چرا نیترات در آب آشامیدنی است؟

نیترات شکلی از نیتروژن است که به اشکال مختلف در اکوسیستم های خشکی و آبی وجود دارد. در این مقاله ما میزان این ماده را در آب بررسی می کنیم.

نیترات چیست و چرا اهمیت دارد؟

نیترات شکلی از نیتروژن است که به اشکال مختلف در اکوسیستم های خشکی و آبی وجود دارد. این اشکال نیتروژن عبارتند از آمونیاک (NH3)، نیترات (NO3) و نیتریت (NO2). نیترات یک ماده مغذی ضروری گیاه است، اما بیش از حد آن می تواند باعث مشکلات جدی کیفیت آب شود. همراه با فسفر، نیترات اضافی باعث تسریع اتروفیکاسیون می شود که منجر به افزایش چشمگیر رشد گیاهان آبزی و تغییرات در انواع گیاهان و جانوران ساکن در نهرها می شود. این به نوبه خود می تواند بر اکسیژن محلول، دما و سایر شاخص ها تأثیر بگذارد. در شرایط خاصی، نیترات اضافی می تواند منجر به هیپوکسی (سطح اکسیژن محلول پایین) شود و در غلظت های بالاتر (10 میلی گرم در لیتر) یا بالاتر برای حیوانات خونگرم سمی باشد. سطوح طبیعی آمونیاک یا نیترات در آب های سطحی معمولاً کم است (کمتر از 1 میلی گرم در لیتر). می تواند تا 30 میلی گرم در لیتر در پساب تصفیه خانه های فاضلاب باشد.

منابع نیترات عبارتند از رواناب از تصفیه خانه های فاضلاب، چمن های بارور شده و مزارع کشاورزی، خرابی سیستم های سپتیک در محل، رواناب از مناطق ذخیره کود حیوانی، و تخلیه های صنعتی حاوی بازدارنده های خوردگی.

مشکلات بهداشتی مرتبط با نیترات در کیفیت آب چیست؟

زنان باردار یا شیرده و نوزادان به ویژه در برابر مشکلات بهداشتی مرتبط با نیترات آسیب پذیر هستند. نیترات ها می توانند با توانایی خون نوزاد برای حمل اکسیژن در سن 6 ماهگی یا کمتر تداخل کنند. به این "سندرم کودک آبی" می گویند. نوزادان ممکن است احساس تنگی نفس کنند. نوزادانی که شیر خشک مخلوط با آب چاه با غلظت نیترات بالا دریافت می کنند ممکن است در معرض خطر ابتلا به این سندرم باشند. افراد بالای 6 سال معمولاً در معرض خطر ابتلا به این سندرم نیستند زیرا دستگاه گوارش آنها به طور طبیعی نیترات را جذب و دفع می کند.

اطلاعات کمی در مورد اثرات طولانی مدت نوشیدن آب با سطوح نیترات بالا وجود دارد. با این حال، برخی مطالعات وجود دارد که نشان می دهد نیترات ها ممکن است در سقط جنین خود به خود نقش داشته باشند. علاوه بر این، منابع آبی که آلودگی نیتراتی را نشان می دهند ممکن است دارای آلاینده های دیگری مانند باکتری ها و آفت کش ها باشند که می توانند با نیترات وارد آب های زیرزمینی شوند.

استاندارد آب آشامیدنی برای نیترات چیست؟

سطوح نیترات تا 3 قسمت در میلیون (ppm) عموماً طبیعی و نوشیدنی ایمن در نظر گرفته می شود. آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (USEPA) استاندارد آب آشامیدنی اولیه برای نیترات را 10 ppm تعیین کرده است. سطوح به طور قابل توجهی بالاتر می تواند برای انسان و دام مضر باشد.

ملاحظات نمونه برداری و تجهیزات

نیترات‌های حاصل از منابع زمینی سریع‌تر از سایر مواد مغذی مانند فسفر در رودخانه‌ها و نهرها قرار می‌گیرند. این به این دلیل است که آنها در آب راحتتر از فسفات حل می شوند که برای ذرات خاک جذاب است. در نتیجه، نیترات ها می توانند شاخص بهتری از پتانسیل منابع فاضلاب یا آلودگی کود در هوای خشک باشند.

آب آلوده به مواد آلی غنی از نیتروژن ممکن است نیترات کم را نشان دهد. تجزیه مواد آلی سطح اکسیژن محلول را کاهش می دهد که به نوبه خود اکسیداسیون آمونیاک به نیتریت (NO2) و نیترات (NO3) را کاهش می دهد. در چنین مواردی، ممکن است نظارت بر نیتریت یا آمونیاک نیز ضروری باشد که برای موجودات آبزی بسیار سمی تر از نیترات هستند.

دو روش تشخیص نیترات معمولا در برنامه های نظارت استفاده می شود: کاهش کادمیوم و الکترودهای نیترات. روش کاهش کادمیوم که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد، یک واکنش رنگی ایجاد می کند که سپس با مقایسه با چرخ رنگ یا با استفاده از اسپکتروفتومتر اندازه گیری می شود. برخی از برنامه ها از الکترود نیترات نیز استفاده می کنند که می تواند نیترات را از 0 تا 100 میلی گرم در لیتر اندازه گیری کند. تکنیک‌های رنگ‌سنجی جدیدتر ایمونواسی برای غربالگری نیترات نیز اکنون در دسترس هستند.

روش کاهش کادمیوم

روش احیای کادمیوم یک روش رنگ سنجی است که شامل تماس نیترات نمونه با ذرات کادمیوم برای تبدیل نیترات به نیتریت است. سپس نیتریت با یک معرف دیگر واکنش می دهد و رنگ قرمزی را تشکیل می دهد که شدت آن متناسب با مقدار اولیه نیترات است. سپس رنگ قرمز با مقایسه با یک چرخه رنگ که با افزایش رنگ بر حسب میلی گرم در لیتر افزایش می‌یابد، یا با اندازه‌گیری مقدار نور جذب شده توسط نمونه تیمار شده در 543 با استفاده از یک طیف‌سنج الکترونیکی – طول موج نانومتری اندازه‌گیری می‌شود. سپس مقادیر جذب با استفاده از منحنی استاندارد به غلظت‌های معادل نیترات تبدیل شد.

منحنی باید قبل از هر نمونه برداری توسط مشاور برنامه ایجاد شود. منحنی با ساخت مجموعه ای از غلظت های استاندارد نیترات ترسیم می شود که باعث واکنش آنها و تولید رنگ های مربوطه می شود و سپس مقادیر جذب برای هر غلظت در برابر غلظت رسم می شود. منحنی های استاندارد نیز می توانند برای چرخ رنگ ایجاد شوند.

چرخ رنگ فقط برای غلظت نیترات بیشتر از 1 میلی گرم در لیتر مناسب است. برای غلظت های کمتر از 1 میلی گرم در لیتر، باید از اسپکتروفتومتر استفاده کرد. تطبیق رنگ نمونه تیمار شده با غلظت کم با چرخ رنگ (یا مکعب) می تواند بسیار ذهنی باشد و ممکن است به نتایج متفاوتی منجر شود. با این حال، مقایسه‌کننده‌های رنگ می‌توانند به طور موثر برای شناسایی جایگاه‌های دارای نیترات بالا استفاده شوند.

این روش مستلزم آن است که نمونه در حال پردازش شفاف باشد. اگر نمونه کدر است باید از فیلتر 0.45 میکرونی فیلتر شود. حتما فیلتر را بدون نیترات تست کنید. اگر غلظت مس، آهن یا سایر فلزات از چند میلی گرم در لیتر بیشتر شود، واکنش با کادمیوم کند شده و زمان واکنش باید افزایش یابد.

معرف های مورد استفاده برای این روش معمولاً بسته به غلظت مورد انتظار نیترات در جریان در محدوده های مختلف از پیش بسته بندی می شوند. شما باید محدوده مناسب برای جریان تحت نظارت را تعیین کنید.

روش سنسور نیترات

یک سنسور نیترات (که با یک متر استفاده می شود) از نظر عملکرد مشابه یک سنج اکسیژن محلول است. این شامل یک کاوشگر با یک سنسور است که فعالیت نیترات را در آب اندازه گیری می کند. این فعالیت بر پتانسیل الکتریکی محلول در پروب تأثیر می گذارد. این تغییر سپس به متر منتقل می شود، که سیگنال الکتریکی را به مقیاس میلی ولت تبدیل می کند. سپس میلی ولت توسط یک منحنی استاندارد به میلی گرم در لیتر نیترات تبدیل می شود. دقت الکترود را می توان تحت تأثیر غلظت بالای یون های کلرید یا بی کربنات در آب نمونه قرار داد. نوسان مقادیر pH نیز می تواند بر قرائت سنج تأثیر بگذارد.

سنسور نیترات 02

الکترودها و مترهای نیترات در مقایسه با کیت های میدانی با استفاده از روش کاهش کادمیوم گران هستند. (با این حال، اگر به جای چرخ رنگ از اسپکتروفتومتر استفاده شود، هزینه آن قابل مقایسه است.) یک کابل بلند برای اتصال پروب به متر گنجانده شده است. اگر برنامه دارای یک PH متر است که قرائت را بر حسب میلی ولت نشان می دهد، می توان آن را با پروب نیترات استفاده کرد و نیازی به نیترات متر جداگانه ندارد. نتایج به طور مستقیم بر حسب میلی گرم در لیتر خوانده می شود.

در حالی که الکترودهای نیترات و اسپکتروفتومترها را می توان در میدان استفاده کرد، آنها دارای اشکالات خاصی هستند. آنها نسبت به مقایسه کننده های رنگی شکننده تر هستند و بنابراین احتمال آسیب دیدن آنها در میدان بیشتر است. آنها باید به دقت نگهداری شوند و باید قبل از اجرای هر نمونه، یا در صورت انجام چندین آزمایش، بین نمونه ها کالیبره شوند. این بدان معناست که نمونه ها به بهترین وجه در آزمایشگاه آزمایش می شوند. توجه داشته باشید که نمونه های آزمایش شده با الکترود نیترات باید در دمای اتاق باشند، در حالی که مقایسه کننده رنگ را می توان در میدان با نمونه ها در هر دمایی استفاده کرد.

نحوه جمع آوری و تجزیه و تحلیل نمونه ها

روش جمع‌آوری و آنالیز نمونه‌های نیترات معمولاً شامل وظایف زیر است.

وظیفه 1 ظرف نمونه را آماده کنید

اگر از کیسه های یکبار مصرف مهر و موم شده در کارخانه برای نمونه برداری استفاده شود، نیازی به آماده سازی نیست. ظروف نمونه استفاده مجدد (و تمام ظروف شیشه ای مورد استفاده در این روش) باید قبل از اولین اجرا و بعد از هر بار اجرای نمونه طبق روش های استاندارد تمیز شوند. به یاد داشته باشید که از دستکش لاتکس استفاده کنید.

وظیفه 2 برای سفر به محل نمونه برداری آماده شوید

اطلاعات دقیق در مورد تأیید تاریخ و زمان نمونه برداری، اقدامات احتیاطی ایمنی، بررسی منابع، و بررسی آب و هوا و جهت. علاوه بر تجهیزات نمونه برداری استاندارد و لباس، تجهیزات زیر برای آنالیز نیتروژن نیترات در میدان مورد نیاز خواهد بود.

مقایسه کننده رنگ یا طیف سنج میدانی با لوله های نمونه (برای خواندن میزان جذب نمونه ها)

بالش پودر معرف (معرف برای قرمز شدن آب)

آب دیونیزه یا مقطر برای شستشوی لوله نمونه بین استفاده

بطری ها را برای نگهداری آب شستشو بشویید

بطری زباله با درپوش ایمنی برای گلوله های کادمیوم استفاده شده، که باید به وضوح علامت گذاری شده و به آزمایشگاهی که در آن کادمیوم به درستی دفع می شود، بازگردانده شود.

ظرف اختلاط را در حجم نمونه (معمولاً 25 میلی لیتر) برای نگهداری و مخلوط کردن نمونه مشخص کنید

دستمال مرطوب تمیز و بدون پرز برای تمیز کردن و خشک کردن لوله های نمونه

وظیفه 3 جمع آوری نمونه

برای اطلاعات بیشتر در مورد جمع آوری نمونه با استفاده از بطری ها یا کیسه های درپوش پیچ

وظیفه 4 تجزیه و تحلیل میدانی نمونه ها

روش احیای کادمیوم با اسپکتروفتومتر

در زیر روش های کلی برای آنالیز نمونه ها با استفاده از روش احیای کادمیوم با اسپکتروفتومتر آورده شده است. با این حال، اگر دستورالعمل‌های سازنده با مراحل ارائه‌شده در زیر متفاوت است، نباید جایگزین دستورالعمل‌های سازنده شوند.

اولین نمونه میدانی را داخل کووت کووت بریزید و آن را داخل کووت اسپکتروفتومتر قرار دهید.

شماره بطری را روی برگه آزمایشگاه ثبت کنید.

درپوش را روی کووت قرار دهید. میزان جذب یا غلظت این نمونه را بخوانید و در برگه اطلاعات میدانی ثبت کنید.

نمونه را دوباره در بطری زباله برای دفع در آزمایشگاه بریزید.

روش کاهش کادمیوم با استفاده از مقایسه کننده رنگ

برای تجزیه و تحلیل یک نمونه با استفاده از روش کاهش کادمیوم با مقایسه کننده رنگ، دستورالعمل های سازنده را دنبال کنید و غلظت را در برگه داده های میدانی ثبت کنید.

وظیفه 5 نمونه ها و برگه های داده های میدانی را برای تجزیه و تحلیل به آزمایشگاه برگردانید

نمونه هایی که برای تجزیه و تحلیل به آزمایشگاه فرستاده می شوند باید در عرض 48 ساعت پس از جمع آوری از نظر نیترات مورد آزمایش قرار گیرند. نمونه ها را در تاریکی و روی یخ یا در یخچال نگهداری کنید.

وظیفه 6 تعیین نتایج در آزمایشگاه ( جذب اسپکتروفتومتر یا الکترود نیترات )

تهیه غلظت استاندارد

روش اسپکتروفتومتر برای احیای کادمیوم

ابتدا محدوده ای را که در آن آزمایش خواهید کرد (کم، متوسط ​​یا زیاد) تعیین کنید. برای هر محدوده، باید حد پایین را تعیین کنید، که توسط حد تشخیص اسپکتروفتومتر تعیین می شود. انتهای بالای محدوده، نقطه پایان محدوده ای است که شما استفاده می کنید. از محلول استاندارد نیتروژن نیترات استفاده کنید که برای محدوده ای که در آن کار می کنید مناسب است. محلول 1-mg/L نیتروژن نیتروژن (NO3-N) برای آزمایش در محدوده کم (0 تا 1.0 میلی گرم در لیتر) مناسب است. محلول استاندارد 100 میلی گرم در لیتر برای تست های محدوده متوسط ​​تا بالا مناسب است. در مثال زیر، فرض کنید مجموعه ای از استانداردها در محدوده 0 تا 5.0 میلی گرم در لیتر در حال تهیه است.

مثال.

شش فلاسک حجمی 25 میلی لیتری (یک عدد برای هر استاندارد) تنظیم کنید. فلاسک ها را به صورت 0.0، 1.0، 2.0، 3.0، 4.0 و 5.0 برچسب گذاری کنید.

30 میلی لیتر از محلول استاندارد نیتروژن نیترات 25 میلی گرم در لیتر را در یک بشر 50 میلی لیتری بریزید.

برای انتقال حجم مناسب محلول استاندارد نیتروژن نیترات به هر فلاسک حجمی 25 میلی لیتری از یک پیپت حجمی 1، 2، 3، 4 و 5 میلی لیتری کلاس A استفاده کنید.

روش کاهش کادمیوم آنالیز غلظت استاندارد

برای تجزیه و تحلیل غلظت های استاندارد از روش زیر استفاده کنید.

بالش پودر معرف را به غلظت استاندارد نیتروژن نیترات اضافه کنید.

هر لوله را به مدت حداقل 3 دقیقه به شدت تکان دهید.

برای هر لوله، حداقل 10 دقیقه صبر کنید اما نه بیشتر از 20 دقیقه قبل از ادامه.

طبق دستورالعمل سازنده از غلظت استاندارد 0.0 استفاده کنید و اسپکتروفتومتر را صفر کنید. میزان جذب را به صورت "0" در ستون جذب برگه آزمایشگاهی ثبت کنید. کووت را 3 بار با آب مقطر بشویید.

میزان جذب را در غلظت استاندارد 1.0 میلی گرم در لیتر بخوانید و ثبت کنید.

کووت را 3 بار با آب مقطر یا دیونیزه بشویید. از تماس با قسمت پایین کووت خودداری کنید. با دستمال تمیز و بدون پرز پاک کنید. مطمئن شوید که قسمت پایین کووت تمیز و عاری از لکه یا قطرات آب باشد.

مراحل 3 و 4 را برای هر استاندارد تکرار کنید.

یک منحنی کالیبراسیون تهیه کرده و میزان جذب را به صورت زیر به mg/L تبدیل کنید.

(الف) یک محور عمودی (y) بسازید و آن را به عنوان "جذب" علامت گذاری کنید. این محور را با 1.0 افزایش از 0 تا ارتفاع مجاز روی کاغذ توری علامت بزنید. (ب) یک محور افقی (x) بسازید و روی آن برچسب "غلظت: میلی گرم در لیتر به عنوان نیتروژن نیترات" بزنید. این محور را با غلظت های استاندارد علامت گذاری کنید: 0.0، 1.0، 2.0، 3.0، 4.0 و 5.0.

جذب غلظت استاندارد را روی نمودار رسم کنید.

یک خط "بهترین مناسب" را از میان این نقاط بکشید. این خط باید هر نقطه را لمس کند (یا تقریباً لمس کند). در غیر این صورت، نتایج این روش نامعتبر است.

برای هر نمونه، میزان جذب را روی محور "y" قرار دهید، خط را به صورت افقی بخوانید و سپس به پایین بروید تا غلظت نیتروژن نیترات را بر حسب میلی گرم در لیتر بخوانید.

غلظت را روی کاربرگ آزمایشگاه در ستون مربوطه ثبت کنید.

برای الکترود اسید نیتریک

استانداردها با استفاده از 100 و 10 میلی گرم در لیتر به عنوان محلول استاندارد نیترات نیتروژن نیتروژن (NO3-N) تهیه شد. تمام ارجاع به غلظت ها و نتایج در این روش بر حسب میلی گرم در لیتر، یعنی NO3-N بیان می شود. هشت غلظت استاندارد تهیه خواهد شد.

از روند زیر استفاده کنید.

8 فلاسک حجمی 25 میلی لیتری (یک عدد برای هر استاندارد) تنظیم کنید. فلاسک ها را به صورت 100.0، 10.0، 1.0، 0.8، 0.4، 0.32، 0.2 و 0.12 برچسب گذاری کنید.

برای تهیه استاندارد 100.0 میلی گرم در لیتر، 25 میلی لیتر از محلول استاندارد 100 میلی گرم در لیتر نیترات را در فلاسک با برچسب 100.0 بریزید.

برای تهیه یک استاندارد 10.0 میلی گرم در لیتر، 25 میلی لیتر از استاندارد نیترات 10 میلی گرم در لیتر را در یک فلاسک با برچسب 10.0 بریزید.

برای تهیه یک استاندارد 1.0 میلی گرم در لیتر، 2.5 میلی لیتر محلول استاندارد نیترات 10 میلی گرم در لیتر با استفاده از یک پیپت 10 یا 5 میلی لیتری به فلاسک با برچسب 1.0 اضافه کنید. فلاسک را تا خط پر با 22.5 میلی لیتر آب مقطر دیونیزه پر کنید. پیپت را با آب دیونیزه بشویید.

برای تهیه استاندارد 0.8 میلی گرم در لیتر، با استفاده از پیپت 10 یا 5 میلی لیتری یا پیپت حجمی 2 میلی لیتری، 2 میلی لیتر از محلول استاندارد نیترات 10 میلی گرم در لیتر را به فلاسک با برچسب 0.8 اضافه کنید. فلاسک را تا خط پر با تقریباً 23 میلی لیتر آب مقطر دیونیزه پر کنید. پیپت را با آب دیونیزه بشویید.6. برای تهیه استاندارد 0.4 میلی گرم در لیتر، 1 میلی لیتر از محلول استاندارد نیترات 10 میلی گرم در لیتر را با استفاده از یک پیپت 10 یا 5 میلی لیتری یا یک پیپت حجمی 1 میلی لیتری به فلاسک با برچسب 0.4 اضافه کنید. فلاسک را تا خط پر با تقریباً 24 میلی لیتر آب مقطر دیونیزه پر کنید. پیپت را با آب دیونیزه بشویید.

برای تهیه استانداردهای 0.32-، 0.2- و 0.12-mg/L، یک حجم 25 میلی لیتری از محلول استاندارد 1.0 mg/L مطابق مرحله 4 تهیه کنید. به یک فنجان انتقال دهید. حجم های زیر را در فلاسک های حجمی با برچسب مناسب لوله کنید.

میلی لیتر نیترات نیتروژن استاندارد

راه حل ها محلول استاندارد

0.32 8

0.20 5

0.12 3 هر فلاسک را تا خط پر پر کنید. پیپت را با آب دیونیزه بشویید.

تجزیه و تحلیل غلظت استاندارد الکترود نیترات

برای تجزیه و تحلیل غلظت های استاندارد از روش زیر استفاده کنید.

غلظت های استاندارد (100.0، 10.0، 1.0، 0.8، 0.4، 0.32، 0.2، و 0.12) را در زیر «شماره بطری» در جدول آزمایشگاهی فهرست کنید.

منحنی کالیبراسیون را تهیه کرده و به صورت زیر به mg/L تبدیل کنید.

نمودار جذب یا قرائت mV برای استانداردهای 100، 10 و 1 میلی گرم در لیتر بر روی کاغذ مختصات نیمه لگاریتمی با محور لگاریتمی (x) برای غلظت و محور خطی (y) برای جذب یا میلی ولت (mV). برای منحنی الکترود نیترات، یک خط مستقیم با شیب 58 × 3 میلی ولت / دهه در 25 درجه سانتیگراد باید تولید شود. یعنی فاصله بین مقادیر اندازه گیری شده محلول های استاندارد 10 و 100 میلی گرم در لیتر نباید از mV 3 ± 58 تجاوز کند.

خوانش های جذب یا mV استانداردهای 1.0-، 0.8-، 0.4-، 0.32-، 0.2- و 0.12-mg/L را روی کاغذ مختصات نیمه لگاریتمی با غلظت روی محور لگاریتمی (x) و میلی ولت (mV) رسم کنید. ) روی محور خطی (y). برای الکترود نیترات، نتیجه در اینجا باید یک منحنی باشد، زیرا پاسخ الکترود در این غلظت‌های پایین خطی نیست.

برای الکترود نیترات، چندین بار در روز با بررسی قرائت های mV برای استانداردهای 10 میلی گرم در لیتر و 0.4 میلی گرم در لیتر و تنظیم کنترل کالیبراسیون روی متر، الکترود را چندین بار در روز کالیبره کنید تا زمانی که قرائت رسم شده روی منحنی کالیبراسیون دوباره نمایش داده شود. .

فروشگاه تجهیزات ازمایشگاهی روناکو ارائه دهنده انواع فتومتر های سنجش نیترات و سایر مواد معدنی موجو در مایعات می باشد. جهت مشاهده محصولات این فروشگاه در مدل ها و برند ها معتبر روز دنیا از وب سایت این فروشگاه دیدن فرمایید.