镉柱还原法在养殖水体硝酸盐测定中的应用_彭自然

法准确度较好。
2. 7 影响因子
采用正交试验方法研究养殖水体常见的
浊度、盐度和有机物( 葡萄糖) 对测定的影响,
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2006 年第 2 期 贵 州 环 保 科 技 Vol . 12 No . 2
表 3 养殖水体中硝酸盐的回收率实验
硝酸盐量 a/ mg b/ mg c/ mg
新装柱, 因此, 较混浊水样测定前必须过滤。 实验证明, 在常见范围内, 盐度对测定无显 著影响。但 N ydahl[ 3] 认为, 氯化钠能强烈迟 滞硝酸根离子的还原速率, 其影响随氯离子 浓度增加而增大。在 pH 为 8. 0 的介质中, 水 样以 1 有效柱容/ m in 的流速通过 10. 0 cm 3 容柱的镉柱时, 0. 1 m ol/ L 的氯化钠即可使 还原 率下 降 7% 。但是, 简易 镉柱 柱容 大 ( 23. 6 cm 3) , 流速低( 0. 25 有效柱容/ min) , 氯化钠引起的 还原率下降对测定影响 不显
实验号
1 2 3 4
葡萄糖( A )
0 0 0 10
谷氨酸( B)
0 10 25 0
邻苯二甲 酸氢钾( C)
0 10 25 10
空白
0 10 25 25
浓度 y
0. 095±0. 006 0. 099±0. 001 0. 105±0. 003 0. 099±0. 002
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我国水产养殖业历史悠久, 近 10 年来水 产品总量居世界首位。目前, 我国高密度集 约化养殖较为普及, 封闭式循环水集约化养 殖也得到发展。高密度、低换水率的养殖方 式造成养殖水体中硝酸盐大量累积。研究表 明, 硝酸盐在不利情况下将转变为亚硝酸盐 和胺, 危害水产动物。养殖水质调控中, 硝 酸盐含量越来越引人关注。目前渔业水质标 准尚未将硝酸盐列为水质指标, 也无标准方 法。本文讨论了用镉柱还原法测定养殖水体 硝酸盐的可行性, 并研制了简易镉柱, 试验 结果可为养殖水体中硝酸盐标准分析方法的 建立提供基础资料。
回收率/ ( % )
水样 1 0. 735 0. 716 1. 471 102. 8
水样 2 0. 695 0. 716 1. 376 95. 1
水样 3 0. 717 0. 716 1. 398 95. 1
因子为浊度、盐度和有机物浓度, 因子水平 为 0、10、25 m g/ L , 试验结果见表 4。对试 验结果进行 F 检验, 计算各影响因子 F 比, 皆小于 F 0. 10( 2, 2) = 9. 0, 因此, 浊度、盐度 和有机物( 葡萄糖) 对镉柱还原法测定硝酸盐 的结果无显著影响。
6
10
25
0
10
0. 103±0. 005
7
25
0
25
10
0. 103±0. 004
8
25
10
0
25
0. 098±0. 001
9
25
25
10
0
0. 104±0. 001
Ij Ⅱj Ⅲj S j = [ ( Ij 2+ Ⅱj 2+ Ⅲj 2 ) / 3] - CT
自由度 F值 显著性
0. 310
0. 308
标准镉柱 简易镉柱
有效还原率 / ( %)
摩尔吸光系数/ ( L / ( mo l·cm) )
相关系数
95. 6 1. 5×104 0. 999 8
97. 8 1. 1×104 0. 999 98
2. 2 灵敏度
从表 1 镉柱还原法的摩尔吸光系数和相
关系数比较可见, 该法灵敏度较高, 线性相
关性较好, 且用两种镉柱还原的结果灵敏度
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镉柱还原法在养殖水体硝酸盐测定中的应用*
彭自然, 张晶敏, 江 敏
( 上海水产大学生命科学与技术学院, 上海 200090)
摘 要 对镉柱还原法测定养殖水体的硝酸盐进行了研究, 并通过正交实验研究了 养殖水体中含量较高的浊度、盐度和有机物对测定方法的影响。结果表明, 镉柱还 原法测定精确度高、重现性好, 浊度、盐度和有机物对测定无显著影响。研制的简 易镉柱制作简便, 可用于养殖水体中硝酸盐的测定。 关键词 镉柱还原法 硝酸盐 正交实验
同样, 选取葡萄糖、谷氨酸、邻苯二甲 酸氢钾等 3 种有机物为影响因子进行正交试 验, 因子水平为 0、10、25 m g/ L , 试验结果
如表 5。对试验结果进行 F 检验, 可知葡萄 糖、谷氨酸和邻苯二甲酸氢钾对镉柱还原法 测定硝酸盐的结果无显著影响。
表 5 葡萄糖、谷氨酸、邻苯二甲酸氢钾 对测定影响的正交实验计算
1 测定方法
1. 1 仪器 722 型分光光度计。 标准镉柱: 见文献[ 1] 。 简易镉柱: 称取 40 g 镉粒于 150 mL 分
液漏斗中, 用 2 mol / L 的盐酸洗涤, 再用蒸
馏水洗至 pH 为中性。加入 10 g / L 的硫酸铜 100 mL , 振荡 3 m in, 用蒸馏水洗至不含胶体 铜。取 50 m L 酸式滴定管( 内径 1 cm ) 截短, 将少许玻璃纤维塞入底部并注满水。装入镉 粒后塞入少许玻璃纤维, 注意镉粒应保持在 水 面 之 下。用 250 mL 活 化 溶 液 以 7 ～ 10 mL / m in 的流速活化, 再用氯化铵缓冲溶 液洗涤 3 次。取一个小漏斗插在酸式滴定管 管口, 用乳胶管固定。标准镉柱和简易镉柱 ( 柱容皆为 23. 6 cm3) 的示意见图 1、2。
表 6 简易镉柱 和标准镉柱 测定结果的比较
简易镉柱
水样 4/ ( mg/L)
10. 53
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
水样 5/ ( mg/ L )
8. 60
标准镉柱
10. 57
8. 61
相对偏差/ ( % )
0. 4
0. 1
3 讨 论
3. 1 水体中硝酸盐测定方法的比较 正交实验结果显示: 浊度、盐度和有机
物中的葡萄糖、谷氨酸、邻苯二甲酸氢钾对 测定影响不显著。浊度对测定影响不显著可 能与镉柱吸附和过滤水样中悬浮物有关。但 浊度过大, 悬浮物吸附在镉粒表面将影响有 效还原率, 使得缓冲溶液消耗量增大、活化 次数增多, 严重时甚至造成堵塞, 不得不重
图 1 标准镉柱 图 2 简易镉柱
* 上海水产大学青年科研基金资助项目。 收稿日期: 2005-07-17; 2005-08-27 修回 作者简介: 彭自然, 男, 1978 年生, 硕士, 助理教授, 从事养殖水域环境监测与调控教学、研究。
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0. 295
0. 297
0. 313
0. 297
0. 315
0. 306
0. 305
0. 323
0. 318
0. 325
- 2×10- 6 1. 007×10- 4 9. 13×10- 5 1. 233×10- 4
2
2
2
2
0. 016 2
0. 816 7
0. 740 5
不显著
不显著
不显著
T = 0. 928 CT = 0. 095 7
续表 5
实验号
5 6 7 8 9
葡萄糖( A )
10 10 25 25 25
谷氨酸( B)
10 25 0 10 25
邻苯二甲 酸氢钾( C)
25 0 25 0 10
空白
0 10 10 25 0
浓度 y
0. 102±0. 005 0. 096± 0
0. 105±0. 004 0. 105±0. 001 0. 101±0. 001
0. 002
2 m g/ L 。由公式 CL =
3.
29S b Ub
计算可得
检出限为 0. 003 2 mg / L 。
图 3 不同 硝酸盐浓度的吸光度
2. 5 精密度 配制 0. 05、0. 25、0. 45 mg / L 的硝酸盐
标准溶液, 测定其浓度( 平行 8 次) , 分别计 算标准偏差( S b) 和变异系 数( RS D ) ( 表 2) 。 硝酸盐浓度较大时, RS D 低于 3% , 精密度 较好; 低浓度范围内精密度大大降低。
1. 2 试剂 试剂皆为分析纯, 见文献[ 1] 。 影响因子试验标准溶液为 400 N T U 浊
度标准溶液、1 000 m g/ L 氯化钠标准溶液、 1 065. 7 m g/ L 葡萄糖标准溶液、850. 2 m g/ L 邻苯二甲酸氢钾标准溶液、970. 9 mg / L 谷氨 酸标 准 溶 液 ( 后 三者 的 COD 理 论 值 皆 为 1 000 mg / L ) 。
酸和 0. 05 mol / L 的氯离子时, 硝酸盐和亚硝 酸盐几乎具有相同的吸收光谱。另外, 具有 苯环结构的有机物在紫外光谱范围内有强烈 吸收, 也极大地干扰测定。还原法是长期使 用的传统方法, 较为成熟。锌—镉还原法盐 效应大、重现性差、受盐度的影响很大, 在 蒸馏水介质中, 还原率仅为 20% ; 盐度为 0 ～1 时还原率随其增大而急剧上升, 至 7. 5 时还原率基本不变, 为 74% [ 4] 。而酚二磺酸 光度法、戴氏合金法等硝酸盐测定方法不同 程度地受氯离子和有机物干扰, 水样中仅含 0. 5 mg/ L 的氯离子时, 即会使酚二磺酸光 度法的测定结果偏低, 且误差值与离子浓度 无相关性; 水样中有机物可与试剂中的硫酸 作用生 成棕色化 合物而干 扰测定。比较 可 知, 镉柱还原法受盐度、浊度、氯离子、亚 硝酸盐和有机物的干扰小, 较适用于养殖水 体中硝酸盐的测定。 3. 2 镉柱还原法应用于养殖水体中硝酸盐 测定的可行性分析
原法和紫外分光光度法。紫外分光光度法是 近年发展起来的新方法, 简单快速, 精密度、 准确度较好[ 2] , 但受氯离子、亚硝酸盐和有 机物的影响显著, 且尚无经济有效的消除方 法。A rmst rong[ 3] 发现, 待测液中含 50% 的硫
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相差不大。
2. 3 线性范围
图 3 为用镉柱还原法测定的硝酸盐的工
作曲线。可见, 硝酸盐浓度( 以 N 计, 下同)
在 0～0. 6 m g/ L 范围内线性较好。计算知相
关系数大于 0. 999 8。
2. 4 检出限
多次平行试验得到 20 个空白吸光度值
( 0. 033 6 ± 0. 001) , 其 标 准 偏 差 Sb 为
表 2 不同浓 度的硝酸盐精密度测定
标准溶液浓度/ ( mg/ L )
检测浓度/ ( mg/ L )
0. 05
0. 039± 0. 007
0. 25
0. 248± 0. 007
0. 45
0. 444± 0. 012
Sb/ ( mg/ L )
RSD/ ( %)
0. 007 14
0. 007 2. 8
0. 012 2. 7
著。由于饵料、排泄物、药物等物质的溶解 和降解, 养殖水体中可溶性有机物含量较 高, 而有机物对镉柱还原法的影响尚未见报 道。选用葡萄糖、谷氨酸、邻苯二甲酸氢钾 等 3 种代表性有机物研究, 发现其对测定皆 无显著影响。
至今, 渔业水质标准中尚无硝酸盐测定 标准方法, 而地表水、海洋等水质标准中硝 酸盐测定方法主要有锌—镉还原法、镉柱还
2 实验结果与分析
2. 1 有效还原率 表 1 列出的标准镉柱和简易镉柱的有效
还原率分别为 95. 6% 和 97. 8% , 皆符合使用
要求( > 95% ) 。试验中发现, 酸式滴定管过 长时有效还原率仅为 17. 3% , 可能是试验过 程中水位变化大, 导致流速不稳定所致。
表 1 镉柱还原法有效还原率、 摩 尔吸光系数和相关系数的比较
2. 6 准确度
取 3 个不同的养殖水样, 测定其硝酸盐
含量 a, 加入硝酸盐含量 b, 然后测定加标后
水样中硝酸盐含量 c, 按下式求出回收率( 表
3) :
回收率=
cb
a ×1 00%
可 见, 3 次 回 收 率 分 别 为 102. 8% 、
95. 1% 、95. 1% , 均在 95% ～104% 之间, 方
表 4 有机物( 葡萄糖) 、浊度、盐度对测定影响 的正交实验计算
实验号
有机物( A ) 浊度( B )
盐度( C)
空白
浓度 y
1
0
0
0
0
0. 094±0. 010
2
0
10
10
10
0. 100± 0
3
0
25
25
25
0. 116±0. 006
4
10
0
10
25
0. 111±0. 003
5
10
10
25
0
0. 099±0. 003
自由度 F值 显著性
2
2
2
2
1. 036 不显著
0. 966 不显著
1. 059 不显著
T = 0. 907 CT = 0. 091
2. 8 简易镉柱与标准镉柱的比较 分别用标准镉柱和简易镉柱多次测定同
一水样, 结果如表 6。可见, 两种还原镉柱测 定结果的相对偏差都在 0. 5% 以下。因此, 简 易镉柱测定结果与标准镉柱测定结果具有可 比性。
Ij Ⅱj Ⅲj S j = [ ( Ij 2+ Ⅱj 2+ Ⅲj 2 ) / 3] - CT
0. 299
0. 299
0. 296
0. 298
0. 297
0. 306
0. 299
0. 300
0. 311
0. 302
0. 312
0. 309
4. 437×10- 4 4. 137×10- 4 4. 537×10- 4 4. 283×10- 4