导数紫外光度法测定水中硝酸根离子

实验10　导数紫外光度法测定水中硝酸根离子

一、目的

通过用导数紫外光度法测定水中硝酸根离子的含量，掌握导数光度法的原理，了解影响测量的各种因素。

二、内容提要

硝酸根离子是环境监测中的一项重要指标。常用的测定方法有酚二磺酸比色法、镉汞齐还原法及紫外分光光度法。前两种方法不仅耗用试剂多，操作繁琐，而且易受水中常见离子干扰。紫外分光光度法操作步骤简单，但仍无法消除某些物质的干扰。用紫外光度法的一阶导数光谱直接测定水中的硝酸根离子，不仅保留了该方法操作步骤简单的优点，而且利用导数光谱的特性，较好地消除了常见离子的干扰，可直接应用于一般天然水中硝酸根离子的测量。

导数光谱是一种提高光谱分辨率的技术，它可以分辨两个几乎完全重叠的光谱。这一技术可以消除光度定量分析中干扰物质、胶体及悬浮物的散射以及背景吸收等对测量影响。导数光谱具有灵敏度高、再现性好、噪声低、分辨率高等优点，在定量分析中有着广泛应用。

导数分光光度法的定量分析，依据的是吸光度的导数值与浓度成正比。有

式中指某波长处的吸光度对波长的n阶导数值，k为一定测定条件下的常数，c为被测组分浓度。

要获得良好的导数光谱，必须要求原吸收光谱的噪声很低。在操作时要选择合适的单色器缝宽、导数的阶数、求导数时波长间隔的大小等参数。这些参数的选择应考虑导数光谱的分辨效应和信噪比等因素。

从导数光谱图上测量导数信号的方法有基线法，即导数光谱峰到其左右两谷底连线间的距离；峰谷法，即导数光谱峰到其相邻谷底间的距离；峰零法，即导数光谱峰到导数值为零的距离。

硝酸根离子的紫外光谱及一阶导数光谱见图4－8，其紫外光谱的吸光度峰值在200nm，其一阶导数光谱的峰值在215nm。

图4-8　硝酸根离子的紫外光谱及一阶导数光谱

硝酸根离子的一阶导数光谱具有较高的信噪比和灵敏度，基本不受水中常见离子的干扰，一些干扰较严重的物质如等，在天然水中的含量极微（一般低1～3个数量级），对硝酸根离子的测定影响不大。通过测量215nm处的吸光度的一阶导数值，可用峰零法，用标准曲线法测定硝酸根离子的含量。

三、仪器和试剂

1.仪器

TU－1901双光束紫外可见分光光度计或自动记录紫外可见分光光度计（带一对1cm石英液槽）

酸度计（带pH复合电极）

容量瓶，移液管，烧杯等

2.试剂

硝酸盐标准贮备液　100.0mg·L^－1（以计）

四、实验步骤

1.水样的预处理

大多数天然水体中的样品（pH小于9），可直接测定。如水体污染严重，引起干扰时（主要是有机物的干扰），可根据具体情况，按有关文献介绍的方法进行预处理。

2.紫外光谱及其导数光谱的测绘

仪器工作条件：氘灯、狭缝为l nm、扫描速度为60nm·min^－1、波长范围为200～240nm。使用浓度为1.00mg·L^－1硝酸盐标准液，测绘紫外光谱图。

若使用具有导数功能的TU－1901双光束紫外可见分光光度计，则取Δλ为4nm，其他条件同上，测绘的一阶导数光谱图。仪器的使用操作见实验9附录。

若使用无导数功能紫外可见分光光度计，可对测绘得到的紫外光谱图按Δλ为4nm读取波长值及对应的吸光度，按附录介绍的差分计算方法求出导数值并绘制的一阶导数光谱图。

3.系列标准溶液的导数值的测定

配制浓度分别为0、0.01、0.05、0.10、0.50、1.0、1.5及2.0mg·L^－1的硝酸盐系列标准溶液，按上述仪器工作条件，在的一阶导数光谱图上，测定峰零值。

4.水样的导数值

按上述仪器工作条件，测定水样一阶导数光谱图，测定峰零值。

五、数据处理

1）测绘紫外光谱图，找出其峰值波长。

2）测绘的一阶导数光谱图或绘制的一阶导数光谱图，找出其峰值波长。

3）绘制标准曲线或拟合出浓度与一阶导数峰零值的回归方程，求出水样中的含量。

六、注意事项

1）绘制紫外光谱图时，因受仪器波长测量范围的限制.峰形不完整。因此，用导数分光光度法测定含量，只能借助于右侧半个吸收峰。

2）测量水样的pH应小于9，否则将产生负误差。

七、思考题

1.对于严重有机污染的水样应如何处理？

2.水样的pH大于9时，实验应如何设计？

八、实验拓展

对紫外光谱图进行二阶导数、三阶导数及四阶导数处理，比较谱图。

九、附录

差分计算法绘制导数光谱

绘制吸收光谱，读取不同波长下的吸光度。导数光谱可由吸收光谱的等波长间隔Δλ的吸光度A的差求得。

设吸收光谱的起始波长点为λ。

对一阶导数A^Ⅰ，等波长间隔Δλ＝α，有

逐点计算，将一阶导数A^Ⅰ值与相对应的波长［λ＋α/2］作图，即得一阶导数光谱图。

对二阶导数A^Ⅱ，等波长间隔Δλ＝β，有

对三阶导数A^Ⅲ，等波长间隔Δλ＝γ，有

对四阶导数A^Ⅳ，等波长间隔Δλ＝δ，有

与一阶导数光谱图同法处理，可得到二阶、三阶、四阶导数光谱图。

参考文献

［1］王红丹，于霞，孙靖文.导数紫外光度法直接测定水中硝酸盐.上海环境科学，1989，8（12）：28～30

［2］吴性良，马林，叶琦，丁茘.地面水中硝酸根的紫外分光光度法测定.上海环境科学，1991，10（4）：22～25