水中含氮污染物質於離子層析儀之檢測與分析

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1 水中含氮污染物質於離子層析儀之檢測與分析
永達技術學院生物科技系 製作者：孫志誠 日期 ： 98年10月16日

2 大綱 水中含氮無機物質 水中含氮物質之反應性 水中含氮陰陽離子之檢測 離子層析儀（IC）簡介 含氮污染物離子層析儀之檢測與分析 結論

3 水中含氮無機物質 無機態氮之氧化數可由-3至+5，存在於氣態以及液態溶液中，其形式及氧化數列示如下：
NH4+ N2 N2O NO NO NO3- (-3) (0) (+1) (+2) (+3) (+5) 在水溶液中仍以NH4+，NO2-以及NO3-為主。 毒性順序為NO2- >NH4+> NO3- 。

4 水中含氮無機物質-氮循環

5 水中含氮物質之反應性-氨氮（ NH4+ 及NH3 ）
氨在水中易解離成銨離子，如下式所示： NH3 + H2O → NH4+ + OH- 氨氮在pH<8的水中，主要以離子態NH4+存在，分子態NH3含量僅約4-7% 。 NH3 之毒性較之NH4+高出甚多。 可氧化生成NO2-或NO3-。 還原生成 N2。

6 水中含氮物質之反應性-亞硝酸氮（NO2-）
氨氮氧化之中間產物，毒性強，水中生物容許量低。 NH4+NO2- NO3- 2NO2-+O2 →2NO (1) 2HNO2-+O2 →2HNO3→2H++ 2NO3-----(2)

7 水中含氮物質之反應性-硝酸氮（NO3-） 氨氮自然氧化之最終產物。毒性較低，水體容許量高。
水中硝酸鹽含量過高，容易引發膀胱癌〈Bladder Cancer〉及卵巢癌〈Ovary Cancer〉 水中硝酸根離子一遇到口水中的消化酵素，即轉變為亞硝胺 。 嬰兒藍嬰症之原兇。 人體每天吃進的硝酸鹽，蔬菜佔86% 。

8 水中含氮物質之反應性-硝酸氮（NO3-） （續）
一般民眾所喝的飲用水中硝酸鹽氮〈NO3- - N〉濃度控制在10mg/L〈相當於硝酸鹽濃度44.3 mg/L〉，若飲用水中硝酸鹽濃度高過此值，就必須加以去除。

9 我國飲用水及地下水中NO3-及NO2-之相關法規限值
NO3-(mg/L as N) NO2-(mg/L as N) 地下水污染監測基準 第一類 5 ─ 第二類 25 地下水污染管制基準 10 1 100 飲用水水質標準 0.1 飲用水水源水質標準 註：(1)第一類：飲用水水源水質保護區內之地下水。 (2)第二類：第一類以外的地下水。

10 水中含氮陰陽離子之檢測 傳統顯色法（UV-Vis） ： 離子層析儀分析（IC） ：
NH4+ : Nessler(納式)試劑，K2HgI4之氫氧 化鈉溶液，形成黃褐色膠體， λ=425 nm分析。 NO2-：磺胺與NO2-形成偶氮化物，再與N-(1-Naphthyl)-Ethylenediamine Dihydrochloride）偶合，形成紫紅色偶氮化物， λ=543 nm分析。 NO3-： NO3-在95C之硫酸溶液中與馬錢子鹼生成黃色複合體， λ=410 nm分析。 離子層析儀分析（IC） ：

11 離子層析儀（IC）簡介 IC 簡介與原理 分析原理 IC 基本架構與功能

12 IC 簡介:分析原理-色層分析（ Chromatography）
氣相色層分析（ Gas Chromatography，GC） 液相色層分析（Liquid Chromatography，LC） 高效能液相色層分析，(High Performance Liquid Chromatography, HPLC) 離子層析，(Ion Chromatography, IC) 薄層色層分析（Thin-Layer Chromatography, TLC）

13 IC 簡介:分析原理-離子層析Ion hromatography
利用層析技術分析陰陽離子成份。 何謂陰陽離子：物質溶解於溶液中並帶＋及-電荷。

14 IC 簡介:陰離子IC量測範例 ↓ ↓ F- NO2- Cl- SO42- NO3- Br- HPO42- 8 mS 2 4 6 8 10
2 4 6 8 10 12 14 16 Retention time(min)

15 IC 簡介:陽離子IC量測範例  4 Na+ NH4+ K+ Mg2+ Ca2+ 3 µS 2 1 2 4 6 8 10 12 14
2 4 6 8 10 12 14 Retention time (min)

16 IC 簡介: IC量測特色 可經過稀釋或萃取分析各類濃度樣品 偵測範圍大 承受高濃度樣品 (利用稀釋方法) 檢測低濃度樣品 (利用濃縮方法)
檢測低濃度樣品　(利用濃縮方法) 可達 Sub-PPb 偵測範圍大

17 IC 簡介:多種氧化數成分分析（NO2- & NO3-, SO32-&SO42- 等）
8 ↓ F- NO3- SO42- Cl- NO2- Br- HPO42- ↓ mS 2 4 6 8 10 12 14 16 Retention time(min)

18 IC 簡介:不同價數離子之分離分析（Fe3+&Fe2+,Cr3+&Cr6+ 等.）
0.0 AU 0.2 Fe3+ Mn2+ Co2+ Cu2+ Zn2+ Ni2+ Cd2+ Fe2+ 2 4 6 8 10 12 14 Retention time (min)

19 IC 簡介: IC 基本架構

20 IC 簡介: IC儀器構造主要部分 樣品注射部分：注射回路方法 樣品分離部分：離子交換分離 偵測部分：導電度偵測

21 IC 簡介: IC分析操作基本流程圖 分離（Separation） 偵測（Detection） 紀錄（Recording） Eluent
Column Detection cell F- NO3- SO42- Cl- NO2- Br- HPO42- Sample injection valve Suppressor Pump Detector 打入 （Pumping） 注射Injection 分離（Separation） 偵測（Detection） 紀錄（Recording）

22 IC 簡介: IC儀器構造-樣品注射部分 （注射回路方法） 樣品進入 開始分析 注射閥 流洗液 流洗液 廢液 廢液 樣品 樣品 至分離部分
樣品回路

23 IC 簡介: IC儀器構造-樣品分離部分（離子層析樣品分離之示意圖）
緩慢流出 中等速度流出 快速流出 流洗液 暫時狀態

24 IC 簡介: IC儀器構造-樣品分離部分 （離子交換分離機構）
ＣＯ３２－ ＨＣＯ３－ ＳＯ４２－ ＣＯ３２－ ＨＣＯ３－ ＣＯ３２－ ＨＣＯ３－ ＋ ＨＣＯ３－ ＣＯ３２－ ＨＣＯ３－ ＋ ＨＣＯ３－ ＳＯ４２－ ＣＯ３２－ Ｃｌ－ ＋ Temporal course ＣＯ３２－ ＳＯ４２－ ＣＯ３２－ ＨＣＯ３－ ＣＯ３２－ Ｃｌ－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ Ｃｌ－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ ＣＯ３２－ ＣＯ３２－ ＳＯ４２－ ＣＯ３２－ ＨＣＯ３－ Ｃｌ－ ＋ ＣＯ３２－ ＳＯ４２－ ＣＯ３２－ ＨＣＯ３－ ＋ ＣＯ３２－ ＣＯ３２－ ＳＯ４２－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ ＨＣＯ３－ Ｃｌ－

25 IC 簡介: IC儀器構造-偵測部分（抑制器（Suppressor）之角色）
Back Ground： Na2CO3 / NaHCO3 (700μS) NaF,NaCl,NaNO3 Na2HPO4,Na2SO4 ～ Retention time Conductivity NaF NaCl NaNO3 Na2HPO4 Na2SO4 Back Ground： Na2CO3 / NaHCO3 (700μS) ～ Retention time Conductivity Waste HF HCl HNO3 H3PO4 H2SO4 Retention time Back Ground： H2CO3 (15μS) Conductivity

26 IC 簡介: IC儀器構造-偵測部分（抑制器（Suppressor））
連接在導電度偵測器之前 增加分析物的導電度 增加敏感度（ sensitivity） Na+,　Cl-　　　　　　H+,　Cl- 降低流洗液(Eluent)的導電度 : 減少雜訊 （ noise） Na+,　HCO3-　　　　　　H2CO3 Na+,　OH-　　　　　H2O

27 離子層析儀（IC）分離及分析nitrite及nitrate之標準圖譜
含氮污染物離子層析儀之檢測與分析 離子層析儀（IC）分離及分析nitrite及nitrate之標準圖譜

28 含氮污染物離子層析儀之檢測與分析 硝酸根離子(NO3-)IC分析檢量線

29 結論: IC之分析可不受試樣中其他離子之干擾，為一可信度極高之分析方法，分離之技術在於分離管柱之選擇，以及流洗液之配製。

30 感謝聆聽，敬請指教。