锌镉还原法测定海水中硝酸盐的方法优化

苏兆军　刘鸿艳　张倩　李东滨

摘要：目前锌镉还原法被基层单位广泛应用于海水中硝酸盐的测定，是各海区主管部门对各监测单位的重点考核项目，但该方法还原率低，稳定性和精密度较差。为优化该国标法，从影响还原率的反应温度、振荡频率、振荡时间着手进行试验。结果表明：在反应温度25 ℃ 、振荡频率240 r/min 、振荡时间12 min条件下，硝酸盐还原率为（97.4±1.3）%，精密度为0.92%，准确度为2.36%，可以满足海洋环境监测中硝酸盐测定的要求。

关键词：硝酸盐;反应温度;振荡频率;振荡时间

中图分类号：X834

硝酸盐是海洋初级生产过程和食物链的基础，是衡量水体富营养化程度的重要评价指标，准确监测海水中硝酸盐含量对于海洋生态环境保护及生态灾害预警具有重要意义。在海洋环境监测中，锌镉还原法（GB/T 12763.4—2007/11硝酸盐测定 锌镉还原法，以下简称“国标法”）由于操作简便快速，适于海上现场分析而在基层监测单位得到广泛应用[1]。该方法操作简单，反应速度较快，但存在硝酸盐还原效率较低（70%～80%）、测定结果重复性较差等问题[2]。为确保监（检）测数据的准确性，许多专家学者围绕提高方法还原率对国标法进行了研究和改进：黎晨晨等[3]通过采用锌粉和氯化镉，在水浴振荡的条件下还原硝酸盐，取得了很好的效果;王金叶等[4]对基质盐度、盐分组成、锌片面积、锌卷形状、容器器形、pH值等6个影响因素， 以及盐分组成与pH值和锌片面积与锌卷形状因素间的交互作用进行了研究，得到较高且稳定的还原率， 其精密度和回收率均较好;李贤良等[5]采用锌镉还原法—营养盐自动分析仪结合的测定方案，研究0～1.5 mg/L硝氮浓度下海水样品锌镉还原法硝酸盐的还原率，证实温度和振荡速度是影响硝氮还原率的重要实验条件;郑瑞芝等[6]提出在锌镉法中添加含氨的氯化铵溶液，其还原率94.3% ，精密度20% ，比锌镉法还原率和精密度高，无盐效应，又有锌镉法操作简便之优點。笔者在国标法基础上，通过考察反应温度、振荡频率、振荡时间对还原率的影响进行优化，以确保监（检）测数据的准确性，为海洋生态环境监测及生态灾害预警监测提供技术支撑。

1材料与方法

1.1仪器与药品

1.1.1主要仪器数显水浴恒温振荡器（振荡频率起动—300无级调速，控温范围为室温～100 ℃，控温精度≤±0.5 ℃）、紫外可见分光光度计（2 cm比色皿）、 天平（精度0.01 g）。

1.1.2主要药品锌卷（纯度99.99%，厚度0.1 mm，裁成6.0 cm×5.0 cm的小片，卷成内径约1.5 cm的锌卷）、氯化镉（AR）、对氨基苯磺酰胺（AR）、1-萘替乙二胺二盐酸盐（AR）、氯化钠 （GR）、硫酸镁 （GR）、碳酸氢钠 （GB）、硝酸盐标准溶液（100 mg/L）、亚硝酸盐标准溶液（100 mg/L）、去离子水或等效纯水。

1.2试验方法

1.2.1反应温度对还原率的影响用盐度为35‰的人工海水（31.0 g氯化钠、10.0 g硫酸镁、0.5 g碳酸氢钠溶于水中，稀释至1 L，下同）[7]分别配制浓度为0.10 mg/L的硝酸盐标准溶液和亚硝酸盐标准溶液，在反应温度为10、15、20、25、30 ℃，振荡频率240 r/min，振荡时间12 min条件下，参照国标法对硝酸盐标准溶液、亚硝酸盐标准溶液、空白样品分别取三份测定吸光值，计算还原率。

1.2.2振荡频率对还原率的影响在振荡频率为150、180、210、240、270 r/min，反应温度25 ℃，振荡时间12 min条件下，参照国标法对硝酸盐标准溶液、亚硝酸盐标准溶液、空白样品分别取三份测定吸光值，计算还原率。

1.2.3振荡时间对还原率的影响在振荡时间为10、12、15、18、20 min，反应温度25 ℃，振荡频率240 r/min条件下，参照国标法对硝酸盐标准溶液、亚硝酸盐标准溶液、空白样品分别取三份测定吸光值，计算还原率。

1.2.4本方法与国标法工作曲线对比参照国标法中工作曲线的配制方法，配制浓度为0、004、0.08、0.12、0.16、0.20 mg/L 的标准系列，分别按照本方法与国标法进行还原反应，测定吸光度，并绘制吸光度—硝酸盐浓度工作曲线。

1.2.5还原率配制浓度均为0.10 mg/L的硝酸盐、亚硝酸盐溶液，分别按照本优化方法和国标法各重复测定7次，计算还原率。

1.2.6精密度和准确度配制0.10 mg/L的硝酸盐样品，分别按照本方法和国标法重复测定7次，并按照各自工作曲线的线性回归方程计算样品浓度，准确度和精密度计算方法执行国标法，分别由相对误差和相对标准偏差数值表示。

2结果与讨论

2.1反应温度对还原率的影响

以还原率为指标探求反应温度对还原率的影响。如表1所示，随着反应温度的增加，还原率逐渐上升，当反应温度达到25 ℃时，还原率达到最高，之后随着温度上升而有所下降，因此最佳反应温度选择25 ℃。

2.2振荡频率对还原率的影响

以还原率为指标探求振荡频率对还原率的影响。如表2所示，随着振荡频率的增加，还原率逐渐上升，当振荡频率达到240 r/min时，还原率达到最高，之后随着振荡频率上升有所下降，因此最佳振荡频率选择240 r/min。

2.3振荡时间对还原率的影响

以还原率为指标探求振荡时间对还原率的影响。如表3所示，随着振荡时间的增加，还原率逐渐上升，当振荡时间达到12 min时，还原率达到最高，之后随着振荡时间上升有所下降，因此最佳振荡时间选择12 min。

2.4本方法与国标法工作曲线对比

如图1所示，按照优化后方法制作工作曲线，得线性回归方程A=5.685 C+0.005 7，相关系数R=0.999 7，按照国标法制作工作曲线，得线性回归方程A=4.843 6 C+0.016 5，相关系数R=0.999 2，式中A为吸光度，C为硝酸盐的浓度（mg/L）。本方法斜率高于国标法，表明本方法还原效率优于国标法，且相关系数明显优于国标法。

2.5还原率

按照国标法中还原率的测定方法对硝酸盐、亚硝酸盐吸光值进行处理，结果如表4所示。本优化方法还原率为（97.4±1.3）%，国标法还原率为（86.1±6.0）%，优化方法还原率显著高于国标法。

2.6精密度和准确度

按照优化后方法与国标法分别测定浓度为0.10 mg/L的硝酸盐样品，结果如表5所示。优化后方法准确度为2.36%，精密度为0.92%;国标法准确度为3.22%，精密度为2.34%。优化后方法准确度和精密度能够满足海洋环境监测中硝酸盐测定的要求。

3结论

目前海水中硝酸盐含量测定的基本方法为锌镉还原法，该方法存在硝酸盐还原效率较低（70%～80%）、测定结果重复性较差等问题。本试验从反应温度、振荡频率、振荡时间等方面着手对国标法进行优化。結果表明：在反应温度25 ℃、振荡频率240 r/min、振荡时间12 min条件下，硝酸盐还原率为（97.4±1.3）%，精确度为0.92%，准确度为2.36%，可以满足海洋环境监测中硝酸盐测定的要求。

参考文献：

[1] 秦榜辉，吴康康.一种基于锌镉还原无盐效应的水质硝酸盐检测方法：CN201910187583.6[P].2019-05-31.

[2] 王燕，王艳洁，赵仕兰，等.海水中溶解态总氮测定方法比对及影响因素分析[J].海洋环境科学，2019，38（4）：644-648.

[3] 黎晨晨，李健，刘宁.锌—镉水浴振荡还原硝酸盐方法的研究[J].化学与黏合，2012，35（4）：35-76.

[4] 王金叶，李朝霞，毛玉泽.锌-镉还原法测定天然水中硝酸盐的最优测定条件[J].大连海洋大学学报，2014，29（3）：256-259.

[5] 李贤良，许强，薛英楼，等.温度与振荡速度对锌镉还原法测定硝酸盐还原率的影响[J].基因组学与应用生物学，2019，38（10）：4557-4563.

[6] 郑瑞芝，陈岚，王键，等.锌镉还原法测定海水硝酸盐的改进[J].海洋科学进展，2011（29）：229-234.

[7] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.海洋调查规范：GB 12763.4-2007[S].北京：中国标准出版社，2007：19-21.

（收稿日期：2021-12-09;修回日期：2021-12-28）

作者简介：苏兆军（1987.11-），男，本科，工程师，主要从事海洋生态预警和渔业环境监测工作。E-mail：szhj8720@163.com。DOI：10.3969/j.issn.1004-6755.2022.05.010