干方群 吳 珂 馬 菲 杜昌文，3*

(1.江蘇開放大學(xué)(江蘇城市職業(yè)學(xué)院)環(huán)境生態(tài)學(xué)院，南京 210017； 2.中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008； 3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 現(xiàn)代農(nóng)學(xué)院，北京 100049)

水資源是地球上所有生命生存的重要資源及生物體最重要的組成部分。近年來(lái)，隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的加劇，進(jìn)入環(huán)境中的氮素仍呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)[1]。水生態(tài)系統(tǒng)中氮素的最主要存在形態(tài)是總氮(TN)、硝態(tài)氮(NO3-—N)、亞硝態(tài)氮(NO2-—N)和氨氮(NH4+—N)，其中，硝態(tài)氮是活性氮中導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化以及危害人體健康的重要形式[2-3]。世界衛(wèi)生組織及歐盟規(guī)定地下水中硝酸鹽質(zhì)量濃度的飲用標(biāo)準(zhǔn)分別為≤10 mg/L及11.3 mg/L[4]，我國(guó)現(xiàn)行地下水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中Ⅲ類飲用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定硝酸鹽≤ 20 mg/L[5]，因此水體中硝酸鹽的檢測(cè)是水體質(zhì)量表征中人們非常關(guān)注的問(wèn)題。

水體中硝酸鹽的測(cè)定方法主要有濕化學(xué)法、高效液相色譜法、化學(xué)發(fā)光法等[6]，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法主要有麝香草酚(百里酚)、酚二磺酸法分光光度法、紫外分光光度法、鎘柱還原法、離子色譜法、氣相分子吸收光譜法等。隨著社會(huì)的發(fā)展，分析的時(shí)效性和成本成為分析方法提升的著重關(guān)注點(diǎn)，高靈敏度、高選擇性實(shí)用方法的選擇推動(dòng)了現(xiàn)代儀器分析技術(shù)在硝酸鹽檢測(cè)中的發(fā)展[7]，比如電化學(xué)方法、紅外光譜法等。本文基于國(guó)內(nèi)外水體硝態(tài)氮檢測(cè)方法的原理分類，主要按照光學(xué)分析法、色譜分析法、電化學(xué)分析法、現(xiàn)代光譜分析方法等類別，擬就各方法的研究進(jìn)展，以及各檢測(cè)方法的應(yīng)用前景作一介紹。

2 水體硝酸鹽的檢測(cè)方法

2.1 光學(xué)分析法

2.1.1 分光光度法

分光光度法是硝酸鹽檢測(cè)比較經(jīng)典的方法，也是目前實(shí)驗(yàn)室分析中廣泛采用的方法，通常采用直接分光光度法和還原法。直接分光光度法是利用硝酸鹽在一定條件下發(fā)生顯色反應(yīng)，通過(guò)吸光度值折算出硝酸鹽的量，這類方法的差異主要體現(xiàn)在選用的顯色劑和測(cè)定波長(zhǎng)范圍。還原法是利用還原劑將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽或銨鹽，通過(guò)亞硝酸鹽或銨鹽的吸光度值得出它們的含量，再換算成硝酸鹽的含量，所不同的主要是具體還原劑的選取[8]。分光光度法原理和設(shè)備較為簡(jiǎn)單，但一般只能測(cè)出0.05～5 mg/L范圍內(nèi)的氮含量，測(cè)定濃度范圍較窄，同時(shí)檢測(cè)分析的處理時(shí)間長(zhǎng)，較難適用快速分析和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急分析。

1)酚二磺酸分光光度法

酚二磺酸分光光度法選用的顯色劑為酚二磺酸，測(cè)定的波長(zhǎng)范圍是在410 nm波長(zhǎng)處，適用于飲用水、地下水和清潔地面水中硝酸鹽的測(cè)定[9]。該方法測(cè)量范圍較大，最低檢出濃度為0.02 mg/L，顯色穩(wěn)定，是水質(zhì)監(jiān)測(cè)的推薦方法，但是對(duì)反應(yīng)條件要求嚴(yán)格，易受到水體中氯化物、亞硝酸鹽、銨鹽、有機(jī)物和碳酸鹽的干擾，試劑制備麻煩，樣品前處理步驟較多，較難控制，造成測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度低[10]。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于該方法的研究大多側(cè)重在對(duì)酚二磺酸法測(cè)定硝酸鹽影響因素的探討上，比如顯色劑、硝化條件、取樣量、工作曲線、水樣 pH值、氨水加入量、水樣中氯離子、亞硝酸鹽含量等[11-12]，以期通過(guò)改進(jìn)操作方法、控制反應(yīng)條件等提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度和方法的適用范圍，具體包括嚴(yán)格使用無(wú)硝酸鹽空白水樣，調(diào)節(jié)水樣的pH值至8，并在24 h之內(nèi)完成測(cè)定分析；不同水樣采用不同的預(yù)處理，確保水浴加熱均勻穩(wěn)定，合理控制時(shí)間和稀釋操作等來(lái)提高測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性[13]。此外，加酸程序等系統(tǒng)誤差也對(duì)硝酸鹽測(cè)定的回收率存在影響，在天然水樣中加入不含酚二磺酸、重新配制的標(biāo)樣溶液，以及采用與樣品分析步驟相一致的工作曲線進(jìn)行分析結(jié)果的計(jì)算等可以解決加標(biāo)回收率偏高的問(wèn)題[14-15]。

2)麝香草酚分光光度法

麝香草酚分光光度法選用的顯色劑是麝香草酚，測(cè)定波長(zhǎng)在415 nm波長(zhǎng)處，最低檢測(cè)質(zhì)量濃度為0.5 mg/L，適用于生活飲用水及其水源水中硝酸鹽的測(cè)定[16]。本方法比酚二磺酸分光光度法操作簡(jiǎn)單，硝酸鹽濃度在 0～15.0 mg/L范圍內(nèi)均能呈現(xiàn)良好的測(cè)定效果，最低檢測(cè)質(zhì)量濃度為0.25 mg/L，但是亞硝酸鹽和氯化物分別會(huì)產(chǎn)生正負(fù)干擾[17]。乙醇溶液的有效加入量也是影響反應(yīng)的重要因素，因乙醇溶液會(huì)揮發(fā)，易使測(cè)定結(jié)果偏低，同時(shí)還需要準(zhǔn)確控制標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸入量和加入方式[10，17]。研究表明，本方法與紫外分光光度法、離子色譜法等測(cè)定結(jié)果的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[17-19]，但麝香草酚分光光度法操作較為繁瑣，需要使用較多的試劑，使用的氨水等溶液具有刺激性或腐蝕性，對(duì)環(huán)境安全和人體健康具有一定的影響[19]。張振偉等[18]優(yōu)化建立了麝香草酚—微量分光光度法，硝酸鹽氮濃度在0.5～10 mg/L的范圍內(nèi)，與吸光度呈良好的線性關(guān)系，方法的檢出限為0.3 mg/L，與傳統(tǒng)方法相比，減少了90%的樣本用量及約95%的化學(xué)試劑用量。

3)紫外分光光度法

HOATHER[20]于1959年提出了紫外分光光度法，并被很多國(guó)家列為標(biāo)準(zhǔn)分析方法。本方法是利用硝酸鹽在210～220 nm處有最大吸收的紫外單波長(zhǎng)法來(lái)測(cè)定硝酸鹽，適用于未受污染的天然水體、經(jīng)凈化處理的生活飲用水及其水源水，最低檢測(cè)質(zhì)量濃度為0.2 mg/L?？扇苄杂袡C(jī)物、表面活性劑、亞硝酸鹽、Cr6+、次氯酸酸鹽和氯酸鹽、氫氧化物和碳酸鹽均會(huì)產(chǎn)生干擾，但氯化物不干擾測(cè)定。鑒于水中有機(jī)物的干擾，紫外分光光度法多用于硝酸鹽含量高、有機(jī)物含量低的地表水測(cè)定。

王曼等[21]分析了紫外分光光度法測(cè)定硝酸鹽的影響因子及消除方法，提出分別加入氨基磺酸、稀鹽酸酸化、絮凝共沉淀和大孔中性吸附樹脂等來(lái)消除水樣中亞硝酸鹽、堿度及大部分常見的有機(jī)物、濁度和Fe3+、Cr6+的干擾，平均回收率為100.62%。董志浩等[22]發(fā)現(xiàn)Fe3+對(duì)測(cè)定結(jié)果有很大影響，隨著Fe3+濃度的增加，干擾強(qiáng)度增加，而鹽酸羥胺對(duì)Fe3+有較好的掩蔽效果；當(dāng)硝酸鹽質(zhì)量濃度為1～3 mg/L且Fe3+濃度低于5 mg/L 時(shí)，硝酸鹽測(cè)定結(jié)果的相對(duì)誤差小于5%。為消除污水中重金屬和溶解性有機(jī)物的干擾作用，將粉狀活性碳吸附處理污水后進(jìn)行硝酸鹽的檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于該標(biāo)準(zhǔn)方法規(guī)定的2.6%[23]。方力等[24]將一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)優(yōu)化方法應(yīng)用于水中硝酸鹽的分析，硝酸鹽的相對(duì)誤差可小于5%。通過(guò)對(duì)硝酸鹽含量檢測(cè)結(jié)果不確定度的分析發(fā)現(xiàn)，主要的不確定度來(lái)源于試樣溶液含量測(cè)量重復(fù)性等測(cè)量誤差，其次是儀器、擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線[25]，實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程中，可以采用減小重復(fù)性測(cè)量的不確定度，并通過(guò)熟練操作以降低測(cè)定硝酸鹽標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的不確定度值[26-27]。

由于紫外分光光度法易被水樣中其他離子和有機(jī)物干擾，一般適用于測(cè)定低有機(jī)物含量的樣品[28]，隨后優(yōu)化建立了在216～275 nm處測(cè)定硝酸鹽吸光度的紫外吸收雙波長(zhǎng)法，這種方法可以在一定程度上校正水樣中干擾物帶來(lái)的影響[29]。但是使用雙波長(zhǎng)法的儀器需要經(jīng)常校正，溴離子、氯離子、亞硝酸鹽離子、濁度等存在干擾吸收的因素，都對(duì)紫外光有吸收，并且其吸收帶與硝酸鹽吸收帶有一定的譜線重疊，可能導(dǎo)致測(cè)定值偏高[6，30]。近年來(lái)，紫外吸收光度法進(jìn)一步發(fā)展成紫外吸收全光譜法，即在多個(gè)特征波長(zhǎng)處測(cè)量硝酸鹽吸光度來(lái)提升測(cè)定結(jié)果的精確度，同時(shí)光譜數(shù)據(jù)的處理方法也成為提高準(zhǔn)確度的有效途徑[6，30-33]。李丹等[6]采用紫外吸收全光譜法對(duì)多種水樣進(jìn)行了測(cè)試，驗(yàn)證了該方法可用于測(cè)定海水中的硝酸鹽，并具有很好的準(zhǔn)確性、時(shí)效性和實(shí)用性。黃鑫等[30]比較了單波長(zhǎng)紫外分光光度法和紫外吸收全光譜法測(cè)定地表水中硝酸鹽，結(jié)果表明根據(jù)偏最小二乘法對(duì)紫外吸收全光譜掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線降維、擬合回歸后得到的硝酸鹽濃度的準(zhǔn)確性優(yōu)于單波長(zhǎng)法，模型預(yù)測(cè)值與實(shí)際值的相關(guān)性達(dá)到0.999[33]。王靜敏等[34]結(jié)合紫外吸收和二階導(dǎo)數(shù)光譜法，在不經(jīng)過(guò)任何預(yù)先分離處理的情況下，建立了水體硝酸鹽和亞硝酸鹽的快速在線監(jiān)測(cè)方法，可以實(shí)現(xiàn)水樣中二者的快速準(zhǔn)確測(cè)定。

4)還原法

還原法是先將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，再以不經(jīng)還原柱的水樣測(cè)出的亞硝酸鹽為基準(zhǔn)，兩者的差異就是硝酸鹽的含量。目前常用的還原劑有Zn、Cd-Hg、Cd-Cu、Zn-Cd、二苯胺、二苯基聯(lián)苯胺、番木鱉堿、硫酸肼等。本方法測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確，最低檢測(cè)質(zhì)量濃度為0.001 mg/L，但是還原柱的制備以及老化、操作復(fù)雜、耗時(shí)長(zhǎng)，水樣渾濁或有懸浮固體，油和脂，pH值、鐵、銅或其它金屬均會(huì)產(chǎn)生干擾，不適宜大量樣品的檢測(cè)。

劉燕[35]將鎘柱還原法用于測(cè)定地表水中硝酸鹽，研究發(fā)現(xiàn)該方法的檢出限為0.010 mg/L，標(biāo)樣測(cè)試相對(duì)誤差為0.2%，精密度2.48%～2.82%。王金葉等[36]選用鋅-鎘還原法測(cè)定天然水中硝酸鹽，結(jié)果表明基質(zhì)鹽度、鹽分組成、鋅片面積、pH值、容器器形、鋅卷形狀依次對(duì)測(cè)定結(jié)果均有影響，其中前三個(gè)因素影響顯著。在鋅鎘法中添加含氨的氯化銨溶液，改進(jìn)后的銨鋅鎘還原法使硝酸鹽的還原率達(dá)到94.3%，精密度為2.0%，比鋅鎘法還原率和精密度高，且無(wú)鹽效應(yīng)[37]。彭自然等[38]運(yùn)用鎘柱還原法測(cè)定養(yǎng)殖水體中的硝酸鹽，研究發(fā)現(xiàn)該方法的檢出限為0.003 2 mg/L，精密度和準(zhǔn)確度較高，且養(yǎng)殖水體中常見的濁度、鹽度、有機(jī)物在一般濃度下對(duì)測(cè)定無(wú)顯著影響，但仍存在線性范圍較窄、檢測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)為15 min/樣、稀釋測(cè)定可能造成較大誤差等問(wèn)題。夏炳訓(xùn)等[39]認(rèn)為鎘柱還原法測(cè)定海水中硝酸鹽時(shí)，硝酸鹽的工作曲線可以使用亞硝酸鹽的繪制曲線，通過(guò)簡(jiǎn)化測(cè)定步驟，避免了不應(yīng)有的誤差。

近年來(lái)，為了提高水樣中硝酸鹽的檢測(cè)效率，鎘柱還原與流動(dòng)分析法等自動(dòng)分析方法結(jié)合形成聯(lián)合檢測(cè)手段備受人們的青睞，在線鎘柱還原-流動(dòng)注射分析法可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)定水中的硝酸鹽和亞硝酸鹽，其中硝酸鹽方法的線性范圍為0.020～2.0 mg/L，樣品測(cè)定頻率為22樣/h，極大地提高了工作效率，可實(shí)現(xiàn)大批量樣品分析[40]。魏福祥等[41]將鎘柱還原法與流動(dòng)注射技術(shù)和分光光度法相結(jié)合，建立了一種快速測(cè)定海水樣品中硝酸鹽含量的方法。在溫度為20～35 ℃，pH 2.5～3.0條件下，還原效率可穩(wěn)定在95%以上，硝酸鹽的測(cè)定范圍為0～20.0 mg/L，檢出限為0.015 mg/L，且測(cè)定結(jié)果不受海水中主要共存離子的影響，實(shí)際海水樣品中硝酸鹽測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差≤1.5%，平均加標(biāo)回收率≤104%。劉麗敏等[42]用在線鎘柱還原-連續(xù)流動(dòng)注射法測(cè)定地表水和海水中的硝酸鹽，測(cè)定頻率高達(dá)60樣/h，所用試劑消耗量少，但也存在手工裝填鎘柱程序及活化再生工序繁瑣等缺點(diǎn)。陳水土等[43]研究發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)優(yōu)化銅鎘柱還原法測(cè)定的一些步驟來(lái)提高測(cè)定結(jié)果，比如鎘柱制備、蠕動(dòng)泵連接方式、過(guò)柱流速、加入氯化銨緩沖液不同方法的選擇等，同時(shí)還需要進(jìn)一步研究蠕動(dòng)泵乳膠管與鎘柱玻管、控制閥等的配套、鎘柱使用壽命的控制、活化時(shí)機(jī)的選擇、活化程序該如何進(jìn)行才能提高活化效率等問(wèn)題。

此外，張振偉等[44]研究和評(píng)價(jià)了一種新型快速測(cè)定飲用水中硝酸鹽的全自動(dòng)硫酸肼還原法，結(jié)果表明該方法測(cè)定范圍為0～11.3 mg/L，相關(guān)系數(shù)0.999 5，檢出限為0.01 mg/L，樣品和試劑用量少，適合大批量水樣中硝酸鹽的快速測(cè)定與篩查。肖翔群等[45]將對(duì)羥基苯甲酸用于水體硝酸鹽的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)于410 nm可見光處有最大吸收。本方法最低檢出濃度0.16 mg/L，適用于地表水、地下水及飲用水中硝酸鹽氮的測(cè)定，而不同移液工具的使用、硫酸銀-硫酸溶液的加入方式、比色管搖晃平穩(wěn)程度對(duì)測(cè)定均有一定影響，亞硝酸鹽和氯化物也會(huì)產(chǎn)生一定干擾。

2.1.2 分子發(fā)光分析法

硝酸鹽檢測(cè)的分子發(fā)光分析法包括熒光分析法和化學(xué)發(fā)光分析法，區(qū)別主要在于發(fā)光體系不同，熒光法是生物發(fā)光體如螢火蟲生物、細(xì)菌生物等發(fā)光，化學(xué)發(fā)光采用魯米諾化學(xué)反應(yīng)體系。發(fā)光分析法具有選擇性好、抗干擾能力強(qiáng)、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，尤其是化學(xué)發(fā)光分析法可以通過(guò)化學(xué)反應(yīng)或自身發(fā)光，不需要外加光源，可以有效避免背景光和散射光等干擾。但是也存在許多物質(zhì)不能直接發(fā)光，或者發(fā)光體系并不健全，同時(shí)又容易受到酸度、溫度、溶解氧等環(huán)境因素的影響，在開發(fā)和應(yīng)用中受到一定程度的限制。此外，分子發(fā)光分析法的應(yīng)用儀器精密，檢測(cè)和維護(hù)的費(fèi)用也較高[46]。王燕等[47]探索建立了天然水體中硝酸鹽和亞硝酸鹽含量測(cè)定的化學(xué)發(fā)光法，硝酸鹽和亞硝酸鹽含量的檢測(cè)限分別為0.01 μmol/L；當(dāng)樣品濃度為0.2、0.4 μmol/L時(shí)，精密度分別為5%和3%，鹽度對(duì)測(cè)定結(jié)果沒(méi)有影響?；瘜W(xué)發(fā)光法的進(jìn)一步發(fā)展得益于結(jié)合了其他自動(dòng)分析方法，比如流動(dòng)注射分析與化學(xué)發(fā)光法的結(jié)合。龔正君等[48]先用海綿鋅-鎘將硝酸鹽還原成亞硝酸鹽，亞硝酸鹽和過(guò)氧化氫反應(yīng)生成的過(guò)氧化亞硝酸酯與堿性魯米諾反應(yīng)產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，再以沒(méi)有經(jīng)過(guò)還原柱的亞硝酸鹽化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度為基準(zhǔn)，計(jì)算出硝酸鹽的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度，成為能夠?qū)崿F(xiàn)硝酸鹽和亞硝酸鹽同時(shí)測(cè)定的新方法。此外，熒光分光光度法在血液中硝酸鹽濃度的測(cè)定中也展開了一些嘗試，研究發(fā)現(xiàn)測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確，樣本和還原劑的用量均較少，方法較為簡(jiǎn)便易行[49]。

2.1.3 光譜法

一般用于硝酸鹽檢測(cè)的光譜法主要包括氣相分子吸收光譜法和原子吸收光譜法。氣相分子吸收光譜法是通過(guò)將硝酸鹽還原分解生成NO，將其載入吸光管中在214.4 nm處測(cè)定吸光度，通過(guò)比爾定律求得硝酸鹽濃度，其測(cè)定快速、省時(shí)省力，對(duì)水樣清潔度要求不高，受干擾較小，較適于陰離子和酸根離子的測(cè)定。原子吸收光譜法是用銀離子與1，10-鄰二氮雜菲和硝酸鹽在弱酸性介質(zhì)中形成不溶性絡(luò)合物，采用原子吸收光譜間接測(cè)定多余銀的方法計(jì)算硝酸鹽含量。

硝酸鹽檢測(cè)的光譜法主要是涉及氣相分子吸收光譜法和原子吸收光譜法。陳京京[50]認(rèn)為氣相分子吸收光譜法和紫外分光光度法實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)顯著差異，在水質(zhì)分析中都具有良好的精密度和準(zhǔn)確度，但紫外分光光度法的前處理工序繁瑣，受干擾較多，而氣相分子吸收光譜法無(wú)復(fù)雜前處理，對(duì)水樣清潔度要求不高，受干擾較小，測(cè)定快速，便于在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)樣品批量分析，因此氣相分子吸收光譜法更具有實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的潛力。徐靜等[51]認(rèn)為鎘柱還原法是經(jīng)典方法，適合少量低濃度海水樣品的測(cè)定；連續(xù)流動(dòng)比色法檢出限低、靈敏度高，操作簡(jiǎn)單，適合一般海水樣品的測(cè)定；氣相分子吸收法具有操作簡(jiǎn)單、快速等優(yōu)點(diǎn)，適合大批量高濃度海水樣品的測(cè)定。朱炳德等[52]歸納了海水中低濃度的硝酸鹽和亞硝酸鹽的測(cè)定方法主要有4種，即分光光度法(富集分光光度法和液芯波導(dǎo)分光光度法)、高效液相色譜法、熒光法和化學(xué)發(fā)光法。這些測(cè)定方法比傳統(tǒng)的分光光度測(cè)定法有更高的靈敏度和更低的檢測(cè)限，可以對(duì)海水中納摩爾級(jí)低濃度的硝酸鹽和亞硝酸鹽進(jìn)行測(cè)定?；瘜W(xué)發(fā)光法和液芯波導(dǎo)分光光度法測(cè)定時(shí)對(duì)樣品的需求量少，自動(dòng)化程度高，后者還能實(shí)現(xiàn)多個(gè)參數(shù)的實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，具有廣闊的應(yīng)用前景，有望成為目前海水中低濃度硝酸鹽和亞硝酸鹽測(cè)定的主流方法。

2.2 色譜法

2.2.1 高效液相色譜法(HPLC)

早在1984 年，HPLC法用來(lái)測(cè)定肉制品中的硝酸鹽和亞硝酸鹽含量[53]，之后廣泛用于食品、醫(yī)藥、環(huán)境等領(lǐng)域。BLANCO[54]提出了一種用HPLC同時(shí)測(cè)定自來(lái)水、萵苣和蘋果樹葉中硝酸鹽和亞硝酸鹽的方法，在不使用預(yù)濃縮系統(tǒng)的情況下，硝酸鹽的檢測(cè)限為0.2 ng，亞硝酸鹽的檢測(cè)限為1 ng，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差硝酸鹽小于2%，亞硝酸鹽小于5%。崔秀玉等[55]建立了一種靈敏的高效液相色譜檢測(cè)不同體液中硝酸鹽和亞硝酸鹽的應(yīng)用技術(shù)。王國(guó)勝[56]采用液相色譜法分析了水中的氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽等三種常見陰離子，可多組分同時(shí)測(cè)定，所需試劑少，比傳統(tǒng)方法節(jié)省了許多時(shí)間和人力物力。SCHROEDER[57]介紹了一種用反相十八烷基柱、磷酸/磷酸二氫鹽水流動(dòng)相的高效液相色譜法分析天然水和廢水中硝酸鹽的方法，最佳硝酸鹽濃度為0.3～3 mg/L時(shí)，檢測(cè)限為0.007 mg/L，最佳范圍內(nèi)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差始終小于1%；亞硝酸鹽和有機(jī)生色團(tuán)不會(huì)產(chǎn)生干擾，六價(jià)鉻和硫酸鹽會(huì)產(chǎn)生輕微的正干擾，但在典型環(huán)境濃度下可忽略不計(jì)。王玉文等[58]應(yīng)用快速反相高效液相色譜法同時(shí)測(cè)定水體中硝酸鹽和亞硝酸鹽，發(fā)現(xiàn)最低檢出量硝酸鹽為0.08 ng，亞硝酸鹽為0.06 ng，在對(duì)流動(dòng)相的pH值及濃度優(yōu)化后，測(cè)定自來(lái)水及城市排放水的全部時(shí)間僅需要3 min。若選擇四丁基溴化銨(TBA Br)為離子對(duì)試劑，采用反相離子對(duì)高效液相色譜法測(cè)定水中硝酸鹽和亞硝酸鹽，具有快速、準(zhǔn)確、靈敏，且線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，硝酸鹽、亞硝酸鹽檢出限為0.003 mg/L，測(cè)定下限為0.01 mg/L，兩者的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差小于 3.11%，回收率在 95.7%～105.9%，水中常見的9種陰離子不構(gòu)成干擾，與經(jīng)典的麝香草酚分光光度法等方法比較，測(cè)定結(jié)果無(wú)顯著性差異[59-60]。

2.2.2 離子色譜法

1975年，離子色譜法發(fā)展成為一項(xiàng)新的液相色譜技術(shù)。國(guó)標(biāo)中規(guī)定了本方法最低檢測(cè)質(zhì)量濃度決定于不同進(jìn)樣量和檢測(cè)器靈敏度。一般情況下，硝酸鹽檢測(cè)范圍為0.15～2.5 mg/L，水樣性質(zhì)、測(cè)定條件等會(huì)影響分析的準(zhǔn)確性。

張文蕓[61]將離子色譜法用于同時(shí)測(cè)定飲用水中的氯化物、硝酸鹽和硫酸鹽，最低檢測(cè)限分別為0.010、0.005、0.020 mg/L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均<3%，回收率為99%～102%。離子色譜法可滿足地表水硝酸鹽和亞硝酸鹽環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，檢出限分別為0.001 7 mg/L和 0.007 0 mg/L，精密度為0.22%～0.97%，準(zhǔn)確度較高。與氣相分子吸收光譜法相比，離子色譜法具有操作簡(jiǎn)便、分離度高、毒性危害小等特點(diǎn)[62]。魏國(guó)芬[63]對(duì)比研究了離子色譜法和分光光度法測(cè)定農(nóng)村井水中硝酸鹽和亞硝酸鹽，兩者測(cè)定硝酸鹽的精密度、準(zhǔn)確度、t值檢驗(yàn)無(wú)顯著性差異，均滿足日常檢測(cè)要求。但相對(duì)而言離子色譜法的檢出限低，具有樣品前處理過(guò)程簡(jiǎn)單，測(cè)定過(guò)程快速且可實(shí)現(xiàn)多種離子同時(shí)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)[64]。段淑娥等[65]以Na2CO3、NaHCO3為淋洗液，硫酸為再生液，采用離子色譜法可以快速、靈敏、準(zhǔn)確地同時(shí)測(cè)定包裝飲用水中硝酸鹽和亞硝酸鹽的含量，硝酸鹽質(zhì)量濃度范圍為 0.1～10.0 mg/L，R2為0.999 6，加標(biāo)回收率為94.36%，儀器精密度為0.117%，方法精密度為0.496%。廖德豐等[66]探討了離子色譜法測(cè)定杭州灣水樣中硝酸鹽結(jié)果的不確定度，其主要來(lái)源于標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合、重復(fù)測(cè)量、標(biāo)準(zhǔn)溶液配制和進(jìn)樣體積等4個(gè)方面，其中前兩個(gè)方面分別約占總不確定度的42%和47%，這和其他研究者的結(jié)論是一致的[67-68]，地下水中硝酸鹽含量越低，差異越大[68]。趙春華[69]全面分析了離子色譜法測(cè)定生活飲用水中硝酸鹽、氯化物、氟化物、硫酸鹽的不確定度來(lái)源，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型對(duì)測(cè)量過(guò)程中的不確定度進(jìn)行了逐層分析和合成，采用最小二乘法對(duì)外標(biāo)曲線擬合的不確定度進(jìn)行了評(píng)定，其測(cè)定的相對(duì)擴(kuò)展不確定度分別為0.18、0.074、0.078、0.078，該不確定度的評(píng)定方法在實(shí)際工作中具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。離子色譜法可以同時(shí)測(cè)定養(yǎng)殖水體中硝酸鹽等6種陰離子，30 min內(nèi)能夠?qū)?0 μg樣品分離完全，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確[70]，對(duì)海水和土壤中硝酸鹽的檢出限分別可達(dá)到4.84 μg/L[71]和0.064 mg/L[72]，在6 min內(nèi)能完成土壤水溶鹽的分析[72]。

2.3 電化學(xué)法

2.3.1 離子選擇電極法

20世紀(jì)60年代以來(lái)，離子選擇電極法得到快速發(fā)展。國(guó)內(nèi)研究較早的是液膜和固膜硝酸根離子選擇電極，由于使用的設(shè)備簡(jiǎn)便易操作，測(cè)量的線性范圍廣，響應(yīng)速度快，而且能進(jìn)行連續(xù)快速的測(cè)定，被廣泛應(yīng)用于化工、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、醫(yī)藥等領(lǐng)域[73]。近年來(lái)，硝酸根離子選擇電極的研究重點(diǎn)主要集中在離子載體的選擇以及各種添加劑或增速劑的配比選擇上[74]。1985年，詹朝坤[75]較為詳實(shí)地?cái)⑹隽薖VC膜的離子選擇電極法測(cè)定硝酸鹽的分析過(guò)程。孫宏等[76]利用離子選擇性電極測(cè)定水質(zhì)中硝酸鹽含量，發(fā)現(xiàn)兩者之間的線性關(guān)系好，標(biāo)準(zhǔn)曲線平均極差在55 mV左右，樣品的回收率在 94%～107%。王素芳等[77]分析了離子選擇電極法直接測(cè)定水、廢水、土壤樣品的可行性，認(rèn)為硝酸根電極使用時(shí)注意事項(xiàng)較多，離子選擇電極除對(duì)某特定離子有響應(yīng)外，其它共存離子對(duì)電極電勢(shì)也有影響，其中Fe3+干擾嚴(yán)重，Zn2+、Pb2+也有干擾，在中性條件下，用EDTA可消除干擾。趙慶武等[78]利用帶有統(tǒng)計(jì)功能的計(jì)算器對(duì)離子選擇電極法測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行處理可以直接得到水樣中硝酸鹽濃度，不需要建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，方法的線性范圍為 0.15～50 mg/L，平均回收率102%，可以用于實(shí)際水樣中痕量硝酸鹽的測(cè)定。付祥勇等[79]研究發(fā)現(xiàn)離子選擇性電極能直接測(cè)定水樣中硝酸鹽，溶液的顏色和濁度一般不影響測(cè)試結(jié)果，Cl-、NO2-、CO32-、HCO3-、ClO3-在一般情況下也不會(huì)對(duì)測(cè)試產(chǎn)生干擾，加入pH值約為4.5的離子強(qiáng)度緩沖液可減少并穩(wěn)定CO32-和 HCO3-的干擾，硫酸銀可減少并穩(wěn)定Cl-、Br-、I-、CN-、S2-的干擾。

2.3.2 極譜法

極譜法是通過(guò)修飾電極和輔助電極上的峰擴(kuò)散電流計(jì)算目標(biāo)溶液濃度，操作較為簡(jiǎn)單、分析速度快，但是由于常用的工作電極是滴汞電極，因此靈敏性較低且有毒易污染。伏安分析法在靈敏度和分辨率方面比極譜法更有優(yōu)勢(shì)，因此極譜法漸漸被其取代。黃石青等[80]采用極譜法和二磺酸酚法測(cè)定飲用水中硝酸鹽含量，通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，極譜法的變異系數(shù)小且回收率高。王銀起等[81]用示波極譜法直接測(cè)定硝酸鹽與麝香草酚反應(yīng)生成的硝基酚化合物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該方法在0.01～1μg范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系，樣品加標(biāo)回收率在98.6%～104.3%。

2.3.3 毛細(xì)管電泳法

毛細(xì)管電泳(CE)主要基于溶液中的荷電粒子在電場(chǎng)力作用下發(fā)生差速遷移進(jìn)行離子分離，再由檢測(cè)器根據(jù)保留時(shí)間和吸光度值確定離子種類及濃度，是一種有效的檢測(cè)手段。這種方法需要樣品量少，沖洗方便，可以進(jìn)行微量分析，能夠同時(shí)高效地檢測(cè)多種離子，且設(shè)備簡(jiǎn)單易維護(hù)，具有很好的應(yīng)用前景。1995年首先被應(yīng)用于醫(yī)學(xué)，隨后很快擴(kuò)展應(yīng)用到多種領(lǐng)域，與HPLC相比檢測(cè)樣品也更微量化、低緩沖，儀器進(jìn)樣自動(dòng)化，設(shè)備維護(hù)簡(jiǎn)單，成本較低。姜廷福等[82]以溴離子(Br-)為內(nèi)標(biāo)，以含1 mol/L NaCl的40 mmol/L H3PO4-NaOH 緩沖液(pH=3.5)為背景電解質(zhì)，建立了毛細(xì)管離子電泳同時(shí)測(cè)定腌菜中硝酸鹽和亞硝酸鹽的方法，兩者檢出限分別為0.1 g/L和 0.3 g/L。毛細(xì)管電泳可以與流動(dòng)注射聯(lián)用進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)采樣，通過(guò)優(yōu)化檢測(cè)波長(zhǎng)等檢測(cè)條件，同時(shí)研究了環(huán)境水樣中常見陰離子的干擾影響，建立了同時(shí)測(cè)定水體硝酸鹽和亞硝酸鹽的方法[83]。

2.4 現(xiàn)代光譜方法

目前廣泛應(yīng)用的光譜技術(shù)主要是分子光譜，包括紫外可見光譜、紅外光譜、熒光光譜和拉曼光譜。近三十年來(lái)，紅外光譜在環(huán)境分析中顯示出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[7，84]，將成為水體數(shù)字化的重要手段之一。紅外光譜包括紅外透射光譜和紅外反射光譜，其中透射光譜可用于定性分析，不適合定量，而且測(cè)定周期較長(zhǎng)，且由于水具有很強(qiáng)的紅外光吸收干擾，一般不用紅外透射光譜做水樣分析。由于紅外光譜中吸收最強(qiáng)的振動(dòng)是基頻振動(dòng)，所以紅外光譜的定性及定量分析最適于在中紅外區(qū)進(jìn)行。WANG等[85]用近紅外/可見光譜測(cè)定深圳水庫(kù)水質(zhì)的變化，測(cè)得生化需氧量(BOD)、化學(xué)需氧量(COD)和總有機(jī)碳含量(TOC)值有較高的相關(guān)性。何金成等[86]研究了運(yùn)用近紅外光譜法測(cè)量廢水COD的可行性，為快速確定廢水的污染程度提供理論依據(jù)。STEPHENS等[87]用近紅外/可見光譜建立了BOD5快速測(cè)量的預(yù)測(cè)模型。黃健等[88]利用小波去噪法對(duì)無(wú)機(jī)鹽氮的近紅外光譜進(jìn)行預(yù)處理，并用間隔偏最小二乘法建立無(wú)機(jī)鹽氮含量的校正模型，結(jié)果表明小波去噪法對(duì)原始光譜中的部分噪聲進(jìn)行濾除提高了模型的精度，所建模型對(duì)NH4+—N、NO2-—N的預(yù)測(cè)總體效果較好，但與NO3-—N的符合程度較低。楊家寶等[89]將漫反射光譜、光聲光譜和衰減全反射光譜等中紅外光譜應(yīng)用于快速表征小白菜葉片中的硝酸鹽含量，研究發(fā)現(xiàn)，3種光譜在硝酸鹽的特征吸收區(qū)(1 200～1 500 cm-1)均存在不同程度的干擾吸收，其中漫反射光譜干擾最多，光聲光譜次之，衰減全反射光譜最少；將衰減全反射光譜與偏最小二乘法結(jié)合建立模型可進(jìn)一步顯著減少硝酸鹽的預(yù)測(cè)誤差。拉曼光譜和紅外光譜均可以用于溶液中硝酸鹽含量的定量分析，溶液中硝酸鹽的拉曼特征峰在 1 047 cm-1處，中紅外衰減全反射光譜特征吸收峰在1 350 cm-1，特征峰強(qiáng)度均與硝酸鹽濃度成正比[90]。SHAVIV等[91]采用傅里葉變換衰減全反射光譜(FTIR-ATR)測(cè)定去離子水中和土壤溶液中的硝酸鹽，發(fā)現(xiàn)其特征吸收區(qū)在 1 250～1 550 cm-1。鑒于以上各種分析方法的特點(diǎn)，為及時(shí)響應(yīng)環(huán)境問(wèn)題，光譜技術(shù)在水體硝酸鹽的原位快速表征中表現(xiàn)出一定的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3 結(jié)語(yǔ)與展望

環(huán)境中硝酸鹽的測(cè)定方法日益增多，光學(xué)分析方法是當(dāng)前測(cè)定硝酸鹽的主要方法，經(jīng)典的分光光度法使用的儀器設(shè)備簡(jiǎn)單、價(jià)廉，但是主要是基于實(shí)驗(yàn)室的操作分析，耗時(shí)長(zhǎng)和人力密集，與海量快速的水質(zhì)信息需求不相適應(yīng)。色譜分析法雖然準(zhǔn)確，但是測(cè)定速度一般，在大批量測(cè)定時(shí)才可體現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)，且儀器設(shè)備昂貴，難以在常規(guī)水體硝酸鹽分析中應(yīng)用。電化學(xué)分析方法具有快速、簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，測(cè)定硝酸鹽的線性范圍較寬，但是該法費(fèi)用較高，影響結(jié)果準(zhǔn)確性的因素也較多。

隨著現(xiàn)代光譜技術(shù)的不斷發(fā)展，F(xiàn)TIR-ATR在水體硝酸鹽測(cè)定方面顯示出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。將光纖技術(shù)、衰減全反射技術(shù)應(yīng)用于水樣中含氧陰離子的分析，該光譜所負(fù)載的信息明顯優(yōu)于傳統(tǒng)紅外光譜，具有基頻特征吸收，干擾較小，定量更為準(zhǔn)確，在水體數(shù)字化上具有廣闊的應(yīng)用潛力。水體的FTIR-ATR光譜攜帶著豐富的信息(懸浮物、浮游生物、各類陰陽(yáng)離子等)，通過(guò)構(gòu)建具有代表性的水體FTIR-ATR光譜庫(kù)，借助現(xiàn)代的數(shù)字方法進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，可以實(shí)現(xiàn)快速適時(shí)的水體信息的定量傳感和質(zhì)量監(jiān)測(cè)，在水體硝酸鹽的分析實(shí)踐中具有廣闊的應(yīng)用空間。