限值与样品对比 单位：：m#L序号 项 目 标准值 样品 1 样品2硫酸盐 1 250 480 105. 6 (以s0 -计)2 硝酸盐(以 N计) 10 21 5.6从表中可以看出，样品 1中的 SO 和 NO -都超标，而样品2中都是符合标准的。

4 分析与讨论水中硝酸盐的测定方法很多，除了本文介绍的以外，还有酚二磺光度法、镉柱还原法、戴氏合金还原法、离子色谱法和电极法等。酚二磺酸法测量范围较宽，显色稳定。镉柱还原法适用于测定水中低含量的硝酸盐。戴氏合金还原法绎严重污染并带深色的水样最为适用。离子色谱法需有专用仪器，但可同时和其他阴离子联合测定。电极法和紫外法-样常作为在线快速方法使用，尤其是将电极法改为流通池后可保证电极性能良好，不易受极测水体的沾污和损坏。目前的自动在线监测仪多使用紫外法或电极法 。

硫酸根的测定方法也很多，除了紫外分光光度法外，还有硫酸钡重量法，铬酸钡间接原子吸收法。

硫酸钡重量法虽然是-种很经典的测定方法，准确度也很高，但是操作较繁杂。而铬酸钡间接原子吸收法适用于清洁环境水样的分析，精确度度和准确度也蛮高。

本实验说明了用紫外-可见分光光度法可以达到检测水质的目的。紫外-可见分光光度计操作简单，方便，检测快速，定将会应用于越来越多的领域。