معرفی کامل انواع روش تشخیص و اندازه گیری نیترات در آب

اندازه گیری نیترات در آب

نیترات یکی از آنیون های معدنی است و فرمول آن No-3 است. این عنصر در اثر اکسیداسیون عنصر نیتروژن به وجود می آید. نیترات یکی از عناصر ضروری برای سنتز پروتئین در گیاهان است و از آنجا که در اثر یک فرآیند طبیعی تولید می شود، در تمام طبیعت یافت می شود.

نیترات ماده‌ای است که آب‌های زیرزمینی و سطحی را به طور گسترده‌ای آلوده می‌کند. تجمع نیترات در محیط می‌تواند ناشی از هرزآب‌‌های کشاورزی که به علت مصرف بیش از حد کودهای نیتراتی حاوی این ماده هستند، که به طور منتشر آب را آلوده می‌کنند یا آلودگی‌های نقطه‌ای از فاضلاب‌های انسانی به درستی دفع و فراوری نشده است.

علاوه بر این پسماندهای حاوی نیترات در بسیاری از فرآیندهای صنعتی مانند کاغذسازی و مهمات‌سازی تولید می‌شوند. سوزاندن سوخت‌های فسیلی مانند نفت و گار در نیروگاه‌ها و ماشین‌ها و همه موتورهای با احتراق درون‌سوز به ایجاد اسید نیتریک و آمونیاک می‌انجامد که هوا را آلوده می‌کند. این مواد ممکن است به صورت باران‌های اسیدی به زمین بازگردند و باعث آلودگی سطح زمین هم بشوند.

اندازه گیری نیترات در آب آشامیدنی شایع‌ترین آزمایشی است که افراد،آزمایشگاه‌های تجاری و آزمایشگاه‌های ناظر دولتی مثلا در  ادارات بهداشت انجام می‌دهند، چرا که آلودگی با نیترات یکی خطر بهداشتی عمده‌ای برای انسان‌‌ها و حیوانات به حساب می‌‌آید.

اهمیت اندازه گیری نیترات در آب

فاضلاب های شهری، صنعتی، مواد دفعی حیوانی وگیاهی در شهرهای بزرگ که دارای نیتروژن آلی هستند به خاک دفع می شوند. دراثر فعالیت میکروارگانیزم های خاک نیتروژن آلی به یون آمونیوم {NH} تبدیل شده که به این پدیده Ammonifcationگفته می شود. خاک توانائی نگهداری این ترکیب رادر خود دارد اما به مرور طی پدیده دیگری به نام Nitrificationبخشی از یون آمونیوم ابتدا به نیتریت{No} وسپس به نیترات تبدیل می شود لایه سطحی خاک قادر به حفظ و نگهداری این دو ترکیب نبوده و در نتیجه نیتریت و نیترات به آبهای زیر زمینی راه می یابند.

از آن جائی که نیترات در آب به صورت محلول وجود دارد روش های معمول تصفیه آب قادر به حذف آن نیستند از این‌ رو نیاز به آن دسته از روش های تصفیه پیشرفته می باشد که قادر به کاهش آلاینده های محلول هستند. از سوی دیگر چرخه نیترات سازی در شهرهایی که دفع نادرست فاضلاب از طریق چاه های جذبی انجام می شود همچنان ادامه دارد و مشکل تولید پیوسته نیترات و انتشارآن به آب های زیرزمینی راسبب می گردد.

تاثیر نیترات بر سلامتی انسان

نیتریت حاصل از احیای نیترات معدنی وآلی پس از ورود به سیستم گردش خون آهن همو گلوبین را اکسید نموده و از ظرفیت II به ظرفیت III تبدیل می نماید که در نتیجه هموگلوبین به متهموگلوبین تبدیل ظرفیت اکسیژن رسانی بسیارکمتری از هموگلوبین دارد و در نتیجه به بافت ها اکسیژن کافی نمی رسد بعداز مدتی رنگ پوست (در نا حیه دور چشم ودهان ) به تیرگی میگراید وازاین رو به آن سندرم BIueBaby می گویند.

این عارضه اولین نشانه مسمومیت با نیترات است ونوزادان زیر شش ماه آسیب پذ یرترین گروه سنی دراین مورد هستند. زیرا نوزادان برخلاف بزرگسالان علا وه بر PHبالای معده وزیادی با کتری های طبیعی احیاء کننده نیترات فاقد آنزیم برگشت دهنده متهموگلوبین به هموگلوبین هستند. از دیگر علائم افزایش متهموگلوبین می توان به سردرد خواب آلودگی واشکال در تنفس اشاره نمود.
نیترات باعث سرطان می شود

احتمال این که نیترات معدنی ویا آلی به عنوان یک عامل سرطان‌زا عمل نمایند بستگی به احیای نیترات به نیترت و واکنش های بعدی نیترت با سایر مولکول ها به خصوص آمین های نوع دوم آمیدها وکاربا مات ها دارد که منجر به تشکیل ترکیبات nitroso-Nمی گردد.

مطالعات انجام شده در کلمبیا نشان داده که رابطه معنی داری بین شیوع سرطان معده وغلظت نیترات درآب آشامیدنی برداشت شده از چاه ها وجود دارد.

اما بررسی های اپید میولوژیکی در دیگر نقاط دنیا رابطه مطمئنی رادر این زمینه نشان نداده است در کشور آلمان تحقیقاتی برروی جمعیت در معرض نیترات بالا در آب آشامیدنی انجام گرفت که رابطه معنی داری بین غلظت نیترات وافزایش تومورهای سرطان مغز به دست نیامد. مطا لعات دیگر در دانشگاه نبراسکان نشان داد که رابطه معنی داری بین غلظت نیترات آب وافزایش شیوع یک نوع سرطان به میزان دوبرابر گردیده است.

با توجه به این که تعداد متغیرها دراین مطا لعات زیاد بوده است رابطه منطقی بین افزایش داده های موجود برای اظهار نظر قطعی کافی نیستند.اما ثابت شده است که ترکیبات N-nitroso در حیوانات آزمایشگاهی سرطان زا می باشند.

استاندارد نیترات در آب

با توجه به مطالعات به عمل آمده توسط سازمان بهداشت جهانی در مورد نیترات، این سازمان حداکثر مجاز ۵۰ میلیگرم درلیتر (برحسب نیترات)را اعلام نموده است.استاندارد ملی ایران نیز برای نیترات همین مقدار می باشدسازمان حفاظت محیط زیست ایالات متحده حداکثر مجاز نیترات را۱۰ میلی گرم در لیتر (برحسب نیتروژن ) قرار داده که معادل با /۸۲۴۴میلی گرم در لیتر برحسب نیترات است.

تاثیرات نیترات بر سلامتی انسان

ترکیبات نیترات به تنهایی برای بدن انسان مضرر نیست. نیترات تنها زمانی که به نیتریت تبدیل می شود برای بدن انسان مضر است. نیتریت جذب شده از طریق آب آشامیدنی با هموگلوبین(Hb) ترکیب شده و به متاهموگلوبامین(metHb) تبدیل شده و سبب اختلال در فرایند اکسیژن رسانی به بافتهای بدن می شود. واکنش نیتریت با هموگلوبین نیز می تواند به طور خاص برای کودکان زیر ۳ سال بسیار خطرناک باشد. زیرا این واکنش در سنین پایین نسبت به بزرگسالان بسیار بیشتر رخ می دهد. اختلال در اکسیژن رسانی به بافتهای بدن کودک بسیار خطرناک بوده و منجر به بیماری Blue baby در کودکان می شود.(البته این عارضه در صورت مصرف مقادیر بالای نیترات در کودکان به وجود می آید.) شایان ذکر است که رژیم غذایی غنی از ویتامین C اثرات مضر وجود نیترات در بدن را کاهش می دهد.

منابع رایج نیترات 

نیترات ها از طریق پساب کشاورزی، زباله های صنعتی، استفاده از کودها و علف کش ها و نشت مخازن سپتیک و ترکیدن سیستم های فاضلاب وارد آب می شوند. باکتری های طبیعی موجود در خاک نیز می توانند نیتروژن را به رسوبات در زمین متابولیزه کنند. آب باران نیز می تواند کود را از زمین های کشاورزی به نهرها و دریاچه ها منتقل می کند. زباله های حیوانی یکی دیگر از روش های رایج ورود نیترات به منابع آبی هستند. آبیاری محصول نیز می تواند نیتراتی که در اعماق خاک وجود دارد را به سفره های زیر زمینی وارد کند. با دفع طبیعی نیترات، افزایش غلظت آن می تواند در سیستم های آب زیر زمینی که برای آب چاه استفاده می شوند، ظاهر شود.
نیترات ها در بیش تر جوامع روستایی و کشاورزی وابسته به آب چاه یافت می شوند. از آن جا که مقررات روشنی از طرف EPA برای میزان نیترات در منابع آب شهری وجود دارد، یافتن مقادیر افزایشی سطح نیترات در آب شهری بسیار غیر معمول است. اما در بخش کشاورزی که کود، سموم دفع آفات و حیوانات زیادی هستند، یافتن مقادیر غیر مجاز نیترات در آب غیر معمول نیست. از آن جایی که بسیاری از جوامع روستایی برای تامین آب آشامیدنی خود به چاه متکی هستند، این امر مشکل ساز می باشد. در صورتی که چاه ها در سطح پایین دست زمین های کشاورزی حفر شوند، با احتمال بیش تری با افزایش سطح نیترات آلوده می شوند. 
علاوه بر این در مکان هایی که در مجاورت مناطق صنعتی می باشد نیز چاه ها به نیترات آلوده می شوند. نیترات ها معمولا به عنوان عامل اکسید کننده در تولید سرامیک، برای حذف حباب های هوا از شیشه و به عنوان عامل سخت کننده فلزات استفاده می شود. 

چطور می توان نیترات آب آشامیدنی را کاهش داد

یکی از بهترین روش ها برای حذف سموم محلول در آب ، خصوصا نیترات، تصفیه آب با استفاده از فناوری فیلتر های اسمز معکوس است. این فیلترها در دستگاه های تصفیه آب خانگی استفاده شده است و درست در لحظه مصرف آب آشامیدنی را تا ۹۰ درصد تصفیه کرده و آبی گوارا و عاری از هرگونه آلاینده مضر را در اختیار خانواده و فرزندان شما قرار می دهد.

حذف کامل نیترات از آب آشامیدنی از الزامات سازمان بهداشت جهانی و هیچ یک از استانداردهای معتبر در دنیا نیست. بلکه هدف از فرایند تصفیه، کاهش غلظت نیترات به مقادیر پایینتر از استاندارد(به عنوان مثال ۴۵ میلیگرم بر لیتر) در آب آشامیدنی است. آب شیرین کن اسمز معکوس(RO)، الکترودیالیز (ED)، تبادل یونی (IX) و تکنولوژی های بیولوژیکی برای حذف نیترات از آب مناسب هستند. هر کدام از این تکنولوژی ها مزایا و معایب مختص به خود را دارند. انتخاب فناوری بهینه وابسته به کیفیت آب مورد نیاز، ظرفیت واحد تصفیه، اتوماسیون فرآیند یا دسترسی به مهارت های انسانی می باشد. جدول زیر بازده حذف نیترات در فرایندهای مختلف را نشان می دهد.

بازده حذف نیترات (%) فرایندهای حذف نیترات
۷۰-۹۵ حذف بیولوژیکی نیتروژن
۵۰-۹۰ برداشت جلبک
۸۰-۹۹ تبادل یونی
۳۰-۵۰ الکترودیالیز
۳۳-۹۰ کاهش شیمیایی
۵۰-۹۶ اسمز معکوس
۹۰-۹۸ تقطیر
۵-۱۵ روش های زمینی

معمولا حذف نیترات توسط فرآیند بیولوژیکی در واحدهای بزرگ حذف نیترات ترجیح داده می شود. در واحدهای بزرگ هزینه های مربوط به حذف ترکیبات نیترات در مقایسه با دیگر روشها کمتر است.

روش متداول اندازه گیری  یون نیترات در آب ، روش اسپکترو فتومتری فرابنفش می باشد که بدلیل محدودیت حد تشخیص و همچنین تاثیر پذیری روش توسط عوامل مداخله گر در تعدادی از اندازه گیری ها نیاز به بازنگری دارد.

روش و نحوه اندازه گیری نیترات در آب

تاکنون روشهای مختلفی برای اندازه گیری نیترات در آب معرفی شده است که با توجه به ماتریس نمونه و دامنه غلظت مد نظر میتوان یکی از آنها را برای آزمایش اندازه گیری نیترات  آب انتخاب کرد.

اندازه گیری نیترات آب به روش اسپکتروفتومتری

از این روش اندازه گیری نیترات در آب فقط برای شناسایی نیترات در نمونه های حاوی غلظت بسیار کم مواد آلی ، مثل آبهای طبیعی غیرآلوده و آبهای آشامیدنی می توان استفاده کرد.برای اندازه گیری نیترات اب به این روش جذب فرابنفش در طول موج 220 نانومتر اندازه گبری می شود . با توجه به اینکه مواد آلی نیز در این طول موج جذب دارند به منظور حذف تداخل مواد آلی لازم است. اندازه گیری دوم در 275 نانومتر برای اصلاح مقدار نیترات انجام می شود. چون نیترات در این طول موج جذب ندارد اما مواد آلی در 275 نانومتر نیز جذب دارند.

با توجه به اینکه مواد آلی و دیگر مواد محلول در نمونه نیز نور ماورائ بنفش را به شدت جذب می کنند در صورت وجود این گونه مواد در نمونه اندازه گیری نیترات با روش ذکر شده در بالا درصد خطای بالایی دارد. یکی از روش های حل این مشکل استفاده از مشتق دوم طیف بدست آمده است. با توجه به اینکه طیف نیترات متفاوت از طیف مواد آلی طبیعی است طیف نیترات جذب به صورت سریع از 230 تا 210افزایش پیدا می کند در حالیکه برای مواد آلی طبیعی جذب بصورت تدریجی افزایش پیدا می کند بنابراین محاسبه مشتق دوم طیف می تواند تا حد قابل توجهی اثر تداخلی مواد آلی طبیعی را حذف کند.

اندازه گیری نیترات به روش الکترود نیترات:

الکترود یون نیترات یک سنسور انتخابی است که بر اساس ایجاد پتانسیل بین دو طرف یک غشا نازک بی اثر که با مکانیسم تبادل یونی کار میکند ، نیترات را اندازه گیری می کند.

اندازه گیری نیترات به روش رنگ سنجی :

در این روش نیترات در حضور کادمیوم به نیتریت کاهش پیدا می کند سپس نیتریت با کمک sulfanilamide جفت شده با NED به فرم یک رنگ در می آیدو به روش رنگ سنجی اندازه گیری می شود . البته برای تصحیح میزان نیتریت اولیه باید اندازه گیری نیتریت قبل و بعد از کاهش با کادمیوم انجام شود.

اندازه گیری نیترات به روش یون کروماتوگرافی :

در این روش اندازه گیری نیترات آب نمونه آبی به یک دستگاه کروماتوگراف یونی متشکل از سیستم تزریق کننده ، ستون جدا کننده و دتکتور هدایت سنجی تزریق می شود . نمونه همراه با حلال شوینده از درون ستون تجزیه ای عبور می کند و در ستون آنیونها بر اساس تمایل آنها نسبت به ستون جداسازی می شوند و با دتکتور ( با اندازه گیری مداوم هدایت ) تعیین غلظت می شوند.

اندازه گیری نیترات به روش الکتروفورز موئین یونی :

در این روش ، نحوه اندازه گیری نیترات آب به گونه ای است که از یک محلول بافر الکترولیت که شامل نمکی با آنیون جاذب نور UV است به همراه جریان الکترواسمزی برای پرکردن یک لوله موئین از جنس سیلیکا با قطر 75 میکرون استفاده می شود .