专利名称：通过光化学还原测定水中硝酸盐/亚硝酸盐浓度的方法
技术领域：
概括而言，本发明涉及水中硝酸盐和亚硝酸盐的检测方法，尤其是不使用镉，胼或其它有毒物质来定量地检测水中硝酸盐和亚硝酸盐的方法。
背景技术：
硝酸盐是肥料、爆炸物和一些引爆炸药副产物的主要成分，并可能进入采矿和农业行业的排放水域。硝酸盐促进缓慢流动的溪流、河流以及湖泊中的藻类以及其它植物的生长，造成浊度的增加和氧气的耗尽，最终破坏这些水道中的生命。饮用水中大量的硝酸盐对动物和人类是有害的，原因在于硝酸盐会被胃肠中的细菌转化为亚硝酸盐，而亚硝酸盐会代替氧与血红蛋白反应，从而导致呼吸衰竭。用于从溶液中去除硝酸盐的方法包括离子交换，反渗透和生物方法，这些方法成本高并且是非破坏性的，从而产生必须处理的废物。测量水中硝酸根离子浓度对于环境化学和海洋化学非常重要。土壤中硝酸盐水平也是重要的农业参数。由硝酸根离子还原产生的亚硝酸根离子可使用分光光度法检测。这一还原过程通过将样品溶液流经镀铜镉柱(copperized cadmium column)的方式实现；然而，流出液含有在排放前必须清除的镉和铜。PH值为约8. 5的氯化铵和乙二胺四乙酸二钠缓冲液用作样品溶液的载体溶液(carrier solution)。胼也在还原步骤中被使用。原始样品中的亚硝酸盐可通过去除镉柱测量。由硝酸盐至亚硝酸盐或氨的光解反应是已知的。通过将硝酸盐的还原停止在亚硝酸盐阶段，降低水体的PH，以及对水体中不稳定亚硝酸盐进行空气喷射的水体反硝化过程已被描述。在PH为10且含有腐殖酸(humic acid)或胼，并连续通入氩气以排除氧气的样品溶液中进行了硝酸盐的光还原，并使用离子色谱进行了分析。结果发现硝酸盐的还原程度未超过21%。已报道通过还原硝酸盐为氮气来降低水中硝酸盐含量的两步过程；其中使用氨基磺酸(sulfamic acid)将硝酸盐还原为氮气。分光光度法测量河流、内陆海和公海水体样品本中硝酸盐的方法已被研究，该方法通过将流经汞灯照射的石英螺旋管(coil)的PH为8的磷酸缓冲的载体溶液中的硝酸盐光引发还原至亚硝酸盐实现。其中硝酸盐的转化效率大约为50%。将添加有活化剂乙二胺四乙酸(EDTA)或二亚乙基三胺-N，N，N'，N"，N〃 -五乙酸(DTPA)的pH为7.0的磷酸缓冲的载液(carrier solution)中的样品流经汞灯照射的聚四氟乙烯(PTFE)管提高了光还原效率。发现还原效率可达70-84%，其中使用DTPA作为活化剂获得了更高的转化效率。总亚硝酸盐含量(还原所得亚硝酸盐和样品中原来存在的任何亚硝酸盐)可通过与对氨基苯磺酰胺重氮化，随后与N-(1-萘基)乙二胺二盐酸盐偶联测量，由此产生的水溶性偶氮染料具有品红色，可在^Onm下测量，即已知的Griess检测(Griess test)。
发明内容
因此，本发明的目的为提供水样品中存在的硝酸和亚硝酸离子的定量测定方法。本发明的另一目的为提供水样品中存在的硝酸和亚硝酸离子的定量测定方法，而不必使用危险材料。本发明其他的目标、优点和新颖特性将在随后的描述中分部分详细说明，并且对于本领域技术人员在阅读随后的描述时变得明显，或通过对本发明的实施而获知。本发明的目的和优势尤其可通过权利要求书中指明的设备和组合实现和达到。为了达到上述和其它的目标，依据本发明的宗旨，如本发明具体和广泛的描述，测量水样品中硝酸盐和亚硝酸盐浓度的方法在此包括将样品和含有选定量的氯化铵以及乙二胺四乙酸的水溶液混合，调整PH至选定值；定量光还原硝酸盐和亚硝酸盐为可检测物质；检测光还原步骤产生的含氮物质，从中确定硝酸盐和亚硝酸盐的浓度。依据本发明的目标和宗旨，本发明的另一方面中，测量水样品中硝酸盐和亚硝酸盐浓度的方法包括将样品和基本上由选定量的氯化铵以及乙二胺四乙酸构成的水溶液混合，调整PH至选定值；定量地光还原硝酸盐和亚硝酸盐为可检测物质；检测光还原步骤产生的可检测物质，从中确定硝酸盐和亚硝酸盐的浓度。本发明的优点和优势包括，但不仅限于，提供有效的方法定量确定水样品中硝酸盐和亚硝酸盐，其利用光还原将其转化为可检测物质，而无需使用有害物质，并具有约 100%的还原效率。
加入说明书中并作为说明书一部份的附图阐明了本发明的实施方式，并与说明书一起用来解释本发明的原理。在附图中图1为有效实施本发明方法实施方式的设备的示意图。图2为以伏特·秒(volt · second)计的峰面积作为水样品中以mg/L计的总氮浓度函数的图，所述峰面积由光解的硝酸盐或亚硝酸盐与对氨基苯磺酰胺重氮化，随后与 Ν-α-萘基)乙二胺二盐酸盐偶联后测得。
具体实施例方式简言之，本发明包括光化学还原法测定水中的硝酸盐和亚硝酸盐浓度的仪器和方法，不使用有毒物质如镉或胼、具有约100%的还原效率。通过UV辐射照射流动的样品，水样品中的硝酸盐和亚硝酸盐被定量地光转化为传统比色法可检测的氮物质。还原的程度通过使用缓冲液中乙二胺四乙酸(EDTA)调节，使得硝酸盐和亚硝酸盐向传统比色法可检测物质转化的效率接近100% (定量转化)，同时避免过度还原硝酸盐和亚硝酸盐至无法以同样方法检测的氧化态。在本发明的一个实施方式中，样品中NO3-和NO2-的测定通过具有至少两个通道的流动注射装置(FIA)完成。NO3-和NO2-(NOx)的总量在第一通道中分析，而Ν02_在第二通道进行分析。从NOx浓度中扣除NO2-浓度可确定NO3-的浓度。水样品与包含选定量的铵盐和 EDTA、具有选定pH值的缓冲载体系统混合，并流经在约2Mnm下工作的低压汞灯照射的聚四氟乙烯(PTra)管。约100%的光还原效率被观察到。所述PTFE管可缠绕于所述灯周围以增加灯输出的利用。可以利用石英管或器件(vessels)，也可以使用其他类型的紫外透明和不反应的管或器件。此后，所产生的可检测氮物质浓度可通过如下方法测量与对氨基苯磺酰胺作用重氮化，然后与N-(1-萘基)乙二胺二盐酸盐偶联，由此产生的水溶性偶氮染料具有分光光度计可在MOnm下测量的品红色，例如，从中可确定样品中硝酸盐的浓度。未光解的样品可使用该方式进行分析以确定原始样品中存在的亚硝酸盐的量。静态(非流动)样品也可根据本发明的实施方式进行分析。由于在上述化学反应中未使用毒性物质，废水溶液可弃置于一般的排水系统中。 根据本发明实施方式教导的no3_至NO2_的还原效率与使用硝酸还原酶的酶法的效率类似； 然而UV还原法的化学反应可在更短时间内完成，复杂度和成本更低。本发明所使用的术语“水”，可指雨水，地表水，饮用水，工业过程水，工业废水， 池水，污水(sewage)，污泥(sludge)，灰水(grey water)，温泉水，含水层水(aquifer water)，海水，自来水，灌溉用水，农业给水，冰川融水，处理后的水，未经处理的水，蒸汽或空气湿度，用于从土壤样品中提取硝酸盐的水溶液，和几乎所有其他含水样品，对于它们， 理想地是知晓其硝酸盐和/或亚硝酸盐的浓度可被测试。具体的测试流程在实施例中详细说明。以下详细地说明本发明的实施方式，其实例由附图阐明。如附图1，其中展示了流动注射装置10实施方式的示意，该流动注射装置可有效地实施本发明方法的实施方式。如上所述，本发明的方法也可用于静态(非流动)样品和试剂。由多种来源生成的水样品12， 被泵入二-态，六口进样阀14的口 6并在流经口 1和4后通过阀14的口 5离开为废液16。 载体流体，18，被泵入进样阀14的口 2，通过口 1，4，和3，流经可暴露于UV辐射的样品池20， 混合螺旋管(mixing coil)22，和分析池对，此后被排放为废液16。载体流体可以例如为 He气脱气的去离子水。混合螺旋管22，可具有例如70mm的长度。在实施例中详细描述的铵缓冲液26被泵入从口 3的流出液，进入T型混合管30中。当进行测量时，样品12流入位于口 1和4之间的管观，然后被载体流体18冲洗出管观通过口 3进入样品池20。样品 12中含有的硝酸盐类和亚硝酸盐类在UV源31的照射下在池20中被光还原为可检测物质。 将在实施例中详细描述的对氨基苯磺酰胺试剂，32，被加入至T型混合管34中的光解液，所得溶液在混合螺旋管22中混合，并在池M中分析。包括IOOcm长、0. 5mm内径管路的背压螺旋管(back pressure coil) 36被提供用于减少照射池20中气泡的形成。光还原水样品中硝酸盐和亚硝酸盐使用以下方法完成将与铵缓冲载体溶液混合的样品流经PTFE管(580cm的kus以及0. 8mm内径的PTFE管)，所述PTFE管安放于灯31附近，或螺旋缠绕于灯31上并使用铝箔支撑于灯上，所述灯可使用具有以254nm为中心谱分布和1. 8W输出的UshioG6T5 Low Pressure Germicidal Lamp。所述铝箔(图1中未示出) 也作为反射器增加照射的效率。通过使用紫外线光OMnm汞灭菌灯)光还原样品， 并利用铵缓冲液中EDTA和氯化铵的选定浓度，可调节还原效率为大约定量(90% -100% )。 显然地，任何能有效地光还原硝酸盐和亚硝酸盐为可检测物质的紫外照射源皆可使用。此外，如前所述，石英或其UV透明器件(vessels)可用于流动或静态样品的光还原步骤。
被还原的NOx物质(被还原的硝酸盐和亚硝酸盐)可通过与对氨基苯磺酰胺试剂重氮化检测，所述试剂包含盐酸，对氨基苯磺酰胺和N- (1-萘基)乙二胺二盐酸盐，具有低于2的pH值。所得水溶性染料具有品红色，在分析池M中于540nm下通过比色法或分光光度法分析并使用设备38分析和记录。如上提及到，未光解的样品使用Griess反应分析测定原样品中亚硝酸盐的量。其它亚硝酸盐检测方法也可使用，例如离子色谱。用于分析硝酸盐和亚硝酸盐的水样品可能含有不同的离子组分；因此氯化铵/ EDTA缓冲溶液的浓度及其pH需调整至适合这些组分以保证获得大约100 %的光还原效率。 需要指出，EDTA起到螯合样品中存在的二价阳离子的双重作用。作为说明性的目的，并非意图限定本发明方法的范围，下述实施例提供溶液的进一步的细节和它们的使用，所述溶液可有效地以约100%使样品硝酸盐和亚硝酸盐光还原为可检测物质。实施例实施例1用于分析一般水样的试剂去离子(Dl)水(10ΜΩ)用于所有溶液。为了防止分析中出现气泡，除标准溶液以外的所有溶液皆使用氦气脱气。Α. 15N氢氧化钠按体积，加150g NaOH至250ml或g的去离子水(Dl)；搅动至溶解；冷却；并储存于塑料瓶中。B.氯化铵缓冲液，pH 8. 0士0. 1 1.按体积，于IL容量瓶中将85. Og氯化铵(NH4Cl)和4. Og乙二胺四乙酸二钠盐二水合物(Na2EDTA · 2H20)溶解于约800mL的Dl水中；混合物稀释至1L，并混合；并将pH 值使用15N氢氧化钠溶液调节至8. 0 ；或2.按重量，于配衡容器(tared container)中，将85. Og氯化铵(NH4Cl)和4. Og 乙二胺四乙酸二钠盐二水合物(Na2EDTAdH2O)加入至938g的Dl水中；混合物摇晃或搅拌直至固体溶解；并将PH值使用15N氢氧化钠溶液调节至8. 0 士 0. 1。发现氯化铵偶尔会含有显著量的硝酸盐污染物。一个替代的制备方法包括a.按体积，于IL容量瓶中，105mL浓盐酸(HCl)，95mL氢氧化铵(NH4OH)，和4. Og EDTA 二钠盐溶解于500mL的Dl水；混合物稀释至1L，并翻转混合；并将pH值使用HCl或 15N NaOH溶液调节至8. 0 士 0. 1 ；或b.按重量，于配衡容器中，I^g浓盐酸(HCl)，85g氢氧化铵(NH4OH)，和4. Og EDTA 二钠盐溶解于800g的Dl水；并将pH值使用HCl或15NNa0H溶液调节至8. 0 士0. 1。C.对氨基苯磺酰胺显色剂 按体积约600mL的Dl水，IOOmL浓盐酸(37 % HCl)，10. Og对氨基苯磺酰胺 (C6H8N2O2S), ^P l.Og N-(l-萘基)乙二胺二盐酸盐(NED)置于IL容量瓶中；晃动混合物以湿润固体，并搅拌20min使固体溶解；并使用Dl水稀释至1L，翻转混合；保存于深色瓶中。 当出现深粉红色时，将溶液弃置。D.标准液1.硝酸盐标准储备液QOOmg N/L和20mg N/L)通过硝酸钾和Dl水配制(该溶液可在约6个月内稳定)；和2.亚硝酸盐标准储备液OOOmg N/L和20mg N/L)通过亚硝酸钠或亚硝酸钾和Dl水配制(该溶液可在3-5天内稳定)。缓冲溶液的pH和EDTA浓度影响水样品中由硝酸盐和亚硝酸盐向可检测形式氮化合物的还原分数，所述水样品具有约0. 05到约20mg N/L的以N03_和/或N02_计的浓度，因此如果必要，需每天检测和调整。此外，不同UV灯的不同光输出，以及试剂的质量或储存时间的不同，缓冲液中 EDTA的量必须被调整以达到约100%的还原效率(a)如果N02_浓度高于N03_浓度，可将额外的EDTA加入至缓冲液中以降低NO2-浓度至与NO3-浓度相同的水平；和(b)如果NO3-浓度高于N02_浓度，可将缓冲液中EDTA的量降低以获得相同的浓度。如果NH4Cl浓度足够高， 并且pH值调整为8. 0 士 0. 1，则只需对EDTA的浓度进行调整。为了测试还原效率，使用85g的NH4Cl配制IL缓冲液并将pH调整为8 士0. 1。向大约250ml的份中加入合适量EDTA以增加或降低NO3.信号。如果还原效率在50-60%，观测到大约2g EDTA/L可将效率提高至约100%，同时如果效率在20-25%之间，观测到约Ig EDTA/L是足够的。上述加入量为除已经加入的4g EDTA以外的。在饮用水、地表水和废水中通常发现的大多数阳离子和阴离子不会干扰硝酸盐的测定。对于含有较高浓度铁、铜或其他金属的样品可能会获得较低的结果。即使如此，向缓冲液加入EDTA也可以降低这一干扰。此外，具有较高浓度( 90mg/L T0C)有机物的样品会在UV转化过程中产生负峰。为了消除这一干扰，可将样品使用Dl水稀释以降低所述TOC 浓度。如果硝酸盐/亚硝酸盐浓度太低不允许稀释，可将约500mg的Bio-Beads S-X12 Geol (Bio-Rad part no. 152-3650)加入至IOml份的样品中，经勻浆、过滤或离心从样品中去除聚合物。也可使用其他物质去除样品中的有机物。在分析之前，可通过0.45 μ m孔径的膜过滤以大幅降低其浊度。实施例2用于海水和微咸水(Brackish water)的试剂去离子(Dl)水(10ΜΩ)用于所有溶液。为了防止分析中出现气泡，除标准溶液以外的所有溶液皆使用氦气脱气。Α. 15N氢氧化钠按体积，加150g NaOH至250ml或g的去离子水(Dl)；搅动至溶解；冷却；并储存于塑料瓶中。B.氯化铵缓冲液，ρΗ8· 2士0. 1 1.按体积于IL容量瓶中将85. Og氯化铵(NH4Cl)和，用于高硝酸盐浓度范围(水样品具有约0. 2到约20mg N/L以N03_或N02_计的浓度)的10. Og和用于低硝酸盐浓度范围(水样品具有约0. 05到约5. Omg N/L的以N03_或N02_计的浓度)的15g乙二胺四乙酸二钠盐二水合物(Na2EDTA ·2Η20)溶解于约800mL的Dl水中；混合物稀释至1L，翻转混合； 并如前所述将PH值使用15N氢氧化钠溶液调节至8. 2 士0. 1 ；2.按重量于配衡容器中，将85. Og氯化铵(NH4Cl)和，用于高浓度范围的10. Og, 和用于低浓度范围的15g乙二胺四乙酸二钠盐二水合物(Na2EDTA ·2Η20)加入至938g的Dl 水中；摇晃或搅拌直至溶解；并如前所述将PH值使用15N氢氧化钠溶液调节至8.2士0. 1。在氯化铵含有明显量的硝酸盐污染物时，替代的氯化铵缓冲液配制方法a.按体积于IL容量瓶中，将105mL浓盐酸(HCl)，95mL氢氧化铵(NH4OH)，用于高浓度范围的10. 0g，和用于低浓度范围的15g EDTA 二钠盐加入至500mL的Dl水；混合溶解固体并使用Dl水稀释至1L，并翻转混合；并将pH值使用HCl或15N NaOH溶液调节至 8. 2 士 0. 1 ；b.按重量于配衡容器中，将126g浓盐酸(HCl)，85g氢氧化铵(NH4OH)，用于高浓度范围的10. 0g，和用于低浓度范围的15gDETA二钠盐加入至800g的Dl水；搅拌溶解固体； 并将PH值使用HCl或15N NaOH溶液调节至8. 2 士 0. 1。C.对氨基苯磺酰胺显色剂按体积约600mL的Dl水，IOOmL浓盐酸(37 % HCl)，10. Og对氨基苯磺酰胺 (C6H8N2O2S), ^P l.Og N-(l-萘基)乙二胺二盐酸盐(NED)置入IL容量瓶中；晃动混合物以湿润固体，并搅拌20min使固体溶解；并使用Dl水稀释至1L，翻转混合；保存于深色瓶中。 当出现深粉红色时，将溶液弃置。D.人工海水1.按体积约600mL的Dl水，29.3g的氯化钠(NaCl)，9.4g的七水合硫酸镁 (MgSO4 · 7H20)，和0. 22g的碳酸氢钠(NaHCO3)加入至IL容量瓶中；混合以溶解固体；并使用Dl水稀释至1L。2.按重量将981g的Dl水，29. 3g的氯化钠(NaCl)，9. 4g的七水合硫酸镁 (MgS04· 7H20)，加入至配衡容器(tared container)中。该溶液被用于配制标准溶液和调节体积。E.配制标准液1.硝酸盐标准储备液QOOmg N/L和20mg N/L)通过硝酸钾在人工海水中配制(该溶液可在约6个月内稳定)；和2.亚硝酸盐标准储备液OOOmg N/L和20mg N/L)通过亚硝酸钠或亚硝酸钾在人工海水中配制(该溶液可在3-5天内稳定)。缓冲溶液的pH和EDTA浓度影响微咸水和海水样品中硝酸盐至亚硝酸盐的还原分数，所述样品具有0. 05mg N/L到20mg N/L范围内以N03_和/或N02_计的浓度，因此缓冲液的PH值需要检测，如果必要，每天调整。此外，由于不同UV灯的不同光输出，以及试剂的质量以及储存时间的不同，缓冲液中EDTA的量必须被调整以达到约100%的还原效率(a)如果N02_浓度高于N03_浓度， 可将额外的EDTA加入至缓冲液中以降低N02_浓度至与N03_浓度相同的水平；和(b)如果 NO3-浓度高于NO2-浓度，可将缓冲液中EDTA的量降低。为了测试还原效率，使用85g的NH4Cl配制IL缓冲液并将pH调整为8. 2 士 0. 1。向大约250ml的份中加入合适量EDTA以增加或降低N03_信号。如果效率在50-60%，观测到大约2g EDTA/L可将效率提高至100%，同时如果效率在20-25%之间，观测到约Ig EDTA/ L是足够的。如果NH4Cl浓度足够高，并且pH值调整为8. 2士0. 1，则只需对EDTA的浓度进
行调整。对于含有较高浓度铁、铜或其他金属的样品可能会获得较低的结果。然而，加入 EDTA至缓冲液可以降低这一干扰。此外，具有较高浓度( 90mg/L T0C)有机物的样品会在UV转化过程中产生负峰。为了消除这一干扰，可将样品使用人工海水稀释以降低所述TOC浓度。如果硝酸盐/亚硝酸盐浓度太低不允许稀释，可将约500mg的Bio-Beads S-X12Geol (Bio-Rad part no. 152-3650)加入至IOml份的样品中，经勻浆、过滤或离心从样品中去除聚合物。也可使用其他物质去除样品中的有机物。在分析之前，可通过0.45 μ m 孔径的膜过滤以大幅降低其浊度。实施例3用于2M KCl萃取液的试剂配方(通常用于土壤分析，例如KCl溶液被用于从土壤样品中萃取硝酸盐)去离子(Dl)水(10ΜΩ)用于所有溶液。为了防止分析中出现气泡，除标准溶液以外的所有溶液皆使用氦气脱气。Α. 15N氢氧化钠按体积，加入150g NaOH至250ml或g去离子(Dl)水中；搅动至溶解；冷却；并储存于塑料瓶中。B.氯化铵缓冲液，pH 8. 2士0. 1 1.按体积于IL容量瓶中将85. Og氯化铵(NH4Cl)和5. 5g乙二胺四乙酸二钠盐二水合物(Na2EDTA · 2H20)溶解于约800mL的Dl水中；稀释至1L，翻转混合；并将pH值使用15N氢氧化钠溶液调节至8. 2 士 0. 1 ；2.按重量于配衡容器中，将85. Og氯化铵(NH4Cl)和5. 5g乙二胺四乙酸二钠盐二水合物(Na2EDTA · 2H20)加入至938g的Dl水中；摇晃或搅拌直至固体溶解；并使用15N 氢氧化钠溶液将PH值调节至8. 2。ACS级氯化铵被发现含有硝酸盐污染。替代的氯化铵缓冲液配方为a.按体积于IL容量瓶中，将105mL浓盐酸(HCl)，95mL氢氧化铵(NH4OH)，5. 5g EDTA二钠盐加入500mL的Dl水中；混合溶解固体；稀释至1L，翻转混合；并将pH值使用HCl 或15N NaOH溶液调节至8. 2 士 0. 1 ；b.按重量于配衡容器(tared container)中，将126g浓盐酸(HCl)，85g氢氧化铵(NH4OH)，5. 5g EDTA 二钠盐加入至800g的Dl水中；搅拌溶解；并将pH值使用HCl或15N NaOH溶液调节至8. 2 士 0. 1。C.对氨基苯磺酰胺显色剂按体积约600mL的Dl水，IOOmL浓盐酸(37 % HCl)，10. Og对氨基苯磺酰胺 (C6H8N2O2S), ^P l.Og N-(l-萘基)乙二胺二盐酸盐(NED)置入IL容量瓶中；晃动混合物以湿润固体，并搅拌20min使固体溶解；并使用Dl水稀释至1L，翻转混合；保存于深色瓶中。 当出现深粉红色时，将溶液弃置。D. 2M氯化钾溶液；载体和标准稀释液1.按体积于IL容量瓶中，将149g的氯化钾(KCl)溶解于约800ml的Dl水；使用Dl水稀释至IL ；翻转混合。2.按重量于配衡容器(tared container)中，将149g的氯化钾(KCl)溶解于 IOOOg的Dl水；翻转混合。该溶液具有与KCl萃取液相同的浓度，用做标准和载体溶液。E.配制标准液1.硝酸盐标准储备液QOOmg N/L和20mg N/L)使用硝酸钾在氯化钾溶液中配制 (该溶液可在约6个月内稳定)；和2.亚硝酸盐标准储备液QOOmg N/L和20mg N/L)使用亚硝酸钠或亚硝酸钾在氯化钾溶液中配制(该溶液可在3-5天内稳定)。缓冲溶液的pH和EDTA浓度影响2M KCl 土壤萃取液中硝酸盐向亚硝酸盐的还原分数，所述萃取液具有约0. 2到约20mg N/L范围内以N03_和/或N02_计的浓度，因此，需每天检测和如果必要，每天调整。在样本测试中可通过对亚硝酸标准品进行的测试保证硝酸盐被全部还原。此外，不同UV灯的不同光输出，以及试剂的质量以及储存时间的不同，缓冲液中 EDTA的量必须被调整至达到约100%的还原效率(a)如果N02_浓度高于N03_浓度，可将额外的EDTA加入至缓冲液中以降低N02_浓度至与NO3-浓度相同的水平；和(b)如果N03_浓度高于NO2-浓度，可将缓冲液中EDTA的量降低。为了测试还原效率，使用85g的NH4Cl配制IL缓冲液并将pH调整为8. 2士0. 1。 向大约250ml的份中加入合适量的EDTA以增加或降低的N03_信号。如果效率在50-60%， 观测到大约2g EDTA/L可将效率提高至约100%，同时如果效率在20-25%之间，观测到约 Ig EDTA/L是足够的。如果NH4Cl浓度足够高，并且pH值调整为8. 2士0. 1，则只需对EDTA 进行调整。对于含有高浓度铁、铜或其他金属的样品可能会获得较低的结果。即使如此，在缓冲液中加入EDTA也可以降低这一干扰。此外，具有较高浓度有机物( 90mg/L T0C)的样品会在UV转化过程中产生负峰。为了消除这一干扰，可将样品使用氯化钾溶液稀释以降低所述TOC浓度。如果硝酸盐/亚硝酸盐浓度太低不允许稀释，可将约500mg的Bio-Beads S-X12Geol (Bio-Rad part no. 152-3650)加入至IOml份的样品中，经勻浆、过滤或离心从样品中去除聚合物。也可使用其他物质去除样品中的有机物。在分析之前，可通过0.45 μ m 孔径的膜过滤以大幅降低其浊度。对于实施例1-3的样品，在图1所示设备上，使用的流速实例包括对于载体流体， 2.47ml/min。对于按以上描述制备的铵缓冲液，0. Mml/min。对于按以上描述制备的对氨基苯磺酰胺显色液，0. 76ml/min。载体流体以使仪器在比色测量之间得到2_3次的冲洗的方式流动。对于静态系统，这些流速可传送0. 38 士0. 02mL铵缓冲液和0. 22 士0. 02mL对氨基苯磺酰胺显色液至ImL样品中。图2为使用实施例1列出的溶液检测水样中硝酸盐的样品分析曲线，如上所述，其显示了以伏特 秒(volt^econd)计的峰面积作为以mg/L计的总氮浓度函数，所述峰面积为光解得到硝酸盐或亚硝酸盐与氨基苯磺胺作用重氮化，进而与N-(l-萘基)乙二胺二盐酸盐偶联后检测获得。数据点由圆圈表示，线代表经过这些数据点的最佳线性拟合。所得的检测限对于水样品约为0. 005mg N/L，对于微咸水和海水约为0. 006mg N/L，对于2M KCl 土壤萃取液约为0. 015mg N/L。下表给出了水样品中硝酸根离子和亚硝酸根离子的比例以及测量得到的氮物质总浓度。从表中可以看出，测量得到的浓度在所研究的硝酸盐和亚硝酸盐的比例范围内大致保持为常数。表
权利要求
1.测量水样品中硝酸盐和亚硝酸盐浓度的方法，包括如下步骤 将所述样品与含有选定量的氯化铵和乙二胺四乙酸的水溶液混合； 调整PH值至选定值；定量地光还原所述硝酸盐和亚硝酸至可检测物质；和检测所述光还原步骤生成的可检测物质，确定硝酸盐和亚硝酸盐的浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括确定所述样品中亚硝酸盐浓度的步骤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述确定亚硝酸盐浓度的步骤包括如下步骤 将所述样品与含有选定量的氯化铵和乙二胺四乙酸的水溶液混合；调整PH值至选定值；检测亚硝酸盐，确定亚硝酸盐的浓度。
4.根据权利要求2所述的方法，进一步包括从所述硝酸盐和亚硝酸盐浓度中扣除所述亚硝酸盐浓度从而确定所述水样品中硝酸盐浓度的步骤。
5.根据权利要求1所述的方法，其中检测所生成的可检测物质的步骤包含如下步骤 将所述生成的可检测物质与含有盐酸、对氨基苯磺酰胺和Ν-α-萘基)乙二胺二盐酸盐的 PH小于2的溶液混合，产生水溶性偶氮染料，和在MOnm下测量所述偶氮染料的吸光度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述的测量步骤使用比色计。
7.根据权利要求2所述的方法，其中所述的亚硝酸盐的检测步骤包括下列步骤将所述水样品与含有盐酸、对氨基苯磺酰胺和N-(l-萘基)乙二胺二盐酸盐的PH小于2的溶液混合，产生水溶性偶氮染料，和在MOnm下测量所述偶氮染料的吸光度。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述的测量步骤使用比色计。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述定量地光还原硝酸盐和亚硝酸盐至可检测物质的步骤使用具有以约254nm为中心的光谱分布的低压汞灯。
10.根据权利要求9所述的方法，其中与所述含有选定量的氯化铵和乙二胺四乙酸的溶液在选定PH值下混合的所述样品流经置于所述汞灯附近的聚四氟乙烯(PTFE)管。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述PTFE管缠绕于所述汞灯周围。
12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括增加流经所述PTFE管的所述样品和所述溶液的混合物的背压的步骤。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述定量地光还原硝酸盐和亚硝酸盐为可检测物质的步骤在不存在镉和胼下进行。
14.测量水样品中硝酸盐和亚硝酸盐浓度的方法，包括如下步骤将所述样品与基本上由选定量的水、氯化铵和乙二胺四乙酸构成的水溶液混合； 调整PH值至选定值；定量地光还原所述硝酸盐和亚硝酸盐至可检测物质；和检测所述光还原步骤生成的可检测物质，确定硝酸盐和亚硝酸盐的浓度。
15.根据权利要求14的方法，进一步包括检测所述样品中亚硝酸盐浓度的步骤。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述确定亚硝酸盐浓度的步骤包括如下步骤 将所述样品与基本上由选定量的氯化铵和乙二胺四乙酸构成的水溶液混合；调整PH值至选定值；和检测亚硝酸盐，确定亚硝酸盐的浓度。
17.根据权利要求15所述的方法，进一步包括从所述硝酸盐和亚硝酸盐浓度中扣除所述亚硝酸盐浓度从而确定所述水样品中硝酸盐浓度的步骤。
18.根据权利要求14所述的方法，其中检测所生成的可检测物质的步骤包含如下步骤将所述生成的可检测物质与含有盐酸、对氨基苯磺酰胺和N-(1-萘基)乙二胺二盐酸盐的PH值低于2的溶液混合，由此产生水溶性偶氮染料，和在MOnm下测量所述偶氮染料的吸光度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述测量步骤使用比色计。
20.根据权利要求15所述的方法，其中所述检测亚硝酸盐的步骤包括下列步骤将所述水样品与含有盐酸、对氨基苯磺酰胺和N-(1-萘基)乙二胺二盐酸盐的pH值低于2的溶液混合，产生水溶性偶氮染料，和在MOnm下测量所述偶氮染料的吸光度。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述测量步骤使用比色计。
22.根据权利要求14所述的方法，其中所述定量地光还原硝酸盐和亚硝酸盐至可检测物质的步骤使用具有以约254nm为中心的光谱分布的低压汞灯。
23.根据权利要求22所述的方法，其中与所述含有选定量的氯化铵和乙二胺四乙酸的溶液在选定PH值下混合的所述样品流经置于所述汞灯附近的聚四氟乙烯(PTFE)管。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述PTFE管缠绕于所述汞灯周围。
25.根据权利要求23所述的方法，进一步包括增加流经所述PTFE管的所述样品和所述溶液的混合物的背压的步骤。
26.根据权利要求14所述的方法，其中所述定量地光还原硝酸盐和亚硝酸盐至可检测物质的步骤在不存在镉和胼下进行。
全文摘要
本发明描述了通过光化学还原来测定数种水样品中硝酸盐浓度的方法，所述方法不使用毒性物质例如镉或肼，具有约100％的还原效率。使用紫外线照射(20，31)与含有铵盐和EDTA的缓冲水溶液(26)混合的水样品(12)，所述紫外线具有能够有效地使硝酸离子和亚硝酸离子(NOx)光化学转变为可检测物质的波长。所得物质可使用对氨基苯磺酰胺重氮化随后与N-(1-萘基)乙二胺二盐酸盐(32)偶联进行定量检测，偶联产生具有品红色的水溶性偶氮染料，可在540nm(24)下比色测量，从而确定样品中硝酸盐和亚硝酸盐的浓度。原样品中存在的亚硝酸盐使用未光解的样品以及与对氨基苯磺酰胺反应随后与N-(1-萘基)乙二胺二盐酸盐偶联而进行比色分析。从硝酸盐和亚硝酸盐的总浓度中扣除亚硝酸盐浓度即可获得样品的硝酸盐浓度。
文档编号G01N33/18GK102498395SQ201080035152
公开日2012年6月13日 申请日期2010年8月9日 优先权日2009年8月7日
发明者L·M·伊根, S·A·塔克 申请人:哈希公司