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，經重氮偶合反應后生成粉紅色偶氮染料，進行比色。同時，在河南農大迅捷測試技術有限公司原有方法的基礎上，進行了還原劑、顯色劑、顯色時間等的一系列優化試驗。結果表明，用鎘粉作還原劑，分別加入硝態氮掩蔽劑4滴、硝態氮助掩劑10滴、硝態氮還原劑6滴、硝態氮顯色劑9滴，沸水浴顯色5 min的試驗結果最好。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，且相關系數提高了0.014，解決了硝態氮測定過程中吸光度過低的問題。

關鍵詞 鋅粉；鎘粉；硝酸鹽；重氮偶合；速測

中圖分類號 S151.9 文獻標識碼 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

土壤硝態氮含量對優化作物產量和土壤肥力、減少氮素損失所引起的環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、使用經濟又簡便的田間硝態氮含量快速測定方法顯得尤為重要[1]。近年來，常用的硝態氮含量快速測定方法主要有光譜法、色譜法和電化學方法。其中，色譜法、電化學法具有準確度和精密度高、消耗低、效率高、通用性強等優點，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、有機物含量低的液體的測定，當有機物含量高時方法準確度差，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果穩定性強，但操作過程繁瑣，耗時較長，需要較多的化學試劑，無法滿足實時實地的檢測需求[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，經重氮偶合反應后生成粉紅色偶氮染料，進行比色定量。研究顯示，活潑金屬還原硝酸鹽后的產物為亞硝酸鹽和銨態氮[9-11]，筆者試圖通過測定還原后的銨態氮間接測定硝酸鹽含量，但因顯色體系、pH值及顯色后出現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，具有較強的實用性和可操作性[12]。本研究在此原理及河南農大迅捷測試技術有限公司原有的測定方法基礎上展開。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

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

1.1.2 試劑。土壤養分聯合浸提劑：將1包土壤養分聯合浸提劑溶于適量水中，溶解后完全轉移到500 mL容量瓶中，用蒸餾水定容，搖勻備用。土壤養分標準液：吸取土壤養分混合標準儲備液1 mL于100 mL容量瓶中，用土壤養分聯合浸提劑定容，搖勻備用。河南農大迅捷測試技術有限公司成品藥劑：硝態氮掩蔽劑、硝態氮助掩劑、硝態氮還原劑、硝態氮顯色劑（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 試驗方法

分別吸取土壤養分混合標準儲備液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，用土壤養分聯合浸提劑定容，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的系列硝酸鹽標準溶液。分別吸取各濃度的硝酸鹽標準溶液2 mL于13個小反應瓶中，浸提劑作空白，向小反應瓶中依次滴加硝態氮掩蔽劑4滴、硝態氮助掩劑10滴、硝態氮還原劑6滴、硝態氮顯色劑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土壤養分速測儀上測定。

2 結果與分析

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]。分別取硝態氮濃度為2.4 μg/mL的溶液2 mL于6個小反應瓶中，每種還原劑種類做2個平行。依次向小反應瓶中加入4滴硝態氮掩蔽劑、10滴硝態氮助掩劑、5滴還原劑1（或5滴還原劑2或5滴還原劑3）、10滴硝態氮顯色劑。沸水浴5 min后上機比色。

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，用鎘粉作為試驗的還原劑。

2.2 還原劑用量的優化

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

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的增加而增加，6滴以后逐漸趨于平衡，故將還原劑的滴數定為6滴。

2.3 顯色劑用量的優化

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

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

2.4 顯色時間的優化

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

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時吸光度的變化達到最大。

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

用上述優化的試驗方案，即加入硝態氮掩蔽劑4滴、硝態氮助掩劑10滴、硝態氮還原劑6滴、硝態氮顯色劑9滴，沸水浴顯色5 min，分別用鋅粉和鎘粉作還原劑，對系列標準溶液進行顯色。

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系數提高了0.014。

2.6 精密度

利用鎘粉還原硝態氮，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%，標準偏差為1.26%。

2.7 檢出限

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

3 結論

用鎘粉作還原劑，分別加入硝態氮掩蔽劑4滴、硝態氮助掩劑10滴、硝態氮還原劑6滴、硝態氮顯色劑9滴，沸水浴顯色5 min的試驗結果最好。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，且相關系數提高了0.014，解決了硝態氮測定過程中吸光度過低的問題。

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