專利名稱：通過光化學(xué)還原測(cè)定水中硝酸鹽/亞硝酸鹽濃度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
概括而言，本發(fā)明涉及水中硝酸鹽和亞硝酸鹽的檢測(cè)方法，尤其是不使用鎘，胼或其它有毒物質(zhì)來定量地檢測(cè)水中硝酸鹽和亞硝酸鹽的方法。
背景技術(shù)：
硝酸鹽是肥料、爆炸物和一些引爆炸藥副產(chǎn)物的主要成分，并可能進(jìn)入采礦和農(nóng)業(yè)行業(yè)的排放水域。硝酸鹽促進(jìn)緩慢流動(dòng)的溪流、河流以及湖泊中的藻類以及其它植物的生長(zhǎng)，造成濁度的增加和氧氣的耗盡，最終破壞這些水道中的生命。飲用水中大量的硝酸鹽對(duì)動(dòng)物和人類是有害的，原因在于硝酸鹽會(huì)被胃腸中的細(xì)菌轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，而亞硝酸鹽會(huì)代替氧與血紅蛋白反應(yīng)，從而導(dǎo)致呼吸衰竭。用于從溶液中去除硝酸鹽的方法包括離子交換，反滲透和生物方法，這些方法成本高并且是非破壞性的，從而產(chǎn)生必須處理的廢物。測(cè)量水中硝酸根離子濃度對(duì)于環(huán)境化學(xué)和海洋化學(xué)非常重要。土壤中硝酸鹽水平也是重要的農(nóng)業(yè)參數(shù)。由硝酸根離子還原產(chǎn)生的亞硝酸根離子可使用分光光度法檢測(cè)。這一還原過程通過將樣品溶液流經(jīng)鍍銅鎘柱(copperized cadmium column)的方式實(shí)現(xiàn)；然而，流出液含有在排放前必須清除的鎘和銅。PH值為約8. 5的氯化銨和乙二胺四乙酸二鈉緩沖液用作樣品溶液的載體溶液(carrier solution)。胼也在還原步驟中被使用。原始樣品中的亞硝酸鹽可通過去除鎘柱測(cè)量。由硝酸鹽至亞硝酸鹽或氨的光解反應(yīng)是已知的。通過將硝酸鹽的還原停止在亞硝酸鹽階段，降低水體的PH，以及對(duì)水體中不穩(wěn)定亞硝酸鹽進(jìn)行空氣噴射的水體反硝化過程已被描述。在PH為10且含有腐殖酸(humic acid)或胼，并連續(xù)通入氬氣以排除氧氣的樣品溶液中進(jìn)行了硝酸鹽的光還原，并使用離子色譜進(jìn)行了分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)硝酸鹽的還原程度未超過21%。已報(bào)道通過還原硝酸鹽為氮?dú)鈦斫档退邢跛猁}含量的兩步過程；其中使用氨基磺酸(sulfamic acid)將硝酸鹽還原為氮?dú)?。分光光度法測(cè)量河流、內(nèi)陸海和公海水體樣品本中硝酸鹽的方法已被研究，該方法通過將流經(jīng)汞燈照射的石英螺旋管(coil)的PH為8的磷酸緩沖的載體溶液中的硝酸鹽光引發(fā)還原至亞硝酸鹽實(shí)現(xiàn)。其中硝酸鹽的轉(zhuǎn)化效率大約為50%。將添加有活化劑乙二胺四乙酸(EDTA)或二亞乙基三胺-N，N，N'，N"，N〃 -五乙酸(DTPA)的pH為7.0的磷酸緩沖的載液(carrier solution)中的樣品流經(jīng)汞燈照射的聚四氟乙烯(PTFE)管提高了光還原效率。發(fā)現(xiàn)還原效率可達(dá)70-84%，其中使用DTPA作為活化劑獲得了更高的轉(zhuǎn)化效率?？倎喯跛猁}含量(還原所得亞硝酸鹽和樣品中原來存在的任何亞硝酸鹽)可通過與對(duì)氨基苯磺酰胺重氮化，隨后與N-(1-萘基)乙二胺二鹽酸鹽偶聯(lián)測(cè)量，由此產(chǎn)生的水溶性偶氮染料具有品紅色，可在^Onm下測(cè)量，即已知的Griess檢測(cè)(Griess test)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的為提供水樣品中存在的硝酸和亞硝酸離子的定量測(cè)定方法。本發(fā)明的另一目的為提供水樣品中存在的硝酸和亞硝酸離子的定量測(cè)定方法，而不必使用危險(xiǎn)材料。本發(fā)明其他的目標(biāo)、優(yōu)點(diǎn)和新穎特性將在隨后的描述中分部分詳細(xì)說明，并且對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀隨后的描述時(shí)變得明顯，或通過對(duì)本發(fā)明的實(shí)施而獲知。本發(fā)明的目的和優(yōu)勢(shì)尤其可通過權(quán)利要求書中指明的設(shè)備和組合實(shí)現(xiàn)和達(dá)到。為了達(dá)到上述和其它的目標(biāo)，依據(jù)本發(fā)明的宗旨，如本發(fā)明具體和廣泛的描述，測(cè)量水樣品中硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度的方法在此包括將樣品和含有選定量的氯化銨以及乙二胺四乙酸的水溶液混合，調(diào)整PH至選定值；定量光還原硝酸鹽和亞硝酸鹽為可檢測(cè)物質(zhì)；檢測(cè)光還原步驟產(chǎn)生的含氮物質(zhì)，從中確定硝酸鹽和亞硝酸鹽的濃度。依據(jù)本發(fā)明的目標(biāo)和宗旨，本發(fā)明的另一方面中，測(cè)量水樣品中硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度的方法包括將樣品和基本上由選定量的氯化銨以及乙二胺四乙酸構(gòu)成的水溶液混合，調(diào)整PH至選定值；定量地光還原硝酸鹽和亞硝酸鹽為可檢測(cè)物質(zhì)；檢測(cè)光還原步驟產(chǎn)生的可檢測(cè)物質(zhì)，從中確定硝酸鹽和亞硝酸鹽的濃度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)包括，但不僅限于，提供有效的方法定量確定水樣品中硝酸鹽和亞硝酸鹽，其利用光還原將其轉(zhuǎn)化為可檢測(cè)物質(zhì)，而無需使用有害物質(zhì)，并具有約 100%的還原效率。


加入說明書中并作為說明書一部份的附圖闡明了本發(fā)明的實(shí)施方式，并與說明書一起用來解釋本發(fā)明的原理。在附圖中圖1為有效實(shí)施本發(fā)明方法實(shí)施方式的設(shè)備的示意圖。圖2為以伏特·秒(volt · second)計(jì)的峰面積作為水樣品中以mg/L計(jì)的總氮濃度函數(shù)的圖，所述峰面積由光解的硝酸鹽或亞硝酸鹽與對(duì)氨基苯磺酰胺重氮化，隨后與 Ν-α-萘基)乙二胺二鹽酸鹽偶聯(lián)后測(cè)得。
具體實(shí)施例方式簡(jiǎn)言之，本發(fā)明包括光化學(xué)還原法測(cè)定水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度的儀器和方法，不使用有毒物質(zhì)如鎘或胼、具有約100%的還原效率。通過UV輻射照射流動(dòng)的樣品，水樣品中的硝酸鹽和亞硝酸鹽被定量地光轉(zhuǎn)化為傳統(tǒng)比色法可檢測(cè)的氮物質(zhì)。還原的程度通過使用緩沖液中乙二胺四乙酸(EDTA)調(diào)節(jié)，使得硝酸鹽和亞硝酸鹽向傳統(tǒng)比色法可檢測(cè)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的效率接近100% (定量轉(zhuǎn)化)，同時(shí)避免過度還原硝酸鹽和亞硝酸鹽至無法以同樣方法檢測(cè)的氧化態(tài)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，樣品中NO3-和NO2-的測(cè)定通過具有至少兩個(gè)通道的流動(dòng)注射裝置(FIA)完成。NO3-和NO2-(NOx)的總量在第一通道中分析，而Ν02_在第二通道進(jìn)行分析。從NOx濃度中扣除NO2-濃度可確定NO3-的濃度。水樣品與包含選定量的銨鹽和 EDTA、具有選定pH值的緩沖載體系統(tǒng)混合，并流經(jīng)在約2Mnm下工作的低壓汞燈照射的聚四氟乙烯(PTra)管。約100%的光還原效率被觀察到。所述PTFE管可纏繞于所述燈周圍以增加燈輸出的利用?？梢岳檬⒐芑蚱骷?vessels)，也可以使用其他類型的紫外透明和不反應(yīng)的管或器件。此后，所產(chǎn)生的可檢測(cè)氮物質(zhì)濃度可通過如下方法測(cè)量與對(duì)氨基苯磺酰胺作用重氮化，然后與N-(1-萘基)乙二胺二鹽酸鹽偶聯(lián)，由此產(chǎn)生的水溶性偶氮染料具有分光光度計(jì)可在MOnm下測(cè)量的品紅色，例如，從中可確定樣品中硝酸鹽的濃度。未光解的樣品可使用該方式進(jìn)行分析以確定原始樣品中存在的亞硝酸鹽的量。靜態(tài)(非流動(dòng))樣品也可根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行分析。由于在上述化學(xué)反應(yīng)中未使用毒性物質(zhì)，廢水溶液可棄置于一般的排水系統(tǒng)中。 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式教導(dǎo)的no3_至NO2_的還原效率與使用硝酸還原酶的酶法的效率類似； 然而UV還原法的化學(xué)反應(yīng)可在更短時(shí)間內(nèi)完成，復(fù)雜度和成本更低。本發(fā)明所使用的術(shù)語“水”，可指雨水，地表水，飲用水，工業(yè)過程水，工業(yè)廢水， 池水，污水(sewage)，污泥(sludge)，灰水(grey water)，溫泉水，含水層水(aquifer water)，海水，自來水，灌溉用水，農(nóng)業(yè)給水，冰川融水，處理后的水，未經(jīng)處理的水，蒸汽或空氣濕度，用于從土壤樣品中提取硝酸鹽的水溶液，和幾乎所有其他含水樣品，對(duì)于它們， 理想地是知曉其硝酸鹽和/或亞硝酸鹽的濃度可被測(cè)試。具體的測(cè)試流程在實(shí)施例中詳細(xì)說明。以下詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施方式，其實(shí)例由附圖闡明。如附圖1，其中展示了流動(dòng)注射裝置10實(shí)施方式的示意，該流動(dòng)注射裝置可有效地實(shí)施本發(fā)明方法的實(shí)施方式。如上所述，本發(fā)明的方法也可用于靜態(tài)(非流動(dòng))樣品和試劑。由多種來源生成的水樣品12， 被泵入二-態(tài)，六口進(jìn)樣閥14的口 6并在流經(jīng)口 1和4后通過閥14的口 5離開為廢液16。 載體流體，18，被泵入進(jìn)樣閥14的口 2，通過口 1，4，和3，流經(jīng)可暴露于UV輻射的樣品池20， 混合螺旋管(mixing coil)22，和分析池對(duì)，此后被排放為廢液16。載體流體可以例如為 He氣脫氣的去離子水。混合螺旋管22，可具有例如70mm的長(zhǎng)度。在實(shí)施例中詳細(xì)描述的銨緩沖液26被泵入從口 3的流出液，進(jìn)入T型混合管30中。當(dāng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，樣品12流入位于口 1和4之間的管觀，然后被載體流體18沖洗出管觀通過口 3進(jìn)入樣品池20。樣品 12中含有的硝酸鹽類和亞硝酸鹽類在UV源31的照射下在池20中被光還原為可檢測(cè)物質(zhì)。 將在實(shí)施例中詳細(xì)描述的對(duì)氨基苯磺酰胺試劑，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長(zhǎng)、0. 5mm內(nèi)徑管路的背壓螺旋管(back pressure coil) 36被提供用于減少照射池20中氣泡的形成。光還原水樣品中硝酸鹽和亞硝酸鹽使用以下方法完成將與銨緩沖載體溶液混合的樣品流經(jīng)PTFE管(580cm的kus以及0. 8mm內(nèi)徑的PTFE管)，所述PTFE管安放于燈31附近，或螺旋纏繞于燈31上并使用鋁箔支撐于燈上，所述燈可使用具有以254nm為中心譜分布和1. 8W輸出的UshioG6T5 Low Pressure Germicidal Lamp。所述鋁箔(圖1中未示出) 也作為反射器增加照射的效率。通過使用紫外線光OMnm汞滅菌燈)光還原樣品， 并利用銨緩沖液中EDTA和氯化銨的選定濃度，可調(diào)節(jié)還原效率為大約定量(90% -100% )。 顯然地，任何能有效地光還原硝酸鹽和亞硝酸鹽為可檢測(cè)物質(zhì)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)可用于流動(dòng)或靜態(tài)樣品的光還原步驟。
被還原的NOx物質(zhì)(被還原的硝酸鹽和亞硝酸鹽)可通過與對(duì)氨基苯磺酰胺試劑重氮化檢測(cè)，所述試劑包含鹽酸，對(duì)氨基苯磺酰胺和N- (1-萘基)乙二胺二鹽酸鹽，具有低于2的pH值。所得水溶性染料具有品紅色，在分析池M中于540nm下通過比色法或分光光度法分析并使用設(shè)備38分析和記錄。如上提及到，未光解的樣品使用Griess反應(yīng)分析測(cè)定原樣品中亞硝酸鹽的量。其它亞硝酸鹽檢測(cè)方法也可使用，例如離子色譜。用于分析硝酸鹽和亞硝酸鹽的水樣品可能含有不同的離子組分；因此氯化銨/ EDTA緩沖溶液的濃度及其pH需調(diào)整至適合這些組分以保證獲得大約100 %的光還原效率。 需要指出，EDTA起到螯合樣品中存在的二價(jià)陽離子的雙重作用。作為說明性的目的，并非意圖限定本發(fā)明方法的范圍，下述實(shí)施例提供溶液的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)和它們的使用，所述溶液可有效地以約100%使樣品硝酸鹽和亞硝酸鹽光還原為可檢測(cè)物質(zhì)。實(shí)施例實(shí)施例1用于分析一般水樣的試劑去離子(Dl)水(10ΜΩ)用于所有溶液。為了防止分析中出現(xiàn)氣泡，除標(biāo)準(zhǔn)溶液以外的所有溶液皆使用氦氣脫氣。Α. 15N氫氧化鈉按體積，加150g NaOH至250ml或g的去離子水(Dl)；攪動(dòng)至溶解；冷卻；并儲(chǔ)存于塑料瓶中。B.氯化銨緩沖液，pH 8. 0士0. 1 1.按體積，于IL容量瓶中將85. Og氯化銨(NH4Cl)和4. Og乙二胺四乙酸二鈉鹽二水合物(Na2EDTA · 2H20)溶解于約800mL的Dl水中；混合物稀釋至1L，并混合；并將pH 值使用15N氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)至8. 0 ；或2.按重量，于配衡容器(tared container)中，將85. Og氯化銨(NH4Cl)和4. Og 乙二胺四乙酸二鈉鹽二水合物(Na2EDTAdH2O)加入至938g的Dl水中；混合物搖晃或攪拌直至固體溶解；并將PH值使用15N氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)至8. 0 士 0. 1。發(fā)現(xiàn)氯化銨偶爾會(huì)含有顯著量的硝酸鹽污染物。一個(gè)替代的制備方法包括a.按體積，于IL容量瓶中，105mL濃鹽酸(HCl)，95mL氫氧化銨(NH4OH)，和4. Og EDTA 二鈉鹽溶解于500mL的Dl水；混合物稀釋至1L，并翻轉(zhuǎn)混合；并將pH值使用HCl或 15N NaOH溶液調(diào)節(jié)至8. 0 士 0. 1 ；或b.按重量，于配衡容器中，I^g濃鹽酸(HCl)，85g氫氧化銨(NH4OH)，和4. Og EDTA 二鈉鹽溶解于800g的Dl水；并將pH值使用HCl或15NNa0H溶液調(diào)節(jié)至8. 0 士0. 1。C.對(duì)氨基苯磺酰胺顯色劑 按體積約600mL的Dl水，IOOmL濃鹽酸(37 % HCl)，10. Og對(duì)氨基苯磺酰胺 (C6H8N2O2S), ^P l.Og N-(l-萘基)乙二胺二鹽酸鹽(NED)置于IL容量瓶中；晃動(dòng)混合物以濕潤(rùn)固體，并攪拌20min使固體溶解；并使用Dl水稀釋至1L，翻轉(zhuǎn)混合；保存于深色瓶中。 當(dāng)出現(xiàn)深粉紅色時(shí)，將溶液棄置。D.標(biāo)準(zhǔn)液1.硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液QOOmg N/L和20mg N/L)通過硝酸鉀和Dl水配制(該溶液可在約6個(gè)月內(nèi)穩(wěn)定)；和2.亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液OOOmg N/L和20mg N/L)通過亞硝酸鈉或亞硝酸鉀和Dl水配制(該溶液可在3-5天內(nèi)穩(wěn)定)。緩沖溶液的pH和EDTA濃度影響水樣品中由硝酸鹽和亞硝酸鹽向可檢測(cè)形式氮化合物的還原分?jǐn)?shù)，所述水樣品具有約0. 05到約20mg N/L的以N03_和/或N02_計(jì)的濃度，因此如果必要，需每天檢測(cè)和調(diào)整。此外，不同UV燈的不同光輸出，以及試劑的質(zhì)量或儲(chǔ)存時(shí)間的不同，緩沖液中 EDTA的量必須被調(diào)整以達(dá)到約100%的還原效率(a)如果N02_濃度高于N03_濃度，可將額外的EDTA加入至緩沖液中以降低NO2-濃度至與NO3-濃度相同的水平；和(b)如果NO3-濃度高于N02_濃度，可將緩沖液中EDTA的量降低以獲得相同的濃度。如果NH4Cl濃度足夠高， 并且pH值調(diào)整為8. 0 士 0. 1，則只需對(duì)EDTA的濃度進(jìn)行調(diào)整。為了測(cè)試還原效率，使用85g的NH4Cl配制IL緩沖液并將pH調(diào)整為8 士0. 1。向大約250ml的份中加入合適量EDTA以增加或降低NO3.信號(hào)。如果還原效率在50-60%，觀測(cè)到大約2g EDTA/L可將效率提高至約100%，同時(shí)如果效率在20-25%之間，觀測(cè)到約Ig EDTA/L是足夠的。上述加入量為除已經(jīng)加入的4g EDTA以外的。在飲用水、地表水和廢水中通常發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)陽離子和陰離子不會(huì)干擾硝酸鹽的測(cè)定。對(duì)于含有較高濃度鐵、銅或其他金屬的樣品可能會(huì)獲得較低的結(jié)果。即使如此，向緩沖液加入EDTA也可以降低這一干擾。此外，具有較高濃度( 90mg/L T0C)有機(jī)物的樣品會(huì)在UV轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生負(fù)峰。為了消除這一干擾，可將樣品使用Dl水稀釋以降低所述TOC 濃度。如果硝酸鹽/亞硝酸鹽濃度太低不允許稀釋，可將約500mg的Bio-Beads S-X12 Geol (Bio-Rad part no. 152-3650)加入至IOml份的樣品中，經(jīng)勻漿、過濾或離心從樣品中去除聚合物。也可使用其他物質(zhì)去除樣品中的有機(jī)物。在分析之前，可通過0.45 μ m孔徑的膜過濾以大幅降低其濁度。實(shí)施例2用于海水和微咸水(Brackish water)的試劑去離子(Dl)水(10ΜΩ)用于所有溶液。為了防止分析中出現(xiàn)氣泡，除標(biāo)準(zhǔn)溶液以外的所有溶液皆使用氦氣脫氣。Α. 15N氫氧化鈉按體積，加150g NaOH至250ml或g的去離子水(Dl)；攪動(dòng)至溶解；冷卻；并儲(chǔ)存于塑料瓶中。B.氯化銨緩沖液，ρΗ8· 2士0. 1 1.按體積于IL容量瓶中將85. Og氯化銨(NH4Cl)和，用于高硝酸鹽濃度范圍(水樣品具有約0. 2到約20mg N/L以N03_或N02_計(jì)的濃度)的10. Og和用于低硝酸鹽濃度范圍(水樣品具有約0. 05到約5. Omg N/L的以N03_或N02_計(jì)的濃度)的15g乙二胺四乙酸二鈉鹽二水合物(Na2EDTA ·2Η20)溶解于約800mL的Dl水中；混合物稀釋至1L，翻轉(zhuǎn)混合； 并如前所述將PH值使用15N氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)至8. 2 士0. 1 ；2.按重量于配衡容器中，將85. Og氯化銨(NH4Cl)和，用于高濃度范圍的10. Og, 和用于低濃度范圍的15g乙二胺四乙酸二鈉鹽二水合物(Na2EDTA ·2Η20)加入至938g的Dl 水中；搖晃或攪拌直至溶解；并如前所述將PH值使用15N氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)至8.2士0. 1。在氯化銨含有明顯量的硝酸鹽污染物時(shí)，替代的氯化銨緩沖液配制方法a.按體積于IL容量瓶中，將105mL濃鹽酸(HCl)，95mL氫氧化銨(NH4OH)，用于高濃度范圍的10. 0g，和用于低濃度范圍的15g EDTA 二鈉鹽加入至500mL的Dl水；混合溶解固體并使用Dl水稀釋至1L，并翻轉(zhuǎn)混合；并將pH值使用HCl或15N NaOH溶液調(diào)節(jié)至 8. 2 士 0. 1 ；b.按重量于配衡容器中，將126g濃鹽酸(HCl)，85g氫氧化銨(NH4OH)，用于高濃度范圍的10. 0g，和用于低濃度范圍的15gDETA二鈉鹽加入至800g的Dl水；攪拌溶解固體； 并將PH值使用HCl或15N NaOH溶液調(diào)節(jié)至8. 2 士 0. 1。C.對(duì)氨基苯磺酰胺顯色劑按體積約600mL的Dl水，IOOmL濃鹽酸(37 % HCl)，10. Og對(duì)氨基苯磺酰胺 (C6H8N2O2S), ^P l.Og N-(l-萘基)乙二胺二鹽酸鹽(NED)置入IL容量瓶中；晃動(dòng)混合物以濕潤(rùn)固體，并攪拌20min使固體溶解；并使用Dl水稀釋至1L，翻轉(zhuǎn)混合；保存于深色瓶中。 當(dāng)出現(xiàn)深粉紅色時(shí)，將溶液棄置。D.人工海水1.按體積約600mL的Dl水，29.3g的氯化鈉(NaCl)，9.4g的七水合硫酸鎂 (MgSO4 · 7H20)，和0. 22g的碳酸氫鈉(NaHCO3)加入至IL容量瓶中；混合以溶解固體；并使用Dl水稀釋至1L。2.按重量將981g的Dl水，29. 3g的氯化鈉(NaCl)，9. 4g的七水合硫酸鎂 (MgS04· 7H20)，加入至配衡容器(tared container)中。該溶液被用于配制標(biāo)準(zhǔn)溶液和調(diào)節(jié)體積。E.配制標(biāo)準(zhǔn)液1.硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液QOOmg N/L和20mg N/L)通過硝酸鉀在人工海水中配制(該溶液可在約6個(gè)月內(nèi)穩(wěn)定)；和2.亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液OOOmg N/L和20mg N/L)通過亞硝酸鈉或亞硝酸鉀在人工海水中配制(該溶液可在3-5天內(nèi)穩(wěn)定)。緩沖溶液的pH和EDTA濃度影響微咸水和海水樣品中硝酸鹽至亞硝酸鹽的還原分?jǐn)?shù)，所述樣品具有0. 05mg N/L到20mg N/L范圍內(nèi)以N03_和/或N02_計(jì)的濃度，因此緩沖液的PH值需要檢測(cè)，如果必要，每天調(diào)整。此外，由于不同UV燈的不同光輸出，以及試劑的質(zhì)量以及儲(chǔ)存時(shí)間的不同，緩沖液中EDTA的量必須被調(diào)整以達(dá)到約100%的還原效率(a)如果N02_濃度高于N03_濃度， 可將額外的EDTA加入至緩沖液中以降低N02_濃度至與N03_濃度相同的水平；和(b)如果 NO3-濃度高于NO2-濃度，可將緩沖液中EDTA的量降低。為了測(cè)試還原效率，使用85g的NH4Cl配制IL緩沖液并將pH調(diào)整為8. 2 士 0. 1。向大約250ml的份中加入合適量EDTA以增加或降低N03_信號(hào)。如果效率在50-60%，觀測(cè)到大約2g EDTA/L可將效率提高至100%，同時(shí)如果效率在20-25%之間，觀測(cè)到約Ig EDTA/ L是足夠的。如果NH4Cl濃度足夠高，并且pH值調(diào)整為8. 2士0. 1，則只需對(duì)EDTA的濃度進(jìn)
行調(diào)整。對(duì)于含有較高濃度鐵、銅或其他金屬的樣品可能會(huì)獲得較低的結(jié)果。然而，加入 EDTA至緩沖液可以降低這一干擾。此外，具有較高濃度( 90mg/L T0C)有機(jī)物的樣品會(huì)在UV轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生負(fù)峰。為了消除這一干擾，可將樣品使用人工海水稀釋以降低所述TOC濃度。如果硝酸鹽/亞硝酸鹽濃度太低不允許稀釋，可將約500mg的Bio-Beads S-X12Geol (Bio-Rad part no. 152-3650)加入至IOml份的樣品中，經(jīng)勻漿、過濾或離心從樣品中去除聚合物。也可使用其他物質(zhì)去除樣品中的有機(jī)物。在分析之前，可通過0.45 μ m 孔徑的膜過濾以大幅降低其濁度。實(shí)施例3用于2M KCl萃取液的試劑配方(通常用于土壤分析，例如KCl溶液被用于從土壤樣品中萃取硝酸鹽)去離子(Dl)水(10ΜΩ)用于所有溶液。為了防止分析中出現(xiàn)氣泡，除標(biāo)準(zhǔn)溶液以外的所有溶液皆使用氦氣脫氣。Α. 15N氫氧化鈉按體積，加入150g NaOH至250ml或g去離子(Dl)水中；攪動(dòng)至溶解；冷卻；并儲(chǔ)存于塑料瓶中。B.氯化銨緩沖液，pH 8. 2士0. 1 1.按體積于IL容量瓶中將85. Og氯化銨(NH4Cl)和5. 5g乙二胺四乙酸二鈉鹽二水合物(Na2EDTA · 2H20)溶解于約800mL的Dl水中；稀釋至1L，翻轉(zhuǎn)混合；并將pH值使用15N氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)至8. 2 士 0. 1 ；2.按重量于配衡容器中，將85. Og氯化銨(NH4Cl)和5. 5g乙二胺四乙酸二鈉鹽二水合物(Na2EDTA · 2H20)加入至938g的Dl水中；搖晃或攪拌直至固體溶解；并使用15N 氫氧化鈉溶液將PH值調(diào)節(jié)至8. 2。ACS級(jí)氯化銨被發(fā)現(xiàn)含有硝酸鹽污染。替代的氯化銨緩沖液配方為a.按體積于IL容量瓶中，將105mL濃鹽酸(HCl)，95mL氫氧化銨(NH4OH)，5. 5g EDTA二鈉鹽加入500mL的Dl水中；混合溶解固體；稀釋至1L，翻轉(zhuǎn)混合；并將pH值使用HCl 或15N NaOH溶液調(diào)節(jié)至8. 2 士 0. 1 ；b.按重量于配衡容器(tared container)中，將126g濃鹽酸(HCl)，85g氫氧化銨(NH4OH)，5. 5g EDTA 二鈉鹽加入至800g的Dl水中；攪拌溶解；并將pH值使用HCl或15N NaOH溶液調(diào)節(jié)至8. 2 士 0. 1。C.對(duì)氨基苯磺酰胺顯色劑按體積約600mL的Dl水，IOOmL濃鹽酸(37 % HCl)，10. Og對(duì)氨基苯磺酰胺 (C6H8N2O2S), ^P l.Og N-(l-萘基)乙二胺二鹽酸鹽(NED)置入IL容量瓶中；晃動(dòng)混合物以濕潤(rùn)固體，并攪拌20min使固體溶解；并使用Dl水稀釋至1L，翻轉(zhuǎn)混合；保存于深色瓶中。 當(dāng)出現(xiàn)深粉紅色時(shí)，將溶液棄置。D. 2M氯化鉀溶液；載體和標(biāo)準(zhǔn)稀釋液1.按體積于IL容量瓶中，將149g的氯化鉀(KCl)溶解于約800ml的Dl水；使用Dl水稀釋至IL ；翻轉(zhuǎn)混合。2.按重量于配衡容器(tared container)中，將149g的氯化鉀(KCl)溶解于 IOOOg的Dl水；翻轉(zhuǎn)混合。該溶液具有與KCl萃取液相同的濃度，用做標(biāo)準(zhǔn)和載體溶液。E.配制標(biāo)準(zhǔn)液1.硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液QOOmg N/L和20mg N/L)使用硝酸鉀在氯化鉀溶液中配制 (該溶液可在約6個(gè)月內(nèi)穩(wěn)定)；和2.亞硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液QOOmg N/L和20mg N/L)使用亞硝酸鈉或亞硝酸鉀在氯化鉀溶液中配制(該溶液可在3-5天內(nèi)穩(wěn)定)。緩沖溶液的pH和EDTA濃度影響2M KCl 土壤萃取液中硝酸鹽向亞硝酸鹽的還原分?jǐn)?shù)，所述萃取液具有約0. 2到約20mg N/L范圍內(nèi)以N03_和/或N02_計(jì)的濃度，因此，需每天檢測(cè)和如果必要，每天調(diào)整。在樣本測(cè)試中可通過對(duì)亞硝酸標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行的測(cè)試保證硝酸鹽被全部還原。此外，不同UV燈的不同光輸出，以及試劑的質(zhì)量以及儲(chǔ)存時(shí)間的不同，緩沖液中 EDTA的量必須被調(diào)整至達(dá)到約100%的還原效率(a)如果N02_濃度高于N03_濃度，可將額外的EDTA加入至緩沖液中以降低N02_濃度至與NO3-濃度相同的水平；和(b)如果N03_濃度高于NO2-濃度，可將緩沖液中EDTA的量降低。為了測(cè)試還原效率，使用85g的NH4Cl配制IL緩沖液并將pH調(diào)整為8. 2士0. 1。 向大約250ml的份中加入合適量的EDTA以增加或降低的N03_信號(hào)。如果效率在50-60%， 觀測(cè)到大約2g EDTA/L可將效率提高至約100%，同時(shí)如果效率在20-25%之間，觀測(cè)到約 Ig EDTA/L是足夠的。如果NH4Cl濃度足夠高，并且pH值調(diào)整為8. 2士0. 1，則只需對(duì)EDTA 進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于含有高濃度鐵、銅或其他金屬的樣品可能會(huì)獲得較低的結(jié)果。即使如此，在緩沖液中加入EDTA也可以降低這一干擾。此外，具有較高濃度有機(jī)物( 90mg/L T0C)的樣品會(huì)在UV轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生負(fù)峰。為了消除這一干擾，可將樣品使用氯化鉀溶液稀釋以降低所述TOC濃度。如果硝酸鹽/亞硝酸鹽濃度太低不允許稀釋，可將約500mg的Bio-Beads S-X12Geol (Bio-Rad part no. 152-3650)加入至IOml份的樣品中，經(jīng)勻漿、過濾或離心從樣品中去除聚合物。也可使用其他物質(zhì)去除樣品中的有機(jī)物。在分析之前，可通過0.45 μ m 孔徑的膜過濾以大幅降低其濁度。對(duì)于實(shí)施例1-3的樣品，在圖1所示設(shè)備上，使用的流速實(shí)例包括對(duì)于載體流體， 2.47ml/min。對(duì)于按以上描述制備的銨緩沖液，0. Mml/min。對(duì)于按以上描述制備的對(duì)氨基苯磺酰胺顯色液，0. 76ml/min。載體流體以使儀器在比色測(cè)量之間得到2_3次的沖洗的方式流動(dòng)。對(duì)于靜態(tài)系統(tǒng)，這些流速可傳送0. 38 士0. 02mL銨緩沖液和0. 22 士0. 02mL對(duì)氨基苯磺酰胺顯色液至ImL樣品中。圖2為使用實(shí)施例1列出的溶液檢測(cè)水樣中硝酸鹽的樣品分析曲線，如上所述，其顯示了以伏特 秒(volt^econd)計(jì)的峰面積作為以mg/L計(jì)的總氮濃度函數(shù)，所述峰面積為光解得到硝酸鹽或亞硝酸鹽與氨基苯磺胺作用重氮化，進(jìn)而與N-(l-萘基)乙二胺二鹽酸鹽偶聯(lián)后檢測(cè)獲得。數(shù)據(jù)點(diǎn)由圓圈表示，線代表經(jīng)過這些數(shù)據(jù)點(diǎn)的最佳線性擬合。所得的檢測(cè)限對(duì)于水樣品約為0. 005mg N/L，對(duì)于微咸水和海水約為0. 006mg N/L，對(duì)于2M KCl 土壤萃取液約為0. 015mg N/L。下表給出了水樣品中硝酸根離子和亞硝酸根離子的比例以及測(cè)量得到的氮物質(zhì)總濃度。從表中可以看出，測(cè)量得到的濃度在所研究的硝酸鹽和亞硝酸鹽的比例范圍內(nèi)大致保持為常數(shù)。表
權(quán)利要求
1.測(cè)量水樣品中硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度的方法，包括如下步驟 將所述樣品與含有選定量的氯化銨和乙二胺四乙酸的水溶液混合； 調(diào)整PH值至選定值；定量地光還原所述硝酸鹽和亞硝酸至可檢測(cè)物質(zhì)；和檢測(cè)所述光還原步驟生成的可檢測(cè)物質(zhì)，確定硝酸鹽和亞硝酸鹽的濃度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括確定所述樣品中亞硝酸鹽濃度的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述確定亞硝酸鹽濃度的步驟包括如下步驟 將所述樣品與含有選定量的氯化銨和乙二胺四乙酸的水溶液混合；調(diào)整PH值至選定值；檢測(cè)亞硝酸鹽，確定亞硝酸鹽的濃度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括從所述硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度中扣除所述亞硝酸鹽濃度從而確定所述水樣品中硝酸鹽濃度的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中檢測(cè)所生成的可檢測(cè)物質(zhì)的步驟包含如下步驟 將所述生成的可檢測(cè)物質(zhì)與含有鹽酸、對(duì)氨基苯磺酰胺和Ν-α-萘基)乙二胺二鹽酸鹽的 PH小于2的溶液混合，產(chǎn)生水溶性偶氮染料，和在MOnm下測(cè)量所述偶氮染料的吸光度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述的測(cè)量步驟使用比色計(jì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述的亞硝酸鹽的檢測(cè)步驟包括下列步驟將所述水樣品與含有鹽酸、對(duì)氨基苯磺酰胺和N-(l-萘基)乙二胺二鹽酸鹽的PH小于2的溶液混合，產(chǎn)生水溶性偶氮染料，和在MOnm下測(cè)量所述偶氮染料的吸光度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述的測(cè)量步驟使用比色計(jì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述定量地光還原硝酸鹽和亞硝酸鹽至可檢測(cè)物質(zhì)的步驟使用具有以約254nm為中心的光譜分布的低壓汞燈。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中與所述含有選定量的氯化銨和乙二胺四乙酸的溶液在選定PH值下混合的所述樣品流經(jīng)置于所述汞燈附近的聚四氟乙烯(PTFE)管。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述PTFE管纏繞于所述汞燈周圍。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括增加流經(jīng)所述PTFE管的所述樣品和所述溶液的混合物的背壓的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述定量地光還原硝酸鹽和亞硝酸鹽為可檢測(cè)物質(zhì)的步驟在不存在鎘和胼下進(jìn)行。
14.測(cè)量水樣品中硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度的方法，包括如下步驟將所述樣品與基本上由選定量的水、氯化銨和乙二胺四乙酸構(gòu)成的水溶液混合； 調(diào)整PH值至選定值；定量地光還原所述硝酸鹽和亞硝酸鹽至可檢測(cè)物質(zhì)；和檢測(cè)所述光還原步驟生成的可檢測(cè)物質(zhì)，確定硝酸鹽和亞硝酸鹽的濃度。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，進(jìn)一步包括檢測(cè)所述樣品中亞硝酸鹽濃度的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述確定亞硝酸鹽濃度的步驟包括如下步驟 將所述樣品與基本上由選定量的氯化銨和乙二胺四乙酸構(gòu)成的水溶液混合；調(diào)整PH值至選定值；和檢測(cè)亞硝酸鹽，確定亞硝酸鹽的濃度。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括從所述硝酸鹽和亞硝酸鹽濃度中扣除所述亞硝酸鹽濃度從而確定所述水樣品中硝酸鹽濃度的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中檢測(cè)所生成的可檢測(cè)物質(zhì)的步驟包含如下步驟將所述生成的可檢測(cè)物質(zhì)與含有鹽酸、對(duì)氨基苯磺酰胺和N-(1-萘基)乙二胺二鹽酸鹽的PH值低于2的溶液混合，由此產(chǎn)生水溶性偶氮染料，和在MOnm下測(cè)量所述偶氮染料的吸光度。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述測(cè)量步驟使用比色計(jì)。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述檢測(cè)亞硝酸鹽的步驟包括下列步驟將所述水樣品與含有鹽酸、對(duì)氨基苯磺酰胺和N-(1-萘基)乙二胺二鹽酸鹽的pH值低于2的溶液混合，產(chǎn)生水溶性偶氮染料，和在MOnm下測(cè)量所述偶氮染料的吸光度。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述測(cè)量步驟使用比色計(jì)。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述定量地光還原硝酸鹽和亞硝酸鹽至可檢測(cè)物質(zhì)的步驟使用具有以約254nm為中心的光譜分布的低壓汞燈。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中與所述含有選定量的氯化銨和乙二胺四乙酸的溶液在選定PH值下混合的所述樣品流經(jīng)置于所述汞燈附近的聚四氟乙烯(PTFE)管。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述PTFE管纏繞于所述汞燈周圍。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，進(jìn)一步包括增加流經(jīng)所述PTFE管的所述樣品和所述溶液的混合物的背壓的步驟。
26.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述定量地光還原硝酸鹽和亞硝酸鹽至可檢測(cè)物質(zhì)的步驟在不存在鎘和胼下進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明描述了通過光化學(xué)還原來測(cè)定數(shù)種水樣品中硝酸鹽濃度的方法，所述方法不使用毒性物質(zhì)例如鎘或肼，具有約100％的還原效率。使用紫外線照射(20，31)與含有銨鹽和EDTA的緩沖水溶液(26)混合的水樣品(12)，所述紫外線具有能夠有效地使硝酸離子和亞硝酸離子(NOx)光化學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓹z測(cè)物質(zhì)的波長(zhǎng)。所得物質(zhì)可使用對(duì)氨基苯磺酰胺重氮化隨后與N-(1-萘基)乙二胺二鹽酸鹽(32)偶聯(lián)進(jìn)行定量檢測(cè)，偶聯(lián)產(chǎn)生具有品紅色的水溶性偶氮染料，可在540nm(24)下比色測(cè)量，從而確定樣品中硝酸鹽和亞硝酸鹽的濃度。原樣品中存在的亞硝酸鹽使用未光解的樣品以及與對(duì)氨基苯磺酰胺反應(yīng)隨后與N-(1-萘基)乙二胺二鹽酸鹽偶聯(lián)而進(jìn)行比色分析。從硝酸鹽和亞硝酸鹽的總濃度中扣除亞硝酸鹽濃度即可獲得樣品的硝酸鹽濃度。
文檔編號(hào)G01N33/18GK102498395SQ201080035152
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2010年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月7日
發(fā)明者L·M·伊根, S·A·塔克 申請(qǐng)人:哈希公司