基于中红外衰减全反射光谱的氮同位素标记硝态氮的快速测定.pdf

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1、第42卷分析化学(FENXIHUAXUE)研究报告第5期2014年5月ChineseJoumflofAnalyticalChemistry747～752DOI：10．3724／SP．J．1096．2014．30789基于中红外衰减全反射光谱的氮同位素标记硝态氮的快速测定邵艳秋杜昌文申亚珍马菲周健民(中国科学院南京土壤研究所土壤与农业可持续发展国家重点实验室，南京210008)摘要采用中红外衰减全反射光谱对溶液和土壤样本中硝态氮含量(NO-N／NO一N)进行快速测定。结果表明，溶液和土壤样本中硝酸盐的特征吸收区在12

2、00—1500cm～，进一步发现，与常规N0；相比，NOi的吸收峰红移约35cm～。在硝酸盐特征吸收区内，干扰吸收少，吸收峰与硝态氮浓度成正比，采用该特征波段的第一主成分与硝态氮含量进行线性回归分析，相关系数>0．9840，表明中红外衰减全反射光谱可用于溶液和土壤中硝态氮的快速检测。同时，依据”N0；吸收峰的红移特征，采用偏最dx-乘法对溶液和土壤样本不同氮同位素标记的硝态氮进行建模预测，结果表明，溶液和土壤样本的预测模型均达优秀水平；溶液样本中，“NO．N和NO一N相关系数(R)均为0．998，有RPD值分别为6

3、．44和4．76；而土壤样本中，NO一N和NO．N相关系数()分别为0．979和0．968，RPD值分别为5．75和4．78。因此，红外衰减全反射光谱可用于溶液和土壤中硝态氮以及氮同位素标记硝态氮的测定，为快速原位研究土壤中氮的硝化过程提供新的手段。关键词水稻土；衰减全反射光谱；氮同位素；硝酸盐1引言氮是自然界中最重要的元素之一，是植物正常生长发育所必需的营养元素之一。植物在生长发育过程中吸收的主要矿质氮源为铵态氮(NH一N)和硝态氮(NO，一N)J。通常，硝态氮含量的测定方法有还原蒸馏法、电极法、酚二磺酸法、镉柱

4、法、紫外分光光度法等'3J，但这些方法效率低、操作繁琐，难以在生产中广泛使用。而流动注射分析法以其具有分析速度快，准确度和精密度高，以及可以与多种检测手段相结合等一系列优点l5J，在生产中得到广泛的应用和推广，但该方法需要对土壤样品进行前处理，需要化学试剂，易破坏样品。上述所提到的方法仅仅只能测定样品中硝态氮的含量，但不能区分NO一N和¨NO一N，而常规N示踪的要通过质谱法测定。质谱方法需要大量的化学处理，把不同同位素态的氮转化为适当的形式进行测量。该方法耗时，操作复杂，且需要大量样品和实验室准备工作。Gardne

5、r等采用基于阳离子交换和荧光的检测方法测定HNH：／NH：，不同于质谱法，该法需要少量样品即可，且实验仪器较便宜，样品操作简单，但是，该方法分析时间较长，不适用于具有动态特殊性征的硝态氮的测定。鉴于以上方法所存在的问题，本研究采用中红外衰减全反射技术进行硝态氮的测定。中红外衰减全反射光谱与传统的方法相比，制样简单，无破坏性，对样品的大小、形状、含水量没有特殊要求J，且在红外光谱中硝酸盐吸收峰在1350cm左右’l。。，这为直接测定溶液和土壤中硝态氮含量提供理论依据。本研究以水稻土为实验材料，采用中红外衰减全反射光谱

6、技术(FFIR—ATR)，通过主成分分析和偏最小二乘回归(PLSR)，来测定水溶液和水稻土中的¨NO一N和NO．N，以期为快速检测和区分水稻土中N和巧N标记的硝态氮含量提供新方法。2实验部分2．1供试材料供试试剂为普通KNO，和N标记的KNO(美国Sigma公司)；供试土壤为水稻土，采自中国科学院南京土壤研究所常熟生态实验站。土壤的理化性质见表1。2013~8—16收稿；2o13．121接受本文系国家自然科学基金重点项目(No．41130749)资助+E—mail：ehwdu@issm．ac．cn748分析化学第4

7、2卷表1水稻土的理化性质Table1Physicalandchemicalpropertiesofpaddysoil2．2土壤中硝态氮的测定称取5．00g风干土，分别加入不同浓度的KNO溶液3mL(NO．N浓度分别为0，20，40，80，120，160和200mg／L)，重复3次。然后加人2mol／LKC1溶液浸提(水土比为10：1)，振荡1h后取出，静置30min，过滤。吸取过滤液，采用全自动间断化学分析仪(Smartcherr／200，意大利)测定。2．3红外光谱的测定采用Nicolet6700傅里叶变换红外光

8、声光谱仪(美国ThermoFisherScientific公司)，DTG检测器，衰减全反射附件采用45oCZnSeATR(德国Bruker公司)。测定衰减全反射光谱时，不同浓度的KNO溶液(NO一N浓度为0，20，40，60，80，100，120，140，160，180和200mg／L)可直接加至ATR晶体槽中；而风干土样品，由于直接用风干土壤样品进行FTI