反复烧开的自来水中亚硝酸盐.doc

反复烧开的自来水中亚硝酸盐
含量测定与分析

作者：北京市第十中学 张冉
辅导教师：朴海英 蒋一淼 吕鹤民

反复烧开的自来水中亚硝酸盐
含量测定与分析
作者：北京市第十中学 张冉
辅导教师： 朴海英 蒋一淼 吕鹤民
摘要：本文作者注意到这样一种说法：水反复烧开后水中的亚硝酸盐含量会增加。可未见其原委。物质不灭，水中的亚硝酸盐来自何方？在教师的指导下作者用重氮偶合分光光度法分别测定学校锅炉中3天内反复烧开的水和注入该锅炉的水，前者较比后者亚硝酸盐含量确实增加了许多；将水置于家中的铝锅中长时间烧开后，水中的亚硝酸盐含量也显著增加。但实验室模拟实验数据却显示：无论是将水反复烧开3次、5次，还是水连续烧开5分钟、10分钟、15分钟水中的亚硝酸盐含量不仅没有增加而是下降。据此，得出实验结论：水连续烧开和反复烧开都不会增加其亚硝酸盐含量，水中亚硝酸盐是否增加与烧开次数和烧开时间无关。但当水或烧水的容器被含氮物质污染，反复烧开或连续烧开会引发水中的亚硝酸盐数量增加。
关键词：水 反复 烧开 亚硝酸盐
1．前言：
常听人说：“水反复烧开水中的亚硝酸盐含量会增加”。物质不灭增加的亚硝酸盐是从那来的？这引起我极大的兴趣。可我查阅文献资料没有见到反复烧开水中的亚硝酸盐增加的原因，也没有发现有人做过实验验证：水反复烧开水中的亚硝酸盐含量会增加这样的说法是否正确。
我想我们的学校、机关、企事业单位多数是在使用电锅炉烧水；为了保持水温锅炉会时常开启将水烧开，我们喝的水多数是经历了反复烧开的水。如果水反复烧开的水中有亚硝酸盐会不断的增加，而且其含量会随着烧开时间和次数增加而增加的话，对我们身体健康是有危害的。为此，我认为有必要对“水反复烧开水中的亚硝酸盐含量会增加”的说法进行试验验证。
在老师的指导下我开始了本课题的研究。
2.研究目的：
2.1．验证“水反复烧开水中的亚硝酸盐含量会增加”的说法。
2.2．如果水反复烧开水中的亚硝酸盐含量确有增加，反复烧开的次数和连续烧开的时间与水中亚硝酸盐含量增加的关系。
3.研究的过程：
3.1．研究简述：
3.1.1．取学校锅炉中经3天反复烧开的水和将要注入锅炉的水；用普通铝锅分别持续烧开5分钟，10分钟，13分钟的自来水，用分光光度计分别测定其亚硝酸盐浓度。
3.1.2．模拟实验：分别用烧瓶、新的不锈钢壶和用过一段时间壶内已有碳酸钙沉积的不锈钢壶将水烧开1次、3次、5次和连续烧开5分钟、10分钟、15分钟，用分光光度计分别测定上述水样的亚硝酸盐浓度。
3.1.3．分析各组试验数据。
3.1.4.得出试验结论。
3.2．研究方法和实验原理：
3.2.1．测定方法：重氮偶合分光光度法
3.2.2．测定原理：在PH1.7以下，水中亚硝酸盐与氮基苯磺酰胺重氮化，再与盐酸N-(1萘)-乙二胺产生偶合反应。生成紫红色的偶氮染料。比色定量。
3.3．实验过程
3.3.1. 用北京普析通用仪器有限责任公司生产的T6新悦-可见分光光度计分别测定学校锅炉中经3天反复烧开的水和将要注入锅炉的水，用普通铝锅烧开持续时间5分钟，10分钟，13分钟的水中的亚硝酸盐浓度。
3.3.1.1．实验过程：
3.3.1.1.1水样本的采集：
第一组：自来水和在家用铝锅中不盖锅盖，连续烧开5分钟、10分钟和13分钟的水。
第二组：学校锅炉中经3天反复烧开的水和将要注入锅炉的水。
图1 使用分光光度计测量亚硝酸盐含量
3.3.1.1.2准备试剂
①氢氧化铝悬浮液
称取125g硫酸铝钾[KAl(SO4)2.12H2O]或硫酸铝铵[NH4Al(SO4)2.12H2O]溶于1000mL纯水中。加热至60℃，缓缓加入55mL氨水(ρ20=0.88g/mL)。使氢氧化铝沉淀完全。
充分搅拌后静置，弃取上清液。用纯水反复
洗涤沉淀，至倾出上清液中不含氯离子（用硝
酸银溶液试验）。然后加入300mL纯水成悬浮液，
试用前振摇均匀。
②对氨基苯磺酰胺溶液：（10g/L）
③盐酸N-(1萘)-乙二胺溶液（1.09g/L）
④亚硝酸盐氮标准储备液[ρ(NO2-_N)=50µg/mL]
称取0.2463g在玻璃干燥器内放置24h的亚
硝酸钠（NaNO2），溶于纯水中，并定容至1000mL。每升加2mL氯仿保存。
⑤亚硝酸盐氮标准使用液[ρ(NO2-_N)=0.1µg/mL]：
取10.00mL标准储备液于容量瓶中，用纯水定容至500mL。再从中吸取10mL，用纯水于容量瓶中定容至100mL。
3.3.1.1.3将水样用酸或碱调成中性，取50mL置于比色管中。
3.3.1.1.4另取50mL比色管配制标准浓度系列。
3.3.1.1.5计算标准浓度系列，水样中的亚硝酸盐标准浓度

计算公式：ρ（NO2——N）=m/V
式中：ρ（NO2——N）----水样中亚硝酸盐氢的质量浓度，mg/L
m----样品中亚硝酸盐氢的质量，mg
v----水样体积，mL
3.3.1.1.6向水样及标准系列中分别加入1mL对氨基苯磺酰胺溶液。摇匀后放置2-8min，加入1.0mL盐酸N-(1萘)-乙二胺溶液。立即混匀。
图3在安老师的指导下学习使用分光光度计
图2 向水样及标准系列中分别
加入1mL对氨基苯磺酰胺溶液

3.3.1.1.7于540nm波长下，用1 cm比色皿，以纯水作参比，在10min-2h内测定吸光度。

表—1 波长540nm 10min-2h内吸光度与亚硝酸盐浓度的关系
序号
标准使用液加入量（mg）
取样体积（ml）
标准浓度（mg/L）
吸光度
1
0
50
0
0.002
2
0.50
50
0.001
0.004
3
2.5
50
0.005
0.010
4
5
50
0.01
0.016
5
7.5
50
0.015
0.022
6
10
50
0.02
0.030
7
12.5
50
0.025
0.037
3.3.1.1．8于540nm波长下，用1 cm比色皿，以纯水作参比，在10min-2hr内测定水样的吸光度和亚得出相应的硝酸盐含量。

3.3.1.2实验数据（结果）：
表—2 注入水与连续烧开5分钟、10分钟、13分钟后水体积的变化：

烧开5分钟
烧开10分钟
烧开13分钟
注入水体积
500ml
500ml
500ml
烧开后水体积
236ml
180ml
43ml
烧开过程中水的蒸发量
264ml
320ml
457ml
水量减少%
52.8%
64%
91.4%

水样
吸光度
平均吸光度
亚硝酸盐浓度（mg/L）
平均亚硝酸盐浓度mg/L）
注入水
1
0.004
0.006
0.001
0.002
2
0.005
0.002
3
0.006
0.002
4
0.007
0.003
5
0.007
0.003
烧开5分钟
1
0.037
0.0375
0.025
0.025
2
0.038
0.025
烧开10分钟
1
0.061
0.0615
0.041
0.041
2
0.062
0.041
烧开13分钟
0.176
0.176
0.119
0.119
表—3 第一组水样检测数据

第一组水样测定试验数据显示：用家中的铝锅烧水，水中的亚硝酸盐含量随连续烧开时间的延长而增加，水中的亚硝酸盐含量与烧开时间成正相关。
水在烧开的过程当中水分蒸发很快，我们的试验是：连续烧开5，10，13分钟，水分别减少52.8%、64%和91.4%，而水中的亚硝酸盐含量是原来的12.5倍、20.5倍、59.5倍。说明家用铝锅烧开水亚硝酸盐浓度加大不仅仅是因为水的蒸发。

表—4 第二组水样测定数据：
水样
吸光度
平均吸光度
亚硝酸盐浓度（mg/L）
平均亚硝酸盐浓度（mg/L）
将要注入锅炉的水
1
0.004
0.005
0.001
0.002
2
0.005
0.002
3

0.006
0.002
4
0.006
0.002
5
0.005
0.002
6
0.006
0.002
7
0.004
0.001
8
0.005
0.002
9
0.007
0.003
10
0.005
0.001
锅炉中经3天反复烧开的水

1
0.018
0.023
0.012
0.0152
2
0.021
0.014
3
0.023
0.016
4
0.022
0.015
5
0.026
0.018
6
0.026
0.018
7
0.027
0.018
8
0.029
0.019
9
0.026
0.018
10
0.013
0.007

表—5 注入的水与在锅炉中3天反复烧开的水亚硝酸含量的显著性检验

n

S
t=2.72
|t|≥2.262 t0.05=2.262
P＜0.05 差异显著
注入锅炉的水
10
0．002
0.000632
经3天反复烧开的水
10
0.0152
0.003719

第二组试验数据显示：在锅炉中反复多次将水烧开会使水中的亚硝酸盐浓度升高。
3.3.2试验室模拟试验
3.3.2．1制备水样
分别用烧瓶、新不锈钢壶和带有“水碱”的不锈钢壶（旧不锈钢壶）烧水；烧开1次、3次*和5次，每组制备6个水样；连续烧开5分钟、10分钟和15分钟，每组制备3个水样个。
注：*水烧开后降至50℃再次烧开，如此反复。
3.3.2.2重复3.3.1.1.2——3.3.1.1.7准备试剂，对水样中亚硝酸盐含量进行测定
3.3.2.3模拟试验数据（结果）
表—6 第1次模拟试验数据（结果）
水样
吸光度
平均吸光度
亚硝酸盐浓度（mg/L）
平均亚硝酸盐浓度（mg/L）
新不锈钢壶烧开1次
1
0.002
0.002
0.0026
0.001
0.001

0.0013
2
0.002
0.001
3
0.002
0.001
旧不锈钢壶烧开1次
1
0.002
0.002
0.001
0.001
2
0.002
0.001
3
0.002
0.001
烧瓶烧开1次
1
0.004
0.004
0.002
0.002
2
0.004
0.002
3
0.004
0.002
新不锈钢壶烧开3次
1
0.006
0.006
0.005
0.003
0.003
0.0026
2
0.006
0.003
3
0.006
0.003
旧不锈钢壶烧开3次
1
0.003
0.003
0.002
0.002
2
0.003
0.002
3
0.003
0.002
玻璃烧瓶烧开3次
1
0.006
0.006
0.003
0.003
2
0.006
0.003
3
0.006
0.003
新不锈钢壶烧开5次
1
0.007
0.007
0.0047
0.003
0.003
0.0026
2
0.007
0.003
3
0.007
0.003
旧不锈钢壶烧开5次
1
0.003
0.003
0.002
0.002
2
0.003
0.002
3
0.003
0.002
玻璃烧瓶烧开5次
1
0.004
0.004
0.002
0.002
2
0.004
0.002
3
0.004
0.002

表—7 第2次模拟试验数据（结果）
水样
吸光度
平均吸光度
亚硝酸盐浓度（mg/L）
平均亚硝酸盐浓度（mg/L）
空白（烧开前）
1
0.002
0.002
0.001
0.001
2
0.002
0.001
3
0.002
0.001
新不锈钢壶烧开1次
1
0.006
0.006
0.0093
0.003
0.003
0.0043
2
0.006
0.003
3
0.006
0.003
旧不锈钢壶烧开1次
1
0.011
0.011
0.005
0.005
2
0.011
0.005
3
0.011
0.005
玻璃烧瓶烧开1次
1
0.011
0.011
0.005
0.005
2
0.011
0.005
3
0.011
0.005
新不锈钢壶烧开3次
1
0.005
0.005
0.0056
0.002
0.002
0.0026
2
0.005
0.002
3
0.005
0.002
旧不锈钢壶烧开3次
1
0.005
0.005
0.003
0.003
2
0.005
0.003
3
0.005
0.003
玻璃烧瓶烧开3次
1
0.007
0.007
0.003
0.003
2
0.007
0.003
3
0.007
0.003
新不锈钢壶烧开5次
1
0.004
0.004
0.004
0.002
0.002
0.0017
2
0.004
0.002
3
0.004
0.002
旧不锈钢壶烧开5次
1
0.005
0.005
0.002
0.002
2
0.005
0.002
3
0.005
0.002
玻璃烧瓶烧开5次
1
0.003
0.003
0.001
0.001
2
0.003
0.001
3
0.003
0.001

表—8 水烧开1次与烧开3次亚硝酸含量的显著性检验

n

S
t=0.476
|t|﹤2.11 t0.05=2.11
P﹥0.05 差异不显著
烧开1次
18
0.0028
0.001724
烧开3次
18
0.0026
0.000485
表—9 水烧开1次与烧开5次亚硝酸含量的显著性检验

n

S
t=0.935
|t|﹤2.11 t0.05=2.11
P﹥0.05 差异不显著
烧开1次
18
0.0028
0.001724
烧开5次
18
0.0022
0.000594

模拟试验数据显示：自来水烧开1次与反复烧开3次、5次，水中亚硝酸盐浓度没有显著的变化；其亚硝酸浓度的平均值：烧开1次0.0028 mg/L、烧开3次0.0026 mg/L、烧开5次0.0022 mg/L，显示水中亚硝酸盐含量随水烧开的次数增加而减少。

表—10 水连续烧开5分钟、10分钟和15分钟亚硝酸浓度的变化试验数据（结果）
水样
吸光度
平均吸光度
亚硝酸盐浓度mg/L
平均亚硝酸盐浓度mg/L
空白（烧开前）
1
0.002
0.002
0.001
0.001
2
0.002
0.001
3
0.002
0.001
新不锈钢壶烧开5分钟
1
0.001
0.001
0.0005
0.001
0.001
0.0005
2
0.001
0.001
3
0.001
0.001
烧瓶烧开5分钟
1
0
0
0
0
2
0
0
3
0
0
新不锈钢壶烧开10分钟
1
0.003
0.0037
0.00185
0.002
0.002
0.001
2
0.004
0.002
3
0.004
0.002
烧瓶烧开10分钟
1
0
0
0
0
2
0
0
3
0
0
新不锈钢壶烧开15分钟
1
0.001
0.001
0.0005
0
0
0
2
0.001
0
3
0.001
0
烧瓶烧开15分钟
1
0
0
0
0
2
0
0
3
0
0
水样
吸光度
平均吸光度
亚硝酸盐浓度mg/L
平均亚硝酸盐浓度mg/L
新不锈钢壶烧开5分钟
1
0.001
0.001
0.00157
0.001
0.001
0.001
2
0.001
0.001
3
0.001
0.001
铁不锈钢烧开10分钟
1
0．003
0.0037
0002
0.002
2
0.004
0.002
3
0.004
0.002
新不锈钢壶烧开15分钟
1
0.001
0
0
0
2
0.001
0
3
0.001
0
烧瓶烧开5分钟
1
0
0
0
0
0
0
2
0
0
3
0
0
烧瓶烧开10分钟
1
0
0
0
0
2
0
0
3
0
0
烧瓶烧开15分钟
1
0
0
0
0
2
0
0
3
0
0

表—11 水连续烧开5分钟与10分钟亚硝酸含量的显著性检验

n

S
t=1.0004
|t|﹤2.571 t0.05=2.571
P﹥0.05 差异不显著
烧开5分钟
6
0.0005
0.000548
烧开10分钟
6
0.001
0.001095

表—12 水连续烧开5分钟与15分钟亚硝酸浓度的显著性检验

n

S
t=2.235
|t|﹤2.571 t0.05=2.571
P﹥0.05 差异不显著
烧开5分钟
6
0.0005
0.000548
烧开10分钟
6
0
0

表—13新不锈钢壶烧水与烧瓶烧水亚硝酸含量的显著性检验

n

S
t=2.235
|t|﹤2.306 t0.05=2.306
P﹥0.05 差异不显著
不锈钢壶烧水
9
0.001
0.000866
烧瓶烧水
9
0
0

试验数据显示：1、水连续烧开5分钟、10分钟或15分钟均不会显著增加水中的亚硝酸盐浓度；水连续烧开15分钟，水中的亚硝酸盐消失。
2、使用不锈钢或玻璃（石英）材质的容器烧水对水中的亚硝酸盐浓度无明显的影响；相比之下使用玻璃（石英）材质的容器烧水较比不锈钢材质的容器更好一些。
3.4 试验现象分析
模拟试验显示的水反复多次烧开和连续烧开不会增加水中的亚硝酸盐含量符合物质不灭定律 ——“物质虽然能够变化，但不能消灭或凭空产生”。水连续烧开一段时间或反复烧开多次水中的亚硝酸盐浓度下降，可能是亚硝酸盐水解生成亚硝酸，亚硝酸性质不稳定受热分解。
3HNO2 H+ + NO3- +2NO + H2O
用家铝锅不盖锅盖，连续烧开5分钟、10分钟和13分钟后水中的亚硝酸盐增加不是水的问题，可能是锅的问题。家中的锅洗菜、烧饭有可能留下蛋白质、核酸、硝酸盐、铵盐等含氮物质在加热过程中发生变化。
学校锅炉中经3天反复烧开的水，亚硝酸盐显著增加的原因则可能是：锅炉在使用过程中要反复放水、注水的同时空气进、出锅炉，悬浮在空气中细菌和霉菌孢子等随即进入并落入水中；它们的蛋白质、核酸等含氮物质分解导致这一现象的发生（在做本项目前期试验论证时，我在“工作日”用色阶法测定过西城青少年科技馆锅炉内的水亚硝酸盐含量超过了色阶检测范围）。
4、试验结论：
自来水反复烧开多次或连续烧开10多分钟水中亚硝酸盐含量不仅不会增加，反而是下降。但是当烧水容器和水受含氮物质的污染的情况下，水的反复烧开和持续烧开则会导致水中的亚硝酸盐含量增加。
反复烧开多次或连续烧开10多分钟水中亚硝酸盐含量不仅不会增加，反而下降。但是当烧水容器和水受到含氮物质的污染，反复烧开或持续烧开则会导致水中的亚硝酸盐含量增加。
5、讨论
用玻璃烧瓶烧水与用不锈钢壶烧水，水中的亚硝酸盐含量差别随说不显著，但也有明显的差别；以玻璃烧瓶为容器烧水亚硝酸盐含量低于以不锈钢壶为容器烧水。原因是什么？
以铝锅做容器将水连续烧开水中的亚硝酸盐含量增加，是否不仅是容器受到含氮物的污染（因为时间原因我的试验缺一组：用新铝壶将水连续烧开，测定亚硝酸盐含量）？
用金属（不锈钢、铝等）做容器会影响亚硝酸盐的形成？有我们尚未了解的硝酸盐和亚硝酸盐形成的机制。
含氮物质在反复烧开和连续烧开的情况下，转化为亚硝酸盐的机理是什么？
6、建议：
1．家庭饮水要用专门的水壶烧水，自来水最好是随烧随灌，烧好的水不要长期存放。，2．各单位要经常清洁烧水锅炉。虽然，在我们检测的水样中亚硝酸盐浓度没有超过国家饮用水标准的水，但亚硝酸盐对人体必定是有害的。在饮用水中它的浓度还是越低越好。

致谢：
北京市丰台区丰源自来水厂领导为我的研究提供试验场地、设备和药品，安工程师在仪器使用和试验技术的具体指导。感谢我们西城青少年科技馆的刘克敏老师在项目论证上的指导；感谢我的指导教师朴海英老师、蒋一淼老师和吕鹤民老师在试验设计、论文撰写等方面给予我的支持、指导、帮助和鼓励。感谢在课题研究中给予我支持的所有的人。

参考文献：
1、T6-新悦可见分光光度计快速操作指南：北京市自来水集团丰源自来水有限公司
2、《生活饮用水卫生规范》2001年卫生部颁布
3、GB 5749-2006 生活饮用水卫生标准 中华会人民共和国卫生部 中国国家标准化管4理委员会发布2006年12月29日公布2007年1月1日实施
4、《无机化学》下册 北京师范大学 华中师范大学 南京师范大学无机化学教研室 高等教育出版社1986年2月第2版
5、《化学与社会》 唐有祺 王夔 高等教育出版社1997年7月第1版
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