硝酸鹽快速測定方法研究

張玉民　楊張青　張敏

摘要 為了快速測定硝酸鹽含量，本研究配制不同濃度的硝酸鹽溶液，分別采用鋅粉和鎘粉作為還原劑，將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，經(jīng)重氮偶合反應(yīng)后生成粉紅色偶氮染料，進(jìn)行比色。同時，在河南農(nóng)大迅捷測試技術(shù)有限公司原有方法的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了還原劑、顯色劑、顯色時間等的一系列優(yōu)化試驗(yàn)。結(jié)果表明，用鎘粉作還原劑，分別加入硝態(tài)氮掩蔽劑4滴、硝態(tài)氮助掩劑10滴、硝態(tài)氮還原劑6滴、硝態(tài)氮顯色劑9滴，沸水浴顯色5 min的試驗(yàn)結(jié)果最好。同用鋅粉作還原劑相比，用鎘粉作還原劑的吸光度平均提高了29.8倍，且相關(guān)系數(shù)提高了0.014，解決了硝態(tài)氮測定過程中吸光度過低的問題。

關(guān)鍵詞 鋅粉；鎘粉；硝酸鹽；重氮偶合；速測

中圖分類號 S151.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）16-0169-02

Study on Rapid Determination of Nitrate

ZHANG Yu-min 1 YANG Zhang-qing 1 ZHANG Min 2 SU Wei-bo 1 HU Bo 2

（1 Henan Nongda Xunjie Measurement and Testing technology Co.，Ltd.，Zhengzhou Henan 450002； 2 Zhengzhou Agricultural Product Quality Inspection and Circulation Center）

Abstract For the rapid determination of nitrate content，this study made up different concentrations of nitrate solution，zinc powder and cadmium powder were used as the reducing agent to reduce nitrate to nitrite，and colorimetric analysis of diazo coupling reaction was conducted after the formation of a pink azo dyes. At the same time，based on the original method of Henan Agricultural University Xunjie Test Technology Co.，Ltd.，a series of optimization experiments were selected，such as reducing agent，chromogenic agent，chromogenic time，etc. The results showed that the optimum condition was as follow：using cadmium powder as reducing agent，respectively adding 4 drops nitrate nitrogen masking agent，10 drops nitrate masking agent，6 drops nitrate reducing agent，9 drops nitrate reagent and then boiling water bath for 5 min.The correlation between absorbance and concentration by using cadmium powder as reducing agent was 0.014 higher than by using zinc powder as reducing agent，and the absorbance improved 29.8 times.This method can solve the problem caused by the low absorbance in the process of determination of nitrate nitrogen.

Key words zinc powder；cadmium powder；nitrate；diazo coupling；rapid determination

土壤硝態(tài)氮含量對優(yōu)化作物產(chǎn)量和土壤肥力、減少氮素?fù)p失所引起的環(huán)境污染和提高氮素利用率具有重大的意義。因此，了解土壤有效氮素含量、使用經(jīng)濟(jì)又簡便的田間硝態(tài)氮含量快速測定方法顯得尤為重要[1]。近年來，常用的硝態(tài)氮含量快速測定方法主要有光譜法、色譜法和電化學(xué)方法。其中，色譜法、電化學(xué)法具有準(zhǔn)確度和精密度高、消耗低、效率高、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但儀器價格昂貴，操作技能要求高[2-4]。光譜法主要有紫外分光光度法和吸光光度法。紫外分光光度法多用于硝酸鹽含量高、有機(jī)物含量低的液體的測定，當(dāng)有機(jī)物含量高時方法準(zhǔn)確度差，該方法所用的儀器紫外分光光度計及石英比色皿比較昂貴，且耗時、耗力、耗試劑[5-6]。吸光光度法目前廣泛采用的是酚二磺酸分光光度法和鹽酸萘乙二胺分光光度法[7]。酚二磺酸法的測定結(jié)果穩(wěn)定性強(qiáng)，但操作過程繁瑣，耗時較長，需要較多的化學(xué)試劑，無法滿足實(shí)時實(shí)地的檢測需求[8]。鹽酸萘乙二胺分光光度法的原理是將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，經(jīng)重氮偶合反應(yīng)后生成粉紅色偶氮染料，進(jìn)行比色定量。研究顯示，活潑金屬還原硝酸鹽后的產(chǎn)物為亞硝酸鹽和銨態(tài)氮[9-11]，筆者試圖通過測定還原后的銨態(tài)氮間接測定硝酸鹽含量，但因顯色體系、pH值及顯色后出現(xiàn)渾濁等原因宣告失敗。于是采用重氮偶合法測定硝酸鹽，該方法是一種成熟的檢測方法，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和可操作性[12]。本研究在此原理及河南農(nóng)大迅捷測試技術(shù)有限公司原有的測定方法基礎(chǔ)上展開。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 儀器。YN-2001土壤養(yǎng)分速測儀（河南農(nóng)大迅捷測試技術(shù)有限公司）、電陶爐（JH-018A）。

1.1.2 試劑。土壤養(yǎng)分聯(lián)合浸提劑：將1包土壤養(yǎng)分聯(lián)合浸提劑溶于適量水中，溶解后完全轉(zhuǎn)移到500 mL容量瓶中，用蒸餾水定容，搖勻備用。土壤養(yǎng)分標(biāo)準(zhǔn)液：吸取土壤養(yǎng)分混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液1 mL于100 mL容量瓶中，用土壤養(yǎng)分聯(lián)合浸提劑定容，搖勻備用。河南農(nóng)大迅捷測試技術(shù)有限公司成品藥劑：硝態(tài)氮掩蔽劑、硝態(tài)氮助掩劑、硝態(tài)氮還原劑、硝態(tài)氮顯色劑（滴瓶保存，成滴加入）。飽和硫酸鉀溶液：向一定體積蒸餾水中加入硫酸鉀，邊加邊攪拌，直至有硫酸鉀晶體析出即為硫酸鉀飽和溶液。

1.2 試驗(yàn)方法

分別吸取土壤養(yǎng)分混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液0.2、0.4、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0 mL于14個100 mL容量瓶中，用土壤養(yǎng)分聯(lián)合浸提劑定容，即為0.48、0.96、1.20、2.40、3.60、4.80、6.00、7.20、8.40、9.60、10.80、12.00、14.40 μg/mL的系列硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別吸取各濃度的硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液2 mL于13個小反應(yīng)瓶中，浸提劑作空白，向小反應(yīng)瓶中依次滴加硝態(tài)氮掩蔽劑4滴、硝態(tài)氮助掩劑10滴、硝態(tài)氮還原劑6滴、硝態(tài)氮顯色劑9滴（每加一種試劑都要搖勻，之后再加下一種試劑，下同），沸水浴顯色5 min，冷卻至室溫后在YN-2001土壤養(yǎng)分速測儀上測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 還原劑的選擇

配制多種還原劑，還原劑1為鋅粉，還原劑2為混合硝酸試粉還原顯色劑[13-14]，還原劑3為鎘粉[15]。分別取硝態(tài)氮濃度為2.4 μg/mL的溶液2 mL于6個小反應(yīng)瓶中，每種還原劑種類做2個平行。依次向小反應(yīng)瓶中加入4滴硝態(tài)氮掩蔽劑、10滴硝態(tài)氮助掩劑、5滴還原劑1（或5滴還原劑2或5滴還原劑3）、10滴硝態(tài)氮顯色劑。沸水浴5 min后上機(jī)比色。

由表1可知，加入還原劑3（即鎘粉）的顯色效果最好，吸光度最高。因此，用鎘粉作為試驗(yàn)的還原劑。

2.2 還原劑用量的優(yōu)化

分別吸取2.4 μg/mL硝態(tài)氮溶液2 mL于8個小反應(yīng)瓶中，以浸提劑為空白，依次向小反應(yīng)瓶中加入硝態(tài)氮掩蔽劑4滴，硝態(tài)氮助掩劑10滴，硝態(tài)氮還原劑1、2、3、4、5、6、7、8滴及硝態(tài)氮顯色劑10滴，沸水浴顯色5 min后上機(jī)比色。

由圖1可以看出，加入還原劑1～6滴時，吸光度隨著還原劑滴數(shù)的增加而增加，6滴以后逐漸趨于平衡，故將還原劑的滴數(shù)定為6滴。

2.3 顯色劑用量的優(yōu)化

分別吸取2.4 μg/mL硝態(tài)氮溶液2 mL于8個小反應(yīng)瓶中，以浸提劑為空白，依次向小反應(yīng)瓶中加入硝態(tài)氮掩蔽劑4滴、硝態(tài)氮助掩劑10滴、硝態(tài)氮還原劑3滴及硝態(tài)氮顯色劑1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11滴，顯色15 min后上機(jī)比色。

由圖2可以看出，隨著顯色劑滴數(shù)的增加，吸光度呈增加趨勢，顯色劑為9滴時吸光度達(dá)到最大，此后吸光度隨著顯色劑滴數(shù)的增加呈下降趨勢。因此，將顯色劑的滴數(shù)定為9滴。

2.4 顯色時間的優(yōu)化

分別吸取2.4、6.0 μg/mL硝態(tài)氮溶液2 mL于2個小反應(yīng)瓶中，分別依次加入硝態(tài)氮掩蔽劑4滴、硝態(tài)氮助掩劑10滴、硝態(tài)氮還原劑6滴、硝態(tài)氮顯色劑9滴，優(yōu)化顯色時間。

由圖3可以看出，顯色25 min之前，吸光度隨著顯色時間的延長而增加，25 min之后逐漸趨于平衡，顯色15 min時吸光度的變化達(dá)到最大。

為了縮短試驗(yàn)時間，采取沸水浴加熱的方法進(jìn)行顯色。分別吸取2.4、6.0 μg/mL硝態(tài)氮溶液2 mL于4個小反應(yīng)瓶中，分別依次加入硝態(tài)氮掩蔽劑4滴、硝態(tài)氮助掩劑10滴、硝態(tài)氮還原劑6滴、硝態(tài)氮顯色劑9滴，沸水浴顯色。

由圖4可以看出，沸水浴顯色5 min后，吸光度基本保持平衡。因此，采取沸水浴顯色5 min，可有效縮短顯色時間。

2.5 不同還原劑的對比

用上述優(yōu)化的試驗(yàn)方案，即加入硝態(tài)氮掩蔽劑4滴、硝態(tài)氮助掩劑10滴、硝態(tài)氮還原劑6滴、硝態(tài)氮顯色劑9滴，沸水浴顯色5 min，分別用鋅粉和鎘粉作還原劑，對系列標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行顯色。

由圖5可以看出，與用鋅粉作還原劑相比，用鎘粉作還原劑吸光度提高了30倍左右，并且吸光度與濃度的相關(guān)系數(shù)提高了0.014。

2.6 精密度

利用鎘粉還原硝態(tài)氮，檢測其精密度測定值為46.35～49.78 μg/mL，相對誤差為-3.44%～3.71%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.26%。

2.7 檢出限

用空白（浸提劑）和2.4 μg/mL硝態(tài)氮溶液測定方法的檢出限。分別吸取浸提劑和2.4 μg/mL硝態(tài)氮溶液2 mL于小反應(yīng)瓶中，每種溶液各6份。依次加入藥劑顯色后測定其吸光度。經(jīng)計算，該方法的檢出限為0.45 μg/mL。

3 結(jié)論

用鎘粉作還原劑，分別加入硝態(tài)氮掩蔽劑4滴、硝態(tài)氮助掩劑10滴、硝態(tài)氮還原劑6滴、硝態(tài)氮顯色劑9滴，沸水浴顯色5 min的試驗(yàn)結(jié)果最好。同用鋅粉作還原劑相比，用鎘粉作還原劑的吸光度平均提高了29.8倍，且相關(guān)系數(shù)提高了0.014，解決了硝態(tài)氮測定過程中吸光度過低的問題。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 胡云才.田間土壤硝態(tài)氮快速測定方法的研究與應(yīng)用前景[J].磷肥與復(fù)肥，2006，21（3）：7-10.

[2] 劉榮森，張澤根.蔬菜中硝酸鹽、亞硝酸鹽測定方法[J].河南農(nóng)業(yè)，2011（24）：49-50.

[3] 劉建坤，朱家平，鄭榮華.水中硝酸根測定方法研究進(jìn)展[J].工業(yè)水處理，2010，30（3）：13-15.

[4] 薛利紅，楊林章.蔬菜硝酸鹽檢測方法研究進(jìn)展[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007（4）：222-226.

[5] 趙慶武，張振春.水中硝酸鹽氮測定方法的研究[J].中國衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志，2010，20（12）：3181-3182.

[6] 李學(xué)德，吳曉東，余海蘭，等.蔬菜中硝酸鹽、亞硝酸鹽含量測定方法研究進(jìn)展[C]//食品安全的理論與實(shí)踐：安徽食品安全博士科技論壇論文集.合肥：安徽省科學(xué)技術(shù)協(xié)會學(xué)會部，2005.

[7] 姚運(yùn)先.環(huán)境監(jiān)測技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[8] 吳大付，任秀娟，李東方.蔬菜硝酸鹽含量測定方法研究[J].河南科技學(xué)院學(xué)報，2010，38（3）：36-38.

[9] 康海彥.納米鐵系金屬復(fù)合材料去除地下水中硝酸鹽污染的研究[D].天津：南開大學(xué)，2007.

[10] 葉舒帆，胡筱敏，和英滇，等.非貴金屬催化還原水中的硝酸鹽氮[J].環(huán)境化學(xué)，2011，30（10）：1711-1716.

[11] 周玲，李鐵龍，全化民，等.還原鐵粉去除地下水中硝酸鹽氮的研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2006，25（2）：368-372.

[12] 劉曉艷，白衛(wèi)東.食品中亞硝酸鹽的測定方法研究進(jìn)展[J].農(nóng)產(chǎn)品加工，2009（8）：54-57.

[13] 沙弘吾.硝態(tài)氮的測定：改良的硝酸試粉法[J].北京農(nóng)業(yè)科學(xué)，1988（4）：26-28.

[14] 李鴻鈞.土壤硝酸鹽測定方法的研究：變色酸試粉法[J].土壤通報，1981（2）：41-43.

[15] 于淑敏.鎘粉還原法測定海水中硝酸鹽氮[J].大連水產(chǎn)學(xué)院學(xué)報，1990，5（3）：44-48.