鋅鎘還原法測定海水中硝酸鹽的方法優化

蘇兆軍　劉鴻艷　張倩　李東濱

摘要：目前鋅鎘還原法被基層單位廣泛應用于海水中硝酸鹽的測定，是各海區主管部門對各監測單位的重點考核項目，但該方法還原率低，穩定性和精密度較差。為優化該國標法，從影響還原率的反應溫度、振蕩頻率、振蕩時間著手進行試驗。結果表明：在反應溫度25 ℃ 、振蕩頻率240 r/min 、振蕩時間12 min條件下，硝酸鹽還原率為（97.4±1.3）%，精密度為0.92%，準確度為2.36%，可以滿足海洋環境監測中硝酸鹽測定的要求。

關鍵詞：硝酸鹽;反應溫度;振蕩頻率;振蕩時間

中圖分類號：X834

硝酸鹽是海洋初級生產過程和食物鏈的基礎，是衡量水體富營養化程度的重要評價指標，準確監測海水中硝酸鹽含量對于海洋生態環境保護及生態災害預警具有重要意義。在海洋環境監測中，鋅鎘還原法（GB/T 12763.4—2007/11硝酸鹽測定 鋅鎘還原法，以下簡稱“國標法”）由于操作簡便快速，適于海上現場分析而在基層監測單位得到廣泛應用[1]。該方法操作簡單，反應速度較快，但存在硝酸鹽還原效率較低（70%～80%）、測定結果重復性較差等問題[2]。為確保監（檢）測數據的準確性，許多專家學者圍繞提高方法還原率對國標法進行了研究和改進：黎晨晨等[3]通過采用鋅粉和氯化鎘，在水浴振蕩的條件下還原硝酸鹽，取得了很好的效果;王金葉等[4]對基質鹽度、鹽分組成、鋅片面積、鋅卷形狀、容器器形、pH值等6個影響因素， 以及鹽分組成與pH值和鋅片面積與鋅卷形狀因素間的交互作用進行了研究，得到較高且穩定的還原率， 其精密度和回收率均較好;李賢良等[5]采用鋅鎘還原法—營養鹽自動分析儀結合的測定方案，研究0～1.5 mg/L硝氮濃度下海水樣品鋅鎘還原法硝酸鹽的還原率，證實溫度和振蕩速度是影響硝氮還原率的重要實驗條件;鄭瑞芝等[6]提出在鋅鎘法中添加含氨的氯化銨溶液，其還原率94.3% ，精密度20% ，比鋅鎘法還原率和精密度高，無鹽效應，又有鋅鎘法操作簡便之優點。筆者在國標法基礎上，通過考察反應溫度、振蕩頻率、振蕩時間對還原率的影響進行優化，以確保監（檢）測數據的準確性，為海洋生態環境監測及生態災害預警監測提供技術支撐。

1材料與方法

1.1儀器與藥品

1.1.1主要儀器數顯水浴恒溫振蕩器（振蕩頻率起動—300無級調速，控溫范圍為室溫～100 ℃，控溫精度≤±0.5 ℃）、紫外可見分光光度計（2 cm比色皿）、 天平（精度0.01 g）。

1.1.2主要藥品鋅卷（純度99.99%，厚度0.1 mm，裁成6.0 cm×5.0 cm的小片，卷成內徑約1.5 cm的鋅卷）、氯化鎘（AR）、對氨基苯磺酰胺（AR）、1-萘替乙二胺二鹽酸鹽（AR）、氯化鈉 （GR）、硫酸鎂 （GR）、碳酸氫鈉 （GB）、硝酸鹽標準溶液（100 mg/L）、亞硝酸鹽標準溶液（100 mg/L）、去離子水或等效純水。

1.2試驗方法

1.2.1反應溫度對還原率的影響用鹽度為35‰的人工海水（31.0 g氯化鈉、10.0 g硫酸鎂、0.5 g碳酸氫鈉溶于水中，稀釋至1 L，下同）[7]分別配制濃度為0.10 mg/L的硝酸鹽標準溶液和亞硝酸鹽標準溶液，在反應溫度為10、15、20、25、30 ℃，振蕩頻率240 r/min，振蕩時間12 min條件下，參照國標法對硝酸鹽標準溶液、亞硝酸鹽標準溶液、空白樣品分別取三份測定吸光值，計算還原率。

1.2.2振蕩頻率對還原率的影響在振蕩頻率為150、180、210、240、270 r/min，反應溫度25 ℃，振蕩時間12 min條件下，參照國標法對硝酸鹽標準溶液、亞硝酸鹽標準溶液、空白樣品分別取三份測定吸光值，計算還原率。

1.2.3振蕩時間對還原率的影響在振蕩時間為10、12、15、18、20 min，反應溫度25 ℃，振蕩頻率240 r/min條件下，參照國標法對硝酸鹽標準溶液、亞硝酸鹽標準溶液、空白樣品分別取三份測定吸光值，計算還原率。

1.2.4本方法與國標法工作曲線對比參照國標法中工作曲線的配制方法，配制濃度為0、004、0.08、0.12、0.16、0.20 mg/L 的標準系列，分別按照本方法與國標法進行還原反應，測定吸光度，并繪制吸光度—硝酸鹽濃度工作曲線。

1.2.5還原率配制濃度均為0.10 mg/L的硝酸鹽、亞硝酸鹽溶液，分別按照本優化方法和國標法各重復測定7次，計算還原率。

1.2.6精密度和準確度配制0.10 mg/L的硝酸鹽樣品，分別按照本方法和國標法重復測定7次，并按照各自工作曲線的線性回歸方程計算樣品濃度，準確度和精密度計算方法執行國標法，分別由相對誤差和相對標準偏差數值表示。

2結果與討論

2.1反應溫度對還原率的影響

以還原率為指標探求反應溫度對還原率的影響。如表1所示，隨著反應溫度的增加，還原率逐漸上升，當反應溫度達到25 ℃時，還原率達到最高，之后隨著溫度上升而有所下降，因此最佳反應溫度選擇25 ℃。

2.2振蕩頻率對還原率的影響

以還原率為指標探求振蕩頻率對還原率的影響。如表2所示，隨著振蕩頻率的增加，還原率逐漸上升，當振蕩頻率達到240 r/min時，還原率達到最高，之后隨著振蕩頻率上升有所下降，因此最佳振蕩頻率選擇240 r/min。

2.3振蕩時間對還原率的影響

以還原率為指標探求振蕩時間對還原率的影響。如表3所示，隨著振蕩時間的增加，還原率逐漸上升，當振蕩時間達到12 min時，還原率達到最高，之后隨著振蕩時間上升有所下降，因此最佳振蕩時間選擇12 min。

2.4本方法與國標法工作曲線對比

如圖1所示，按照優化后方法制作工作曲線，得線性回歸方程A=5.685 C+0.005 7，相關系數R=0.999 7，按照國標法制作工作曲線，得線性回歸方程A=4.843 6 C+0.016 5，相關系數R=0.999 2，式中A為吸光度，C為硝酸鹽的濃度（mg/L）。本方法斜率高于國標法，表明本方法還原效率優于國標法，且相關系數明顯優于國標法。

2.5還原率

按照國標法中還原率的測定方法對硝酸鹽、亞硝酸鹽吸光值進行處理，結果如表4所示。本優化方法還原率為（97.4±1.3）%，國標法還原率為（86.1±6.0）%，優化方法還原率顯著高于國標法。

2.6精密度和準確度

按照優化后方法與國標法分別測定濃度為0.10 mg/L的硝酸鹽樣品，結果如表5所示。優化后方法準確度為2.36%，精密度為0.92%;國標法準確度為3.22%，精密度為2.34%。優化后方法準確度和精密度能夠滿足海洋環境監測中硝酸鹽測定的要求。

3結論

目前海水中硝酸鹽含量測定的基本方法為鋅鎘還原法，該方法存在硝酸鹽還原效率較低（70%～80%）、測定結果重復性較差等問題。本試驗從反應溫度、振蕩頻率、振蕩時間等方面著手對國標法進行優化。結果表明：在反應溫度25 ℃、振蕩頻率240 r/min、振蕩時間12 min條件下，硝酸鹽還原率為（97.4±1.3）%，精確度為0.92%，準確度為2.36%，可以滿足海洋環境監測中硝酸鹽測定的要求。

參考文獻：

[1] 秦榜輝，吳康康.一種基于鋅鎘還原無鹽效應的水質硝酸鹽檢測方法：CN201910187583.6[P].2019-05-31.

[2] 王燕，王艷潔，趙仕蘭，等.海水中溶解態總氮測定方法比對及影響因素分析[J].海洋環境科學，2019，38（4）：644-648.

[3] 黎晨晨，李健，劉寧.鋅—鎘水浴振蕩還原硝酸鹽方法的研究[J].化學與黏合，2012，35（4）：35-76.

[4] 王金葉，李朝霞，毛玉澤.鋅-鎘還原法測定天然水中硝酸鹽的最優測定條件[J].大連海洋大學學報，2014，29（3）：256-259.

[5] 李賢良，許強，薛英樓，等.溫度與振蕩速度對鋅鎘還原法測定硝酸鹽還原率的影響[J].基因組學與應用生物學，2019，38（10）：4557-4563.

[6] 鄭瑞芝，陳嵐，王鍵，等.鋅鎘還原法測定海水硝酸鹽的改進[J].海洋科學進展，2011（29）：229-234.

[7] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.海洋調查規范：GB 12763.4-2007[S].北京：中國標準出版社，2007：19-21.

（收稿日期：2021-12-09;修回日期：2021-12-28）

作者簡介：蘇兆軍（1987.11-），男，本科，工程師，主要從事海洋生態預警和漁業環境監測工作。E-mail：szhj8720@163.com。DOI：10.3969/j.issn.1004-6755.2022.05.010