[发明专利]测定硝酸盐浓度的方法

说明书

本发明提供了灵敏的比色硝酸盐分析方法。该分析能够以简单方式在μg/l的检测水平测定广谱溶液的硝酸盐水平。

硝酸盐离子是具有分子式NO₃^-以及分子量62.0049g/mol的氧化离子。硝酸盐代表了自然系统中发现的氮的最高氧化化学形态。所有生物系统都需要氮存在，因为氮被用于构建许多必需成分，例如蛋白质、DNA、RNA和维生素、以及激素和酶。诸如动物的高等生物不能利用简单形式的氮，例如硝酸盐和铵，而相反依赖复杂形式的氮，例如氨基酸和核酸。

虽然氮是生命的必需构件，但硝酸盐形式的氮也可为有害的。当通过进食食物和饮用水摄入硝酸盐时，硝酸盐转化为亚硝酸盐。亚硝酸盐接着与血红蛋白结合以形成高铁血红蛋白。此过程可导致器官组织中缺氧(医学)以及称作高铁血红蛋白血症的危险状况。婴儿中的高铁血红蛋白血症被称为蓝婴症。婴儿相比于大龄儿童或成人对于硝酸盐毒性更为敏感。虽然罕见死亡，但亚急性高铁血红蛋白血症可影响发育。高水平硝酸盐的慢性消耗也可引起其他健康问题，例如癌症或可促成干扰胚胎或胎儿的生长和发育。这是因为过量亚硝酸盐移入血流，其在其中强力结合于血液血红蛋白并损害胚胎或胎儿的氧气递送。提高的硝酸盐水平还通过硝酸盐还原细菌导致胃肠道中亚硝酸盐的积聚。最近已报道了饮用水中硝酸盐水平与女性中膀胱癌之间的关联。血液和血清硝酸盐水平还可因为一氧化氮(NO)的增加生成而变得升高。一氧化氮是不稳定的气体化合物，其易于扩散入体液中并在其中可转化为硝酸盐、亚硝酸盐或S-硝基硫醇(S-nitrothiol)。NO水平在免疫反应提升期间上升，例如发生在脓毒症、器官衰竭或移植排斥期间。

一些成年人相比其他人对于硝酸盐的影响更为敏感。在具有遗传突变的特定人中细胞色素b5还原酶可是低生成或缺乏的。此类个体不能如同具有该酶的那些人一样快速分解高铁血红蛋白，导致增加的高铁血红蛋白循环水平，结果他们的血液不是富氧的。胃酸不足的那些人也是有风险的。此类个体可包括例如，素食者和素食主义者。典型伴随素食者和素食主义者饮食的绿色、多叶蔬菜的增加消耗可导致硝酸盐摄入的增加。虽然硝酸盐风险最容易由饮用水引起，但其也可由食用具有高水平硝酸盐的蔬菜引起。植物中硝酸盐高水平例如可由于生长条件，如减少的阳光、必需微量营养素钼(Mo)和铁(Fe)的供应不足，或归因于植物中减少的硝酸盐同化的硝酸盐高浓度而引起。高水平硝酸盐施肥还促成收获植物中硝酸盐水平的提升。多种医学病症，例如食物过敏、哮喘、肝炎和胆结石可与低胃酸相关联；这些个体对于硝酸盐的影响也可以是高度敏感的。

然而，硝酸盐并不只影响人类。其它动物也受影响。硝酸盐在靠近陆地的一些淡水或河口系统中可达到潜在引起鱼类死亡的高水平。硝酸盐水平超过30ppm可在一些水生生物中抑制生长、损害免疫系统并引起应力。向氮有限的生态系统供应高水平的硝酸盐可导致浮游植物(藻类)和大型植物(水生植物)水平的显著增加。这可造成对脆弱生态系统的显著威胁。避免藻花蔓延的硝酸盐推荐水平是0.1至1mg/L。

硝酸盐是全世界地下水和地表水的广泛传播污染物。环境中硝酸盐的积聚极大地受到来自氮肥过度使用的径流(runoff)的影响。硝酸盐污染还可发生自集中动物饲养以及不良或未处理的人类污水。因为硝酸盐是动物或人类废弃物分解或腐烂后遗留的自然产生化学品，如果在流域(watershed)中存在大量腐烂的系统也会影响水质。腐烂物下渗入地下水源或含水层并在水体附近供应。依赖地下水的湖泊经常通过此过程受到硝化作用的影响。含硝酸盐废物还可产生自许多工业过程，包括纸张和军需品制造。在发电厂、汽车、SUV以及所有内燃机中燃烧化石燃料导致作为空气污染的硝酸和氨气的产生。

来自肥料、污水和制造业的硝酸盐离子已在全世界供水中达到了高浓度。在大多数发达国家中，对地表水，特别是用作饮用水源的那些地表水中的硝酸盐浓度的分析控制进行管制。美国环保局(EPA)已例如建立了针对硝酸盐的强制性规章，称10mg/L或10ppm为最大污染级(maximum contaminant level,MCL)。EPA由此注释饮用包含超过最大污染级的硝酸盐的水的小于六个月的婴儿可患重病，如果未治疗可能死亡。

因为硝酸盐的主要环境释放源自其在肥料中的使用，所以硝酸盐问题将不可能在任何时候很快消失。在最终饮用水、水域、工业废水、私人水井和河口中存在监控硝酸盐的持续需求。水源水的硝酸盐污染还将持续与依赖水纯度用于制造其产品的工业相关。