通过使用铜锌还原线圈的吸收光谱法测定氮化合物的分析精度及其环境影响

《Desalination and Water Treatment》：Analytical accuracy and environmental impact of nitrogen compound determination via absorption spectrophotometry using a copper–zinc reduction coil

氮化合物在环境水中的测定方法及环境影响评估。

　　本研究探讨了一种新的用于环境水体中氮化合物分析的方法，即使用铜-锌还原线圈的吸收分光光度法。该方法旨在解决传统分析方法中使用的镉所带来的环境和健康风险，同时保持较高的分析精度和效率。在环境管理中，氮化合物的检测对于实现可持续发展至关重要，因为这些物质在水体中的排放可能导致严重的水污染，如富营养化和酸化等。因此，许多国家对氮化合物的排放进行了严格管控，并通过国际标准组织的规范，如ISO、ASTM、EPA和JIS，制定了相应的分析方法。然而，这些方法通常面临金属盐和其他成分的干扰问题，尤其是在复杂基质的水样中，如海水或污水。

传统方法中，铜-镉还原吸收分光光度法因其抗干扰能力而被广泛采用。然而，由于镉是一种有毒元素，受到ELV、RoHS、Proposition 65和水污染防治法等法规的严格限制，因此减少其使用成为迫切需求。为此，研究者开发了多种镉替代方案，如使用锌、钒、肼、酶、Devarda合金以及铜-锌合金等作为还原剂。尽管这些替代方法在一定程度上降低了镉的使用，但它们在分析准确性、操作效率、分析时间和成本等方面仍存在挑战。

本研究提出的铜-锌还原线圈吸收分光光度法，利用了铜-锌合金的稳定还原性能，能够将硝酸盐和亚硝酸盐还原为氨，从而通过邻苯二胺-靛酚蓝显色法进行定量分析。该方法的优势在于其环境友好性，能够有效减少镉的使用，从而降低对环境的负面影响。此外，该方法还能够通过优化参数，如显色温度、显色时间、EDTA浓度、样品流速和线圈数量，实现较高的还原效率和测量稳定性。

实验结果显示，该方法在环境水样（包括海水、湖泊水和河水）的回收测试中表现出高回收率（>89%）和低变异系数（CV < 4%），证明了其在复杂水样中的适用性。通过与铜-锌还原连续流动分析法（CFA）进行对比，研究发现两者在测量结果上具有高度相关性（R2 > 0.997），表明该方法在性能上与传统方法相当。尽管在某些情况下，海水样品的测量值略高于CFA方法，但通过适当稀释可以有效缓解这一问题，使测量结果更加准确。

在环境影响评估方面，研究采用生命周期评估（LCA）方法，比较了两种方法的环境影响。结果表明，虽然铜-锌还原方法在重金属排放量上略高于铜-镉还原方法，但由于镉的环境影响系数远高于锌，因此整体环境影响显著降低。此外，该方法的主要环境影响来源是邻苯二胺，而镉的影响则更为严重。因此，通过减少邻苯二胺的使用量，可以进一步降低该方法的环境负担。

本研究还分析了不同方法在分析效率和检测限方面的表现。结果显示，铜-锌还原CFA方法在分析效率方面优于铜-锌还原吸收分光光度法，但铜-锌还原吸收分光光度法在检测限方面表现良好，能够满足国际和日本环境标准的要求。因此，该方法在环境水体分析中具有良好的适用性。

总体而言，铜-锌还原线圈吸收分光光度法在保持高分析性能的同时，有效降低了环境影响，为环境水体中氮化合物的检测提供了一种更加环保和可靠的替代方案。未来的研究可以进一步探索该方法在大气中氮化合物检测和现场分析中的应用，以拓展其适用范围并提高实际应用价值。