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摘要 为了快速测定硝酸盐含量，本研究配制不同浓度的硝酸盐溶液，分别采用锌粉和镉粉作为还原剂，将硝酸盐还原为亚硝酸盐，经重氮偶合反应后生成粉红色偶氮染料，进行比色。同时，在河南农大迅捷测试技术有限公司原有方法的基础上，进行了还原剂、显色剂、显色时间等的一系列优化试验。结果表明，用镉粉作还原剂，分别加入硝态氮掩蔽剂4滴、硝态氮助掩剂10滴、硝态氮还原剂6滴、硝态氮显色剂9滴，沸水浴显色5 min的试验结果最好。同用锌粉作还原剂相比，用镉粉作还原剂的吸光度平均提高了29.8倍，且相关系数提高了0.014，解决了硝态氮测定过程中吸光度过低的问题。
关键词 锌粉；镉粉；硝酸盐；重氮偶合；速测
中图分类号 S151.9 文献标识码 A 文章编號 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
土壤硝态氮含量对优化作物产量和土壤肥力、减少氮素损失所引起的环境污染和提高氮素利用率具有重大的意义。因此，了解土壤有效氮素含量、使用经济又简便的田间硝态氮含量快速测定方法显得尤为重要[1]。近年来，常用的硝态氮含量快速测定方法主要有光谱法、色谱法和电化学方法。其中，色谱法、电化学法具有准确度和精密度高、消耗低、效率高、通用性强等优点，但仪器价格昂贵，操作技能要求高[2-4]。光谱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盐含量高、有机物含量低的液体的测定，当有机物含量高时方法准确度差，该方法所用的仪器紫外分光光度计及石英比色皿比较昂贵，且耗时、耗力、耗试剂[5-6]。吸光光度法目前广泛采用的是酚二磺酸分光光度法和盐酸萘乙二胺分光光度法[7]。酚二磺酸法的测定结果稳定性强，但操作过程繁琐，耗时较长，需要较多的化学试剂，无法满足实时实地的检测需求[8]。盐酸萘乙二胺分光光度法的原理是将硝酸盐还原为亚硝酸盐，经重氮偶合反应后生成粉红色偶氮染料，进行比色定量。研究显示，活泼金属还原硝酸盐后的产物为亚硝酸盐和铵态氮[9-11]，笔者试图通过测定还原后的铵态氮间接测定硝酸盐含量，但因显色体系、pH值及显色后出现浑浊等原因宣告失败。于是采用重氮偶合法测定硝酸盐，该方法是一种成熟的检测方法，具有较强的实用性和可操作性[12]。本研究在此原理及河南农大迅捷测试技术有限公司原有的测定方法基础上展开。 1 材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 仪器。YN-2001土壤养分速测仪（河南农大迅捷测试技术有限公司）、电陶炉（JH-018A）。
1.1.2 试剂。土壤养分联合浸提剂：将1包土壤养分联合浸提剂溶于适量水中，溶解后完全转移到500 mL容量瓶中，用蒸馏水定容，摇匀备用。土壤养分标准液：吸取土壤养分混合标准储备液1 mL于100 mL容量瓶中，用土壤养分联合浸提剂定容，摇匀备用。河南农大迅捷测试技术有限公司成品药剂：硝态氮掩蔽剂、硝态氮助掩剂、硝态氮还原剂、硝态氮显色剂（滴瓶保存，成滴加入）。饱和硫酸钾溶液：向一定体积蒸馏水中加入硫酸钾，边加边搅拌，直至有硫酸钾晶体析出即为硫酸钾饱和溶液。
1.2 试验方法
分别吸取土壤养分混合标准储备液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个100 mL容量瓶中，用土壤养分联合浸提劑定容，即为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的系列硝酸盐标准溶液。分别吸取各浓度的硝酸盐标准溶液2 mL于13个小反应瓶中，浸提剂作空白，向小反应瓶中依次滴加硝态氮掩蔽剂4滴、硝态氮助掩剂10滴、硝态氮还原剂6滴、硝态氮显色剂9滴（每加一种试剂都要摇匀，之后再加下一种试剂，下同），沸水浴显色5 min，冷却至室温后在YN-2001土壤养分速测仪上测定。
2 结果与分析
2.1 还原剂的选择
配制多种还原剂，还原剂1为锌粉，还原剂2为混合硝酸试粉还原显色剂[13-14]，还原剂3为镉粉[15]。分别取硝态氮浓度为2.4 μg/mL的溶液2 mL于6个小反应瓶中，每种还原剂种类做2个平行。依次向小反应瓶中加入4滴硝态氮掩蔽剂、10滴硝态氮助掩剂、5滴还原剂1（或5滴还原剂2或5滴还原剂3）、10滴硝态氮显色剂。沸水浴5 min后上机比色。
由表1可知，加入还原剂3（即镉粉）的显色效果最好，吸光度最高。因此，用镉粉作为试验的还原剂。
2.2 还原剂用量的优化
分别吸取2.4 μg/mL硝态氮溶液2 mL于8个小反应瓶中，以浸提剂为空白，依次向小反应瓶中加入硝态氮掩蔽剂4滴，硝态氮助掩剂10滴，硝态氮还原剂1、2、3、4、5、6、7、8滴及硝态氮显色剂10滴，沸水浴显色5 min后上机比色。
由图1可以看出，加入还原剂1～6滴时，吸光度随着还原剂滴数的增加而增加，6滴以后逐渐趋于平衡，故将还原剂的滴数定为6滴。
2.3 显色剂用量的优化
分别吸取2.4 μg/mL硝态氮溶液2 mL于8个小反应瓶中，以浸提剂为空白，依次向小反应瓶中加入硝态氮掩蔽剂4滴、硝态氮助掩剂10滴、硝态氮还原剂3滴及硝态氮显色剂1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11滴，显色15 min后上机比色。
由图2可以看出，随着显色剂滴数的增加，吸光度呈增加趋势，显色剂为9滴时吸光度达到最大，此后吸光度随着显色剂滴数的增加呈下降趋势。因此，将显色剂的滴数定为9滴。
2.4 显色时间的优化
分别吸取2.4、6.0 μg/mL硝态氮溶液2 mL于2个小反应瓶中，分别依次加入硝态氮掩蔽剂4滴、硝态氮助掩剂10滴、硝态氮还原剂6滴、硝态氮显色剂9滴，优化显色时间。
由图3可以看出，显色25 min之前，吸光度随着显色时间的延长而增加，25 min之后逐渐趋于平衡，显色15 min时吸光度的变化达到最大。
为了缩短试验时间，采取沸水浴加热的方法进行显色。分别吸取2.4、6.0 μg/mL硝态氮溶液2 mL于4个小反应瓶中，分别依次加入硝态氮掩蔽剂4滴、硝态氮助掩剂10滴、硝态氮还原剂6滴、硝态氮显色剂9滴，沸水浴显色。
由图4可以看出，沸水浴显色5 min后，吸光度基本保持平衡。因此，采取沸水浴显色5 min，可有效缩短显色时间。
2.5 不同还原剂的对比
用上述优化的试验方案，即加入硝态氮掩蔽剂4滴、硝态氮助掩剂10滴、硝态氮还原剂6滴、硝态氮显色剂9滴，沸水浴显色5 min，分别用锌粉和镉粉作还原剂，对系列标准溶液进行显色。
由图5可以看出，与用锌粉作还原剂相比，用镉粉作还原剂吸光度提高了30倍左右，并且吸光度与浓度的相关系数提高了0.014。
2.6 精密度
利用镉粉还原硝态氮，检测其精密度测定值为46.35～49.78 μg/mL，相对误差为-3.44%～3.71%，标准偏差为1.26%。
2.7 检出限
用空白（浸提剂）和2.4 μg/mL硝态氮溶液测定方法的检出限。分别吸取浸提剂和2.4 μg/mL硝态氮溶液2 mL于小反应瓶中，每种溶液各6份。依次加入药剂显色后测定其吸光度。经计算，该方法的检出限为0.45 μg/mL。
3 结论
用镉粉作还原剂，分别加入硝态氮掩蔽剂4滴、硝态氮助掩剂10滴、硝态氮还原剂6滴、硝态氮显色剂9滴，沸水浴显色5 min的试验结果最好。同用锌粉作还原剂相比，用镉粉作还原剂的吸光度平均提高了29.8倍，且相关系数提高了0.014，解决了硝态氮测定过程中吸光度过低的问题。
4 参考文献
[1] 胡云才.田间土壤硝态氮快速测定方法的研究与应用前景[J].磷肥与复肥，2006，21（3）：7-10.
[2] 刘荣森，张泽根.蔬菜中硝酸盐、亚硝酸盐测定方法[J].河南农业，2011（24）：49-50.
[3] 刘建坤，朱家平，郑荣华.水中硝酸根测定方法研究进展[J].工业水处理，2010，30（3）：13-15.
[4] 薛利红，杨林章.蔬菜硝酸盐检测方法研究进展[J].江苏农业科学，2007（4）：222-226.
[5] 赵庆武，张振春.水中硝酸盐氮测定方法的研究[J].中国卫生检验杂志，2010，20（12）：3181-3182.
[6] 李学德，吴晓东，余海兰，等.蔬菜中硝酸盐、亚硝酸盐含量测定方法研究进展[C]//食品安全的理论与实践：安徽食品安全博士科技论坛论文集.合肥：安徽省科学技术协会学会部，2005.
[7] 姚运先.环境监测技术[M].北京：化学工业出版社，2004.
[8] 吴大付，任秀娟，李东方.蔬菜硝酸盐含量测定方法研究[J].河南科技学院学报，2010，38（3）：36-38.
[9] 康海彦.纳米铁系金属复合材料去除地下水中硝酸盐污染的研究[D].天津：南开大学，2007.
[10] 叶舒帆，胡筱敏，和英滇，等.非贵金属催化还原水中的硝酸盐氮[J].环境化学，2011，30（10）：1711-1716.
[11] 周玲，李铁龙，全化民，等.还原铁粉去除地下水中硝酸盐氮的研究[J].农业环境科学学报，2006，25（2）：368-372.
[12] 刘晓艳，白卫东.食品中亚硝酸盐的测定方法研究进展[J].农产品加工，2009（8）：54-57.
[13] 沙弘吾.硝态氮的测定：改良的硝酸试粉法[J].北京农业科学，1988（4）：26-28.
[14] 李鸿钧.土壤硝酸盐测定方法的研究：变色酸试粉法[J].土壤通报，1981（2）：41-43.
[15] 于淑敏.镉粉还原法测定海水中硝酸盐氮[J].大连水产学院学报，1990，5（3）：44-48.
关键词 锌粉；镉粉；硝酸盐；重氮偶合；速测
中图分类号 S151.9 文献标识码 A 文章编號 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
土壤硝态氮含量对优化作物产量和土壤肥力、减少氮素损失所引起的环境污染和提高氮素利用率具有重大的意义。因此，了解土壤有效氮素含量、使用经济又简便的田间硝态氮含量快速测定方法显得尤为重要[1]。近年来，常用的硝态氮含量快速测定方法主要有光谱法、色谱法和电化学方法。其中，色谱法、电化学法具有准确度和精密度高、消耗低、效率高、通用性强等优点，但仪器价格昂贵，操作技能要求高[2-4]。光谱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盐含量高、有机物含量低的液体的测定，当有机物含量高时方法准确度差，该方法所用的仪器紫外分光光度计及石英比色皿比较昂贵，且耗时、耗力、耗试剂[5-6]。吸光光度法目前广泛采用的是酚二磺酸分光光度法和盐酸萘乙二胺分光光度法[7]。酚二磺酸法的测定结果稳定性强，但操作过程繁琐，耗时较长，需要较多的化学试剂，无法满足实时实地的检测需求[8]。盐酸萘乙二胺分光光度法的原理是将硝酸盐还原为亚硝酸盐，经重氮偶合反应后生成粉红色偶氮染料，进行比色定量。研究显示，活泼金属还原硝酸盐后的产物为亚硝酸盐和铵态氮[9-11]，笔者试图通过测定还原后的铵态氮间接测定硝酸盐含量，但因显色体系、pH值及显色后出现浑浊等原因宣告失败。于是采用重氮偶合法测定硝酸盐，该方法是一种成熟的检测方法，具有较强的实用性和可操作性[12]。本研究在此原理及河南农大迅捷测试技术有限公司原有的测定方法基础上展开。 1 材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 仪器。YN-2001土壤养分速测仪（河南农大迅捷测试技术有限公司）、电陶炉（JH-018A）。
1.1.2 试剂。土壤养分联合浸提剂：将1包土壤养分联合浸提剂溶于适量水中，溶解后完全转移到500 mL容量瓶中，用蒸馏水定容，摇匀备用。土壤养分标准液：吸取土壤养分混合标准储备液1 mL于100 mL容量瓶中，用土壤养分联合浸提剂定容，摇匀备用。河南农大迅捷测试技术有限公司成品药剂：硝态氮掩蔽剂、硝态氮助掩剂、硝态氮还原剂、硝态氮显色剂（滴瓶保存，成滴加入）。饱和硫酸钾溶液：向一定体积蒸馏水中加入硫酸钾，边加边搅拌，直至有硫酸钾晶体析出即为硫酸钾饱和溶液。
1.2 试验方法
分别吸取土壤养分混合标准储备液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个100 mL容量瓶中，用土壤养分联合浸提劑定容，即为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的系列硝酸盐标准溶液。分别吸取各浓度的硝酸盐标准溶液2 mL于13个小反应瓶中，浸提剂作空白，向小反应瓶中依次滴加硝态氮掩蔽剂4滴、硝态氮助掩剂10滴、硝态氮还原剂6滴、硝态氮显色剂9滴（每加一种试剂都要摇匀，之后再加下一种试剂，下同），沸水浴显色5 min，冷却至室温后在YN-2001土壤养分速测仪上测定。
2 结果与分析
2.1 还原剂的选择
配制多种还原剂，还原剂1为锌粉，还原剂2为混合硝酸试粉还原显色剂[13-14]，还原剂3为镉粉[15]。分别取硝态氮浓度为2.4 μg/mL的溶液2 mL于6个小反应瓶中，每种还原剂种类做2个平行。依次向小反应瓶中加入4滴硝态氮掩蔽剂、10滴硝态氮助掩剂、5滴还原剂1（或5滴还原剂2或5滴还原剂3）、10滴硝态氮显色剂。沸水浴5 min后上机比色。
由表1可知，加入还原剂3（即镉粉）的显色效果最好，吸光度最高。因此，用镉粉作为试验的还原剂。
2.2 还原剂用量的优化
分别吸取2.4 μg/mL硝态氮溶液2 mL于8个小反应瓶中，以浸提剂为空白，依次向小反应瓶中加入硝态氮掩蔽剂4滴，硝态氮助掩剂10滴，硝态氮还原剂1、2、3、4、5、6、7、8滴及硝态氮显色剂10滴，沸水浴显色5 min后上机比色。
由图1可以看出，加入还原剂1～6滴时，吸光度随着还原剂滴数的增加而增加，6滴以后逐渐趋于平衡，故将还原剂的滴数定为6滴。
2.3 显色剂用量的优化
分别吸取2.4 μg/mL硝态氮溶液2 mL于8个小反应瓶中，以浸提剂为空白，依次向小反应瓶中加入硝态氮掩蔽剂4滴、硝态氮助掩剂10滴、硝态氮还原剂3滴及硝态氮显色剂1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11滴，显色15 min后上机比色。
由图2可以看出，随着显色剂滴数的增加，吸光度呈增加趋势，显色剂为9滴时吸光度达到最大，此后吸光度随着显色剂滴数的增加呈下降趋势。因此，将显色剂的滴数定为9滴。
2.4 显色时间的优化
分别吸取2.4、6.0 μg/mL硝态氮溶液2 mL于2个小反应瓶中，分别依次加入硝态氮掩蔽剂4滴、硝态氮助掩剂10滴、硝态氮还原剂6滴、硝态氮显色剂9滴，优化显色时间。
由图3可以看出，显色25 min之前，吸光度随着显色时间的延长而增加，25 min之后逐渐趋于平衡，显色15 min时吸光度的变化达到最大。
为了缩短试验时间，采取沸水浴加热的方法进行显色。分别吸取2.4、6.0 μg/mL硝态氮溶液2 mL于4个小反应瓶中，分别依次加入硝态氮掩蔽剂4滴、硝态氮助掩剂10滴、硝态氮还原剂6滴、硝态氮显色剂9滴，沸水浴显色。
由图4可以看出，沸水浴显色5 min后，吸光度基本保持平衡。因此，采取沸水浴显色5 min，可有效缩短显色时间。
2.5 不同还原剂的对比
用上述优化的试验方案，即加入硝态氮掩蔽剂4滴、硝态氮助掩剂10滴、硝态氮还原剂6滴、硝态氮显色剂9滴，沸水浴显色5 min，分别用锌粉和镉粉作还原剂，对系列标准溶液进行显色。
由图5可以看出，与用锌粉作还原剂相比，用镉粉作还原剂吸光度提高了30倍左右，并且吸光度与浓度的相关系数提高了0.014。
2.6 精密度
利用镉粉还原硝态氮，检测其精密度测定值为46.35～49.78 μg/mL，相对误差为-3.44%～3.71%，标准偏差为1.26%。
2.7 检出限
用空白（浸提剂）和2.4 μg/mL硝态氮溶液测定方法的检出限。分别吸取浸提剂和2.4 μg/mL硝态氮溶液2 mL于小反应瓶中，每种溶液各6份。依次加入药剂显色后测定其吸光度。经计算，该方法的检出限为0.45 μg/mL。
3 结论
用镉粉作还原剂，分别加入硝态氮掩蔽剂4滴、硝态氮助掩剂10滴、硝态氮还原剂6滴、硝态氮显色剂9滴，沸水浴显色5 min的试验结果最好。同用锌粉作还原剂相比，用镉粉作还原剂的吸光度平均提高了29.8倍，且相关系数提高了0.014，解决了硝态氮测定过程中吸光度过低的问题。
4 参考文献
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[15] 于淑敏.镉粉还原法测定海水中硝酸盐氮[J].大连水产学院学报，1990，5（3）：44-48.