氣相轉(zhuǎn)化－化學(xué)發(fā)光法測定土壤中的亞硝態(tài)氮

王 琳，王 睿，鄭循華，張麗娟

氣相轉(zhuǎn)化－化學(xué)發(fā)光法測定土壤中的亞硝態(tài)氮

王 琳1，2，王 睿2*，鄭循華2，3，張麗娟1

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北 保定071000；2.中國科學(xué)院大氣物理研究所大氣邊界層物理和大氣化學(xué)國家重點實驗室，北京100029；3.中國科學(xué)院大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，北京200049）

試驗探究了將亞硝態(tài)氮（NO2－）還原轉(zhuǎn)化為一氧化氮（NO）氣體與化學(xué)發(fā)光法檢測NO相結(jié)合的方法（氣相轉(zhuǎn)化－化學(xué)發(fā)光法，簡稱NC法）對土壤NO2－含量測定的適用性。在室溫條件下，采用濃度為50%的冰醋酸提供酸性條件，以抗壞血酸為還原劑，將NO2－還原為NO氣體，生成的NO被高純氮氣載入化學(xué)發(fā)光法氮氧化物分析儀的NO檢測通道，實時記錄NO信號值并積分信號峰面積，通過已知NO2－濃度系列的標(biāo)準(zhǔn)曲線，確定樣品中的NO2－濃度。結(jié)果顯示：NO信號值的峰面積與樣品的NO2－濃度顯著正相關(guān)（P＜0.01），線性檢測范圍為2～500 μg·L－（1以純N計，下同），檢出限為2 μg·L－1，對土壤NO2－濃度的檢出限為10 μg·kg－（1以水土比為5∶1計），優(yōu)于比色法的檢出限15 μg·kg－1；重復(fù)測定10次50 μg·L－1標(biāo)準(zhǔn)溶液的峰面積變異系數(shù)為1.2%，精度為1.2 μg·L－（195%置信區(qū)間），對應(yīng)的土壤NO2－濃度檢測精度為6 μg·kg－1，優(yōu)于比色法的檢測精度11 μg·kg－1；檢測已知濃度NO2－的回收率為90%～97%。與比色法相比，NC法測定酸性土壤NO2－濃度的準(zhǔn)確度相當(dāng)，精度更優(yōu)，但該方法測定堿性土壤NO2－濃度的結(jié)果偏高，可能是堿性土壤中大量的Ca2+、SO24－和CO23－對測定有干擾，而且NC法測定NO2－濃度的分析時間較比色法長，單個樣品需8～15 min。

亞硝態(tài)氮；氣相化學(xué)發(fā)光法；土壤；一氧化氮

亞硝態(tài)氮（NO-2）在陸地生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)過程中具有重要作用，參與土壤的多個氮素轉(zhuǎn)化過程，如硝化、反硝化、硝化細(xì)菌反硝化、厭氧氨氧化及硝酸鹽異化還原為銨等過程[1]，可生成一氧化氮（NO）和氧化亞氮（N2O）等含氮氣體，間接影響氣候及環(huán)境。其中，NO是大氣中的高活性組分，會造成空氣質(zhì)量惡化，還會導(dǎo)致酸雨的形成和對流層臭氧（O3）的產(chǎn)生[2-3]；N2O是一種重要的溫室氣體，也是破壞平流層O3的首要人為源大氣成分[4]。土壤NO-2還是大氣中氣態(tài)亞硝酸（HONO）的重要來源[5]，HONO是城市污染的一種典型代表物，大氣中氫氧自由基主要來源于HONO光解，土壤NO-

2的含量與轉(zhuǎn)化對于大氣化學(xué)及氣溶膠動力學(xué)有著重要的影響[6]。此外，NO-2會通過植物進入人體內(nèi)，一方面會降低血液的載氧能力，導(dǎo)致高鐵血紅蛋白癥[7]；另一方面可與次級胺結(jié)合，形成亞硝胺，誘發(fā)癌變[8-9]。因此，準(zhǔn)確地測定土壤中NO-2的含量對于氮素循環(huán)、氣候環(huán)境變化研究及人類健康評估具有重要的影響。

測定NO2-的方法有比色法[10-11]、熒光光度法[12-13]、化學(xué)發(fā)光法[14-15]、氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用法[16]、離子色譜法[17-18]和流動分析法[19-20]等。比色法最為常用，測定水質(zhì)中NO2-含量的國標(biāo)方法就是比色法[21]，其測定原理是NO2-在磷酸介質(zhì)（pH=1.8）中與4-氨基苯磺酰胺反應(yīng)生成重氮鹽，再與N-（1-萘基）-乙二胺二鹽酸鹽偶聯(lián)生成紅色染料，在540 nm波長處測定其吸光度，當(dāng)NO2-含量小于200 μg·L-（1以純N計，下同）時，吸光度與NO2-含量成正比。有研究者采用將NO2-還原轉(zhuǎn)化為NO氣體與化學(xué)發(fā)光法檢測NO相結(jié)合的方法（氣相轉(zhuǎn)化-化學(xué)發(fā)光法，簡稱NC法）測定水體及血漿中微量的NO2-。該方法的原理是在酸性條件下，NO2-被還原為NO，產(chǎn)生的NO與O3反應(yīng)，生成激發(fā)態(tài)的二氧化氮（NO2*），其在返回基態(tài)時放出的能量與NO2-濃度成正比，由此可對NO2-進行定量（見反應(yīng)式1、2，其中hv表示釋放出的能量）。1980年Cox[22]首次用該方法測定自然水體中的NO2-，還原劑為碘離子（I-）；之后有研究者利用釩（V3+）作為還原劑測定海水中的NO-2[23-24]；還有研究者利用抗壞血酸（Vc）作為還原劑，檢測血漿中的NO-2濃度[25]。

NO-2是活性很強的離子，極易發(fā)生反應(yīng)而轉(zhuǎn)化成其他的氮素形態(tài)，因而土壤或浸提液樣品中的NO-2不易保存，大量樣品難以實現(xiàn)在線測定。研究中往往通過加入穩(wěn)定劑抑制微生物活性的方法保存NO-2，但穩(wěn)定劑大多有毒性（如氯仿、氯化汞等）[26]，為此需要尋找一個能夠直接、在線測定土壤NO-2含量的簡易而安全的方法。Nagababu等[25]采用NC法在線測定血漿中痕量的NO-2，操作相對簡單并具有較高的準(zhǔn)確度（97%）和低的檢測限（0.2～0.9 μg·L-1）。但目前僅有少數(shù)研究者采用NC法測定土壤浸提液中的NO-2，如Amini等[27]。NC法能否成為一種在線測定土壤中NO2-含量的方法是本研究關(guān)注的科學(xué)問題。本文參照Nagababu等[28]提供的測定血漿中NO2-的NC法（利用冰醋酸提供酸性條件，抗壞血酸作為還原劑），測定三種不同酸堿度土壤的NO2-濃度，并與比色法的測定結(jié)果進行比較，評估該方法對于測定土壤NO2-含量的分析精度及適用性。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

使用亞硝酸鈉（NaNO2）配制標(biāo)準(zhǔn)工作液，選取中間濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液采用NC法重復(fù)測定，通過變異系數(shù)計算方法的精度（濃度與其2倍變異系數(shù)的乘積）；用濃度稀釋法在3倍信噪比時，測得NO-2的濃度，求得檢出限；采用NC法測定標(biāo)準(zhǔn)工作液中NO-2的濃度，確定該方法適宜的檢測范圍。

選擇三種不同酸堿度的土壤，按5∶1的水土比，分別采用去離子水和含有50 μg·L-1的NaNO2溶液浸提，所得浸提液分別稱為待測液A和待測液B；將待測液B與50 μg·L-1的NaNO2溶液等體積混合，得到待測液C，以計算方法的回收率。每個土壤設(shè)置3次重復(fù)，以試驗用水作為空白對照，待測液A、B和C中的N濃度同時采用比色法和NC法測定，并分別計算回收率，評估NC法測定土壤N的準(zhǔn)確度和適用性。

1.2 供試土壤及浸提液制備

供試土壤分別為取自湖南省長沙市金井鎮(zhèn)小流域（113°20′E，28°33′N）雙季稻田的酸性（pH 5.4）砂質(zhì)壤土（HN）、取自湖北省十堰市西溝村（110°37′E，32°38′N）單季稻田的酸性（pH 6.2）砂質(zhì)壤土（HB）和取自山西省永濟市董村農(nóng)場（34°56′N，110°43′E）的典型冬小麥－夏玉米輪作農(nóng)田的堿性（pH 8.7）壤質(zhì)粘土（SX）。土壤的基本理化性質(zhì)見表1，詳細(xì)的試驗點概況及土壤性質(zhì)數(shù)據(jù)請參見文獻[29－31]。采回的鮮土經(jīng)風(fēng)干、過篩（2 mm）、除雜、混勻后，置于室內(nèi)干燥保存。

稱取風(fēng)干土壤樣品20.00 g置于三角瓶中，加入100 mL去離子水或50 μg·L－1的NaNO2溶液，振蕩30 min，離心（8000 r·min－1）5 min，過濾（0.45 μm聚醚砜膜），浸提液當(dāng)天測定。

1.3 試驗方法

1.3.1 NC法測定NO－2濃度

（1）儀器和試劑

氮氧化物分析儀（42i NO－NO2－NOx，熱電環(huán)境儀器公司，中國上海），當(dāng)平均讀數(shù)時間為60 s時，儀器的檢出限為0.40 nmol·mol－1。

NaNO2標(biāo)準(zhǔn)貯備液1（100 mg·L－1）：稱取0.492 9 g的NaNO2試劑溶解于去離子水中，定容至1 L，4℃冰箱內(nèi)可保存一周。

NaNO2標(biāo)準(zhǔn)貯備液2（1 mg·L－1）：吸取1 mL的貯備液1，用去離子水定容至100 mL，配制僅供當(dāng)天使用。

NaNO2標(biāo)準(zhǔn)工作液：吸取0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、5.0、10.0、15.0、25.0 mL的貯備液2于50 mL容量瓶中，用去離子水定容，獲得濃度為2、10、20、30、40、50、100、200、300、500 μg·L－1的標(biāo)準(zhǔn)工作液。

50%的冰醋酸溶液：將冰醋酸和去離子水等體積混合。

抗壞血酸溶液（0.05 mol·L－1）：稱取0.88 g抗壞血酸溶解于100 mL去離子水中，配制僅供當(dāng)天使用。

氫氧化鈉（NaOH）溶液（2 mol·L－1）：稱取80 g NaOH溶于1 L去離子水中。

（2）試驗裝置

裝置由氣源、反應(yīng)部分、檢測和數(shù)據(jù)采集三部分組成（圖1）。氣源為高純氮氣（N2，99.999%），用質(zhì)量流量控制器調(diào)節(jié)流速為500 mL·min－1，以滿足氮氧化物分析儀的進氣要求。反應(yīng)部分包括兩個廣口瓶，一個裝有20 mL 50%的冰醋酸溶液和3 mL 0.05 mol·L－1抗壞血酸溶液（反應(yīng)瓶），另一個裝有20 mL 2 mol·L－1的NaOH溶液（除酸瓶），分別于瓶口涂上凡士林并用橡膠塞塞緊，在反應(yīng)瓶的膠塞上固定好長型針頭用于進樣。檢測和數(shù)據(jù)采集部分包括氮氧化物分析儀、電腦和自動數(shù)據(jù)采集軟件，該軟件以1 Hz頻率將氮氧化物分析儀的NO濃度信號值記錄到電腦中。

由于大氣中常含有高濃度的NO，尤其是霧霾天氣時大氣本底的NO濃度能高達100 nmol·mol－1以上，裝置的氣密性直接關(guān)系到NO－2測定的準(zhǔn)確性，因此在試驗前嚴(yán)格檢查裝置的氣密性，保證其在試驗過程中不受外界NO的干擾。首先檢測反應(yīng)部分的氣密性，在兩個廣口瓶瓶口涂上凡士林，塞緊膠塞，堵住膠塞一端的管路，另一端通入0.2 MPa的N2，將廣口瓶浸入水中，觀察瓶口是否有氣泡產(chǎn)生，若沒有表明廣口瓶氣密性良好；然后檢測整個管路的氣密性，將肥皂水泡沫涂于管路連接處，通入0.2 MPa的N2觀察是否有氣泡產(chǎn)生，若沒有表明整個管路氣密性良好。

圖1 氣相轉(zhuǎn)化－化學(xué)發(fā)光法（NC法）測定NO2－的試驗裝置圖Figure 1 The device of chemiluminescence method for determination of NO2－concentration

表1 供試土壤的基本理化性質(zhì)Table 1 The basic physical and chemical properties of soils

（3）試驗方法

將高純N2、裝有冰醋酸和抗壞血酸的反應(yīng)瓶及裝有NaOH的除酸瓶依次連接，打開氣源使N2流經(jīng)反應(yīng)部分，約2 h后，連入氮氧化物分析儀，待反應(yīng)瓶背景NO濃度降低至5 nmol·mol-1以下并穩(wěn)定，于室溫條件（約25℃）下測定標(biāo)準(zhǔn)工作液和待測液中的NO-2濃度。

用注射器吸取1 mL標(biāo)準(zhǔn)工作液/待測液，通過長型針頭加入到反應(yīng)瓶底部溶液中。反應(yīng)瓶中產(chǎn)生的NO隨N2進入氮氧化物分析儀，NO濃度的信號值變化通過數(shù)據(jù)采集軟件實時采集并保存到電腦中。待NO濃度降低至5 nmol·mol-1以下并穩(wěn)定，可再次進樣測定，每次進樣前用待測液潤洗長型針頭。每個濃度的工作液重復(fù)測定3次，每測定約含500 ng NO2--N樣品更換一次反應(yīng)瓶。

測定結(jié)束后，對標(biāo)準(zhǔn)工作液和待測液的NO濃度值的峰面積進行積分，通過標(biāo)準(zhǔn)工作液NO2-濃度與其對應(yīng)峰面積的線性回歸方程（公式1），將待測樣品的峰面積帶入公式1可計算其NO2-的濃度。

式中：y為NO-2標(biāo)準(zhǔn)工作液濃度，μg·L-1；x為NO-2標(biāo)準(zhǔn)工作液相應(yīng)的NO信號值峰面積；a、b為擬合參數(shù)。

1.3.2 比色法測定NO-2濃度[21]

（1）儀器與試劑

分光光度計（UNICO UV-2802，尤尼柯儀器有限公司，中國上海）

NaNO2標(biāo)準(zhǔn)貯備液1、2的配制方法同1.3.1。

NaNO2標(biāo)準(zhǔn)工作液：吸取0.5、2.5、5.0、7.5、10.0 mL的貯備液2于50 mL容量瓶中，用去離子水定容，獲得濃度為10、50、100、150、200 μg·L-1的標(biāo)準(zhǔn)工作液。

顯色劑：500 mL燒杯內(nèi)置入250 mL去離子水和50 mL磷酸（15 mol·L-1），加入20.0 g 4-氨基苯磺酰胺，再將1.00 g N-（1-萘基）-乙二胺二鹽酸鹽溶于上述溶液中，轉(zhuǎn)移至500 mL棕色容量瓶中，用去離子水稀釋至標(biāo)線，搖勻，置于4℃冰箱保存。

（2）試驗方法

標(biāo)準(zhǔn)工作液測定：向50 mL的標(biāo)準(zhǔn)工作液中加入1.0 mL顯色劑，密塞，搖勻，靜置。20 min后、2 h以內(nèi)，在540 nm波長處測定吸光度。

樣品測定：將選定體積的樣品移至50 mL比色管中，用水稀釋至刻度線，之后的操作同標(biāo)準(zhǔn)工作液的測定方法。

測定結(jié)束后，進行標(biāo)準(zhǔn)工作液的NO2-濃度與相應(yīng)吸光度的線性回歸。樣品吸光度通過空白參比校正后，根據(jù)回歸方程計算NO2-濃度，計算方法同1.3.1。

（3）回收率的計算

大多研究者通過加入待測物的實測量除以加入量來計算方法回收率[24，32]。土壤待測液B與A中NO2-濃度差減的理論值應(yīng)該為浸提待測液B時所用的NaNO2濃度（50 μg·L-1），回收率（RB-A）如公式2所示。但土壤中加入的50 μg·L-1NO2-可能被微生物消耗而導(dǎo)致回收率降低。因此，本研究通過待測液C和B的差值與NO2-加入量的比值計算回收率（RC-B），如公式3所示。

式中：R為方法回收率，%；c（A）、c（B）和c（C）分別為待測液A、B和C中NO2-的濃度，μg·L-1；c（NaNO2）為加入的NaNO2標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，50 μg·L-1；VS為待測液體積，L；V為加入的50 μg·L-1NaNO2標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，L。

1.4 統(tǒng)計檢驗

采用Microsoft Office Excel 2010進行數(shù)據(jù)的積分處理，采用SPSS 16.0的獨立樣本t檢驗進行P＜0.05水平的顯著性檢驗，采用Microsoft Office Excel 2010繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 NC法冰醋酸濃度的選擇

Nagababu等[28]采用NC法測定血漿中NO2-濃度時，選擇7 mL純冰醋酸和1 mL 0.05 mol·L-1抗壞血酸作為反應(yīng)劑，且每測定4個3 μg·L-1左右的NO2-樣品（總含氮量1.2 ng NO2--N）更換一次反應(yīng)瓶?？紤]到土壤的NO2-濃度高于血漿，如曹娜等[33]觀測到厭氧條件下土壤中NO2-濃度可達200 μg·L-1，本研究將反應(yīng)瓶中的反應(yīng)劑體積增加2倍，改為20 mL 99.5%的冰醋酸與3 mL 0.05 mol·L-1的抗壞血酸混合，既保證對高濃度NO2-的分析能力，又不用頻繁更換反應(yīng)瓶。但是當(dāng)反應(yīng)罐中只裝有20 mL 99.5%冰醋酸，高純N2通過反應(yīng)罐進入氮氧化物分析儀時，可觀測到很高的NO濃度背景，最高可達1000 nmol·mol－1，隨后NO濃度逐漸降低，待背景NO信號值降至5 nmol·mol－1且穩(wěn)定則至少需要5 h；在此期間若晃動反應(yīng)瓶或加入抗壞血酸溶液均會導(dǎo)致NO信號值增大（至80 nmol·mol－1左右），待信號重新降至5 nmol·mol－1且穩(wěn)定又需要2 h的時間。這遠(yuǎn)高于Nagababu等[28]給出的測樣之前的穩(wěn)定時間（0.5～1 h），如此長的穩(wěn)定時間可能是反應(yīng)劑體積增加造成的。

考慮到冰醋酸在NO－2的還原反應(yīng)中只起到提供酸性環(huán)境的作用，本研究將冰醋酸濃度稀釋至50%，在不改變抗壞血酸濃度的條件下與其混合，即采用20 mL 50%的冰醋酸和3 mL 0.05 mol·L－1抗壞血酸。結(jié)果顯示反應(yīng)瓶背景的NO濃度能夠在2 h內(nèi)降低至5 nmol·mol－1以下并穩(wěn)定，而且在50%的冰醋酸條件下重復(fù)測定10次50 μg·L－1NO－2的穩(wěn)定性很好（參見下節(jié)及圖2）。

2.2 NC法的精度、檢出限和檢測范圍

采用NC法重復(fù)測定10次50 μg·L－1NO－2標(biāo)準(zhǔn)工作液，其對應(yīng)的NO信號值峰雖然有降低的趨勢（圖2），但是峰面積穩(wěn)定，平均值為6 573.1±76.7（n=10），CV為1.2%，95%置信區(qū)間內(nèi)的精度為1.2 μg·L－1，即對于土壤樣品的檢測精度為6 μg·kg－1（按水土比5∶1計）。該結(jié)果表明，50%的冰醋酸提供的酸性環(huán)境可以滿足對50 μg·L－1NO－2的10次測定，且每測定500 ng NO－2－N需更換一次反應(yīng)瓶。

用濃度稀釋法在3倍背景濃度的信噪比時，測得NO2－的檢出限為2 μg·L－1，相當(dāng)于2 ng的NO2－－N（進樣量為1 mL）。采用NC法測定NO2－標(biāo)準(zhǔn)工作液系列，濃度范圍為2～500 μg·L－1，其對應(yīng)的氮氧化物分析儀NO濃度信號變化如圖3a所示。每個濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作液重復(fù)測定3次的CV值介于0.3%～5.2%之間，平均為2.5%。NO2－的濃度與NO濃度值峰面積顯著正相關(guān)（P＜0.001，圖3b）。

圖2 重復(fù)測定10次50 μg·L－1NaNO2標(biāo)準(zhǔn)溶液的NO濃度圖Figure 2 The chemiluminescence concentration of NO by ten times repeated measurement of 50 μg·L－1in NaNO2standard solution

圖3 NO2－標(biāo)準(zhǔn)工作液的NO濃度信號圖（a）和標(biāo)準(zhǔn)曲線（b）Figure 3 Chemiluminescence NO concentration of nitrite standard solution（a）and standard curve（b）

2.3 NC法與比色法比較

土壤待測液B與A的NO－2濃度之差為37.1～50.1 μg·L－1，其回收率RB－A為79.0%～90.7%（比色法）和93.1%～106.6%（NC法）；土壤待測液B與C的NO－2濃度的差值為45.2～51.6 μg·L－1，比色法測定三種土壤NO－2濃度的回收率RC－B為92.7%～103.1%，NC法的回收率RC－B為90.3%～96.6%（表2）。

3 討論

3.1 冰醋酸濃度的選擇

依據(jù)Nagababu等[28]提供的測定血漿中NO－2濃度選用的反應(yīng)劑（7 mL純冰醋酸和1 mL 0.05 mol·L-1抗壞血酸），本研究選擇較大的反應(yīng)劑體積（增加2倍，以滿足對高濃度NO2-樣品的檢測）和較低的冰醋酸濃度（50%，以縮短反應(yīng)劑背景信號的穩(wěn)定時間），即反應(yīng)劑采用20 mL 50%的冰醋酸和3 mL 0.05 mol·L-1抗壞血酸混合。結(jié)果顯示反應(yīng)劑的背景NO信號值能夠在2 h內(nèi)穩(wěn)定，而且連續(xù)重復(fù)測定10次50 μg·L-1NaNO2標(biāo)準(zhǔn)溶液的NO信號峰面積穩(wěn)定（CV為1.2%），表明50%冰醋酸提供的酸性條件不影響該濃度NO2-的還原效率，并可滿足對500 ng N含量的NO2-測定。

圖4 兩種方法測定3種土壤的NO-2濃度Figure 4 The concentrations of NO-2measured by both methods of colorimetry and chemiluminescence

3.2 NC法的精度

本研究采用NC法，選擇50%冰醋酸提供酸性條件，以0.05 mol·L-1抗壞血酸作為還原劑，測定NO2-標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，檢測范圍為2～500 μg·L-1，檢出限為2 μg·L-1，即10 μg·kg-（1按水土比5∶1計），在95%置信區(qū)間內(nèi)的精度為1.2 μg·L-1。前人采用NC法主要用于測定水體和人體血漿中NO2-濃度（表3），如Cox[22]測定天然水體的NO2-濃度，精度為0.4 μg·L-1；王燕等[24]測定水體中NO2-濃度的精度為0.34 μg·L-1；Nagababu等[25]測定血漿中NO2-濃度的精度為0.16 μg·L-1。本研究中NC法的檢測精度為1.2 μg·L-1，高于前人采用NC法的測定結(jié)果。這可能是由于不同的研究者選擇的氮氧化物分析儀、酸性條件與還原劑不同造成的。

不同的氮氧化物分析儀其測樣頻率和載氣流速均不同。本研究采用熱電環(huán)境儀器公司出品的氮氧化物分析儀（型號42i），其對NO濃度的檢測頻率最高為1s一個數(shù)據(jù)，即1Hz，遠(yuǎn)低于Nagababu等[28]采用一氧化氮分析儀（Sievers280i，通用電氣分析儀器公司，美國）的采樣頻率4 Hz。兩臺儀器的檢測限相近（1 nmol·mol-1左右），而高的采樣頻率會提高NO2-的檢測精度。本研究所用的載氣流速為500 mL·min-1，以滿足熱電環(huán)境儀器公司出品的氮氧化物分析儀的使用要求，但該載氣流速高于之前研究采用的流速101～300 mL·min-（1表3）。Bateman等[34]的研究表明，流速在42～126 mL·min－1范圍時，加大流經(jīng)反應(yīng)瓶的載氣流速，會促進反應(yīng)瓶中的NO由液態(tài)向氣態(tài)轉(zhuǎn)化，從而加快NO氣體與液體的分離速度，同時會減少NO在氮氧化物分析儀中與O3的反應(yīng)時間，導(dǎo)致NO濃度信號值降低，但能提高方法精度；而王燕等[24]觀測到隨著載氣流速的增加（150～750 mL·min－1），反應(yīng)的信號值先增大后降低，當(dāng)流速為480 mL·min－1時信號值最大。如果信號值高導(dǎo)致精度欠佳，則本研究采用大的載氣流速可能是導(dǎo)致精度低的一個原因。但是對于本試驗，降低載氣流速是否能提高方法的精度，還有待于進一步驗證。

表2 兩種方法測定3種土壤NO2-濃度的回收率Table 2 The recovery rate of NO2-in three soils measured by both methods of colorimetry and chemiluminescence

此外，不同的研究者采用NC法測定NO－2濃度時選用不同物質(zhì)作為還原劑和酸性環(huán)境，如Amini等[27]選擇碘（I－）和硫酸，王燕等[24]選擇礬（V3+）和鹽酸。本研究之所以選擇抗壞血酸作為還原劑，主要是因為其相對于碘和礬來說，能更好地避免硝酸鹽、亞硝胺、亞硝基硫醇等物質(zhì)的干擾[25]，而這些物質(zhì)在土壤中也普遍存在。至于不同還原劑和酸性條件是否會影響方法的檢測精度仍需進一步研究。

3.3 NC法與比色法比較

采用NC法測定三種不同酸堿度（pH 5.4～8.7）土壤中NO－2濃度的回收率結(jié)果較好，為90%～97%。本研究NC法測定土壤NO－2濃度的檢出限和精度均優(yōu)于比色法。對于酸性土壤（HN和HB）的NO－2，采用NC法與比色法的測定結(jié)果沒有顯著差異，但對于堿性土壤（SX）來說，NC法的測定結(jié)果較比色法顯著提高11%～24%。這可能是由土壤性質(zhì)的差異導(dǎo)致的。HN土壤的有機質(zhì)和總氮含量明顯高于HB土壤，但兩方法測定HN和HB土壤的NO－2濃度結(jié)果無顯著差異，表明有機質(zhì)和總氮可能不是造成差異的原因。兩方法測定結(jié)果差異顯著的SX土壤，pH值為8.7，高于HN和HB土壤（5.4和6.2），屬于堿性土壤。Amini等[27]采用NC法測定土壤浸提液中的NO2－濃度時發(fā)現(xiàn)，樣品中Ca2+、SO24－和CO23－會對NO2－的測定產(chǎn)生一定的干擾，而堿性土壤中上述離子的含量一般較多。這可能是導(dǎo)致NC法測定SX土壤NO2－濃度較比色法偏高的一個原因。但由于本試驗所用的土壤種類較少，土壤酸堿性對測定結(jié)果的影響有待后續(xù)增加樣本數(shù)量來驗證。

3.4 NC法的優(yōu)缺點

NC法對于土壤中NO2－濃度的測定有以下三方面優(yōu)點：

（1）樣品用量少。本試驗中，考慮到土壤浸提液中NO2－濃度范圍和操作方便等問題，采用進樣量為1 mL；若待測液的NO2－濃度較大時，還可適當(dāng)減少進樣量。

（2）不受浸提液中懸浮物質(zhì)或顏色的影響。而采用比色法測定NO2－濃度時，需對有懸浮物或有顏色的待測液進行前處理，過程復(fù)雜，費時費力。

（3）所需試劑容易配制，尤其針對比色法某些試劑含有毒性而言，操作簡單安全。

但NC法較比色法也存在著不足：

（1）樣品分析效率較低。本研究中NC法測定NO2－樣品的時間為8～15 min·個－1，隨著樣品中NO2－濃度的增加，分析時間也相應(yīng)增加，對于批量樣品測定效率并不高。如對于40個NO2－樣品（＜100 μg·L－1）的測定，采用比色法僅需1 h，而采用NC法至少需要6 h。

（2）系統(tǒng)穩(wěn)定時間較長。比色法的顯色僅需20 min，而NC法中待反應(yīng)瓶背景NO信號值降低至5 nmol·mol－1以下并穩(wěn)定至少需要2 h。

（3）對裝置氣密性要求很高，否則外界環(huán)境中NO的濃度會對測定造成影響，而比色法則不受環(huán)境中NO濃度的影響。

（4）儀器維護成本較高。NC法中使用的氮氧化物分析儀需定期進行標(biāo)定（需要標(biāo)定系統(tǒng)及標(biāo)準(zhǔn)氣體等）及維護（更換顆粒過濾器及清洗儀器管路等），其成本明顯高于比色法中分光光度計的維護成本。

表3 不同研究者采用NC法測定NO2－濃度的條件、范圍和精度Table 3 The condition，detection range,detection limit and precision for NO2－concentration with chemiluminescence method by different studies

4 結(jié)論

本研究采用氣相轉(zhuǎn)化-化學(xué)發(fā)光法，選擇50%冰醋酸提供酸性條件，以0.05 mol·L-1抗壞血酸作為還原劑，測定土壤中的NO2-含量。該方法檢測范圍為2～500 μg·L-1，平均變異系數(shù)為2.5%，在95%置信區(qū)間內(nèi)測定精度為6 μg·kg-（1水土比為5∶1），方法回收率為90%～97%。該方法測定酸性土壤NO2-含量與國標(biāo)比色法無顯著差異，但可能會高估堿性土壤的NO2-含量。氣相化學(xué)發(fā)光法不受浸提液中懸浮物質(zhì)或有色物質(zhì)的影響，所用試劑無毒性，但分析時間隨著NO2-濃度的增加而增長（8～15 min），限制了該方法的分析效率。后續(xù)研究可考慮通過增加不同類型土壤樣本、更換不同的還原劑或降低反應(yīng)流速，進一步評估該方法的適用性，并提高方法的精度和分析效率。

致謝：對本研究提供技術(shù)支持和幫助的有中國科學(xué)院大氣物理研究所的付永鋒、張寒、馬磊和李來港等，謹(jǐn)致謝忱。

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A gas phase conversion-chemiluminescence method for detecting nitrite concentrations in soils

WANG Lin1,2,WANG Rui2*,ZHENG Xun－h(huán)ua2,3,ZHANG Li－juan1
（1.College of Resources and Environmental Sciences,Agricultural University of Hebei,Baoding 071000,China;2.State Key Laboratory of Atmospheric Boundary Layer Physics and Atmospheric Chemistry,Institute of Atmospheric Physics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100029,China;3.College of Earth Sciences,University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 200049,China）

A chemiluminescence method that detects nitric oxide（NO）combined with the conversion from nitrite to NO for measuring soil nitrite concentrations is reported.The applicability of the method is evaluated by comparing it with the colorimetry method.The chemiluminescence method involves a reaction system consisting of 50%glacial acetic acid and ascorbic acid in the purge vessel.At room temperature,samples containing nitrite were injected into the purge vessel and nitrite was stoichiometrically reduced to NO by ascorbic acid under these acidic conditions.The produced NO was swept with pure nitrogen gas into the NO analyzer and the data was recorded while chemiluminescence signals were generated.The concentration of nitrite in the samples was calculated by the curve between the peak areas of the NO signals and the corresponding standard nitrite concentrations.The results showed that peak areas of chemiluminescence signals were linearly positively correlated with the nitrite concentrations in the range of 2 to 500 μg·L－1（P＜0.01）.The lowest detection limit of this method was 2μg·L-1,equivalent to10 μg·kg-1in soil（water∶soil=5∶1）,lower than that of the colorimetry method（15 μg·kg-1）.This method had a good precision of 1.2 μg·L-1within 95%confidence interval by repeating the measurements of standard nitrite concentration of 50 μg·L-1for ten times.The corresponding precision for soil nitrite concentration（6 μg·kg-1）was also better than that of colorimetry（11 μg·kg-1）.The recovery rates were in the range of 90%～97%.Compared to the colorimetry,the chemiluminescence method had the same accuracy for detecting nitrite concentrations in acid soils,but it overestimated the concentrations in alkaline soil because of the existence of Ca2+,SO2-4,and CO2-3in alkaline soil.Moreover,the analysis times for each soil nitrite sample were approximately 8～15 min,which is time-consuming comparing to the colorimetry method.

nitrite;chemiluminescence;soil;nitric oxide

S153.6

A

1672－2043（2017）09－1916－09

10.11654/jaes.2017－0238

王 琳，王 睿，鄭循華,等.氣相轉(zhuǎn)化－化學(xué)發(fā)光法測定土壤中的亞硝態(tài)氮[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2017,36（9）：1916－1924.

WANG Lin,WANG Rui,ZHENG Xun－h(huán)ua,et al.A gas phase conversion－chemiluminescence method for detecting nitrite concentrations in soils[J].Journal of Agro-Environment Science,2017,36（9）:1916－1924.

2017－02－28

王 琳（1992—），女，河北保定人，碩士研究生，主要研究方向為土壤環(huán)境質(zhì)量評價與監(jiān)測。E－mail：wanglin26@mail.iap.ac.cn

*通信作者：王 睿E－mail：wangrui@mail.iap.ac.cn

國家自然科學(xué)基金項目（41303060，41675144）；大氣邊界層物理與大氣化學(xué)國家重點實驗室開放課題

Project supported：The National Natural Science Foundation of China（41303060，41675144）；State Key Laboratory of Atmospheric Boundary Layer Physics and Atmospheric Chemistry