摘要：分子吸收光谱的原理，通过测量样品中特定波长下的光谱吸收情况，从而确定样品中硝酸盐氮、氨氮和亚硝酸盐氮的含量，结果表明，硝酸盐氮、氨氮和亚硝酸盐氮质量浓度在0.10~4.0 mg/L之间具有很好的线性关系，检出限分别为0.18、0.05、0.10 mg/kg，回收率为88.6%~101%；方法重复性良好，可用于土壤中氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮的快速测定。
关键词：气相分子吸收光谱仪,土壤,硝酸盐氮,氨氮,亚硝酸盐氮
土壤氮素研究是土壤学中历史悠久且十分活跃的一个研究领域，长期以来，这方面开展的研究工作很多。土壤氮素是农作物生长所必需的营养元素，通常以氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮形式存在，是评价土壤质量和土地生产力的重要指标。
氨氮是植物可以直接吸收利用的一种氮素形态。它在土壤中的存在形态主要取决于土壤pH值，通常在碱性或中性土壤中，氨态氮是主要的氮素形态。植物吸收氨态氮后，能够将其转化为蛋白质等有机物质，用于自身生长和维持生命活动。此外，氨氮还可以通过硝化作用转化为硝酸盐氮，进一步参与氮循环。
硝酸盐氮是植物从土壤中吸收的主要氮素形态之一。在土壤中，硝酸盐氮可以通过反硝化作用转化为氮气或一氧化二氮等气体，从而从土壤中释放氮素。此外，硝酸盐氮还可以作为植物吸收利用的一种氮素形态，参与植物的生长和代谢过程。
亚硝酸盐氮是氮循环中的一个中间产物，它在土壤中的含量通常较低。亚硝酸盐氮可以通过硝化作用转化为硝酸盐氮，也可以通过反硝化作用转化为氮气或一氧化二氮等气体。此外，亚硝酸盐氮还可以在某些情况下对植物造成毒害作用，因此需要控制其在土壤中的含量。
综上所述，氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮在土壤生态系统中起着重要的作用，它们通过参与氮循环、植物吸收利用等过程，对土壤肥力和植物生长产生重要影响。准确测定土壤中的氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮含量对于了解土壤质量、评估环境污染程度以及指导农业生产具有重要意义。
在国内，常见的土壤硝态氮测定方法有酚二磺酸比色法、镀铜镉还原-重氮化偶合比色法、紫外分光光度法，以及使用仪器自动化分析的流动分析法和离子色谱法等。目前测定土壤中氮氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮的方法[1]主要采用氯化钾溶液提取-分光光度法。其中氨氮的测定需用到苯酚这类有毒有害试剂，且显色时间长达5 h。而且硝酸盐氮的不能直接测定，需先把提取液通过镉柱，将硝酸盐氮还原成亚硝酸盐氮，在酸性条件下，亚硝酸盐氮与磺胺反应生成重氮盐，再与盐酸N-（1-萘基）-乙二胺偶联生成红色染料，在波长543 nm处测得硝酸盐氮和亚硝酸盐氮总量，扣除土壤中亚硝酸盐氮含量，即为硝酸盐氮含量。此方法操作过程复杂，耗时较长，镉柱制备及维护比较麻烦，还原效率容易不稳定，准确度和灵敏度相对较低，使用的部分化学试剂有毒有害，对环境造成污染，且对操作者的身体健康有危害。
气相分子吸收光谱法是一种操作简单，灵敏、快速、准确的方法，可用于直接快速测定土壤中的氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮各指标的含量。
氨氮的测定原理是提取液中的氨氮被氧化成等量亚硝酸盐氮，再由盐酸和乙醇催化还原为NO2气体，用载气将该气体载入气相分子吸收光谱仪中，在特征波长测得吸光度与氮氮浓度遵守比耳定律[2]。
硝酸盐氮测定原理是在3 mol/L盐酸介质中，于70℃±2℃温度下，三氯化钛可将硝酸盐迅速还原分解，生成的一氧化氮用空气载入气相分子吸收光谱仪的吸光管中，在特征波长处测得的吸光度与硝酸盐氮浓度遵守比耳定律[3]。
亚硝酸盐氮的测定原理是提取液中的亚硝酸盐氮由盐酸和乙醇催化分解成NO2气体，用载气将该气体载入气相分子吸收光谱仪中，在特征波长测得吸光度与亚硝酸盐氮浓度遵守比耳定律[4]。
本研究旨在探讨气相分子吸收光谱法在测定土壤中氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮的检出限，准确度，稳定性，实现土壤中氮元素的快速检测。
1实验部分
1.1试剂
本方法所用试剂除另有注明外，均为符合国家标准的分析纯化学试剂。实验用水为新制备的去离子水；盐酸：ρ（HCl）=1.12 g/mL，广试GR；氨基磺酸：10%水溶液；三氯化钛（TiCl3）：15%原液，化学纯；无水乙醇：分析纯。
次溴酸盐溶液：称量2.81 g溴酸钾（AR）及30 g氯化钾（AR），溶于500 mL纯水中，混匀，存放于棕色玻璃瓶中。
氨氮氧化剂：吸取12 mL次溴酸盐溶液于500 mL棕色磨口试剂瓶中，加入400 mL纯水及24 mL盐酸溶液（1+1），混匀静置2 h。
氨氮载流：移取500 mL盐酸（1+1），加入150 mL无水乙醇和350 mL无氨水，混匀，在暗处放置2 h以上。
硝酸盐氮载流：75 mL盐酸加入225 mL去离子水、150 mL三氯化钛溶液和50 mL无水乙醇，充分摇匀/超声，静置2 h以上。有效期15 d，低温密封遮光保存。
亚硝酸盐氮载流：移取400 mL盐酸溶液（1+3），加入80 mL无水乙醇，混匀，在暗处放置2 h以上。
1 mol/L氯化钾（KCl）溶液：称取74.55 g氯化钾（优级纯），用适量水溶解，移入1 000 mL容量瓶中，用水定容，混匀。
硝酸盐氮标准溶液：1 000 mg/L，编号GBW（E）082687，坛墨；氨氮标准溶液：1 000 mg/L，编号GBW（E）082818，坛墨；亚硝酸盐氮标准溶液：1 000 mg/L，编号BW20002-1000-W-50，坛墨。
1.2仪器及工作条件
1.2.1仪器
气相分子吸收光谱仪（带自动进样器）：AJ-3700型，配备氘灯光源、自动进样器等，上海安杰环保科技股份有限公司；水浴恒温振荡器：SHZ-C型，上海博讯医疗生物仪器有限公司；离心机：转速可达3 000 r/min，50 mL聚乙烯离心管。
1.2.2工作条件
1.2.2.1硝酸盐氮
空心阴极灯电源：50.00 mA；载气（空气）流量：0.5 L/min；工作波长：214.4 nm；负高压：200 V；测量光方式：峰高；狭缝宽度：0.2 nm。
1.2.2.2氨氮
空心阴极灯电源：50.00 mA；载气（空气）流量：0.5 L/min；工作波长：213.9 nm；负高压：228 V；测量光方式：峰高；狭缝宽度：0.2 nm。
1.2.2.3亚硝酸盐氮
空心阴极灯电源：50.00 mA；载气（空气）流量：0.5 L/min；工作波长：213.9 nm；负高压：148 V；测量光方式：峰高；狭缝宽度：0.2 nm。
1.3样品的制备
称取20.0 g新鲜土壤样品（去除杂物，手工混匀后）于250 mL塑料瓶中，加入100 mL 1 mol/L的氯化钾溶液，在20℃±2℃下以130 r/min转速在恒温水浴振荡器中振荡提取1 h。转移约50 mL提取液于50 mL聚乙烯离心管中，在3 000 r/min的条件下离心分离10 min，取上层清液直接分析。
2结果与讨论
2.1标准工作曲线和检出限
2.1.1硝酸盐氮
准确移取0.020、0.040、0.100、0.200、0.400 mL硝酸盐氮标准溶液（1 000 mg/L）于100 mL容量瓶中，加入2滴氨基磺酸，用1mol/L氯化钾定容至刻度，摇匀。配制成质量浓度分别为0.200、0.400、1.00、2.00、4.00 mg/L硝酸盐氮溶液。按照仪器参考条件，管路连接硝酸盐氮载流溶液，从低浓度到高浓度依次测量吸光度。以标准系列的质量浓度（mg/L）为横坐标，扣除相应空白后的吸光度为纵坐标，绘制标准工作曲线（表1、图1）。得出线性方程为y=0.030 5x+0.000 6，相关系数r=0.999 9。
2.1.2氨氮
准确移取0.010、0.020、0.050、0.100、0.200 mL氨氮标准溶液（1 000 mg/L）于100 mL容量瓶中，用1mol/L氯化钾定容至刻度，摇匀。配制成氨氮的质量浓度分别为0.100、0.200、0.400、1.00、2.00 mg/L。按照仪器参考条件，管路连接氨氮氧化剂和载流溶液，从低浓度到高浓度依次测量吸光度。以标准系列的质量浓度（mg/L）为横坐标，扣除相应空白后的吸光度为纵坐标，绘制标准工作曲线（表2、图2）。得出线性方程为y=0.117 9x-0.000 3，相关系数r=0.999 3。
2.1.3亚硝酸盐氮
准确移取0.010、0.020、0.050、0.100、0.200 mL亚硝酸盐氮标准溶液（1 000 mg/L）于100 mL容量瓶中，用1mol/L氯化钾定容至刻度，摇匀。配制成氨氮的质量浓度分别为0.100、0.200、0.400、1.000、2.000 mg/L。按照仪器参考条件，管路连接载流溶液，从低浓度到高浓度依次测量吸光度。以标准系列的质量浓度（mg/L）为横坐标，扣除相应空白后的吸光度为纵坐标，绘制标准工作曲线（表3、图3）。得出线性方程为y=0.128 9x+0.003 4，相关系数r=0.999 7。
分别称取7个石英砂作样品进行加标实验，按样品分析的全部步骤，进行平行结果测定，结果见表4，计算标准偏差，按公式MDL=t(n-1，0.99)×s计算出硝酸盐氮、氨氮、亚硝酸盐氮的方法检出限分别为018、0.05、0.10 mg/kg。
2.2精密度实验
选取新鲜土壤样品，按样品分析的全部步骤进行处理，在仪器工作条件下平行测定7次，测定结果见表5。
由表5可知，硝酸盐氮、氨氮、亚硝酸盐氮的相对标准偏差分别为2.9%、0.75%和1.2%，表明该方法的精密度良好。
2.3加标回收实验
选取新鲜土壤样品，分别加入100μg硝酸盐氮、100μg氨氮、100 ug亚硝酸盐氮含量的标准溶液，按样品分析的全部步骤进行处理，平行7次进行测定，结果见表6—表8。
由表6—表8可知，对硝酸盐氮含量为6.12 mg/kg、氨氮含量为18.57 mg/kg、亚硝酸盐氮含量为1.04 mg/kg的土壤样品进行了加标分析测定，各参数加标量均为100μg，实际样品中硝酸盐氮的加标回收率为88.6%~101%，氨氮的加标回收率为89.9%~97.8%，亚硝酸盐氮的加标回收率为92.3%~94.6%，结果表明该方法的准确度高。
3结论
根据实验结果，对气相分子吸收光谱法测定土壤中硝酸盐氮、氨氮和亚硝酸盐氮的检出限、稳定性和准确性等方面进行了深入研究，建立了气相分子吸收光谱法快速测定土壤中硝酸盐氮、氨氮和亚硝酸盐氮的方法，结果准确、可靠，操作简单易行，可用于土壤样品的批量检测。
4展望与建议
随着环境保护意识的不断提高，土壤质量监测已成为一项重要的研究领域。气相分子吸收光谱法作为一种具有高灵敏度和准确性的分析方法，在未来将发挥越来越重要的作用。为更好地应用该方法，建议未来研究重点关注以下几个方面：
1）进一步优化实验条件和方法，提高测定方法的稳定性和可靠性；
2）加强与其他测定方法的比较研究，验证气相分子吸收光谱法的优势和适用范围；
3）开展实际应用研究，将气相分子吸收光谱法应用于不同类型土壤、不同环境条件下的硝酸盐氮、氨氮及亚硝酸盐氮的测定；
4）推动方法标准化和规范化，促进气相分子吸收光谱法的广泛应用。
参考文献
[1]环境保护部、中华人民共和国国家环境保护标准.土壤氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的测定氯化钾溶液提取-分光光度法：HJ 634—2012[S].北京：中国环境科学出版社，2012.
[2]国家环境保护总局，中华人民共和国环境保护行业标准.水质氮氮气相分子吸收光谱法：HJ/T 195—2005[S].北京：中国环境科学出版社，2005.
[3]国家环境保护总局，中华人民共和国环境保护行业标准.水质硝酸盐氮的测定气相分子吸收光谱法：HJ/T 198—2005[S].北京：中国环境科学出版社，2005.
[4]国家环境保护总局，中华人民共和国环境保护行业标准.水质亚硝酸盐氮的测定气相分子吸收光谱法：HJ/T 197—2005[S].北京：中国环境科学出版社，2005.
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