李　燕，杜軍蘭，李慧青，王　寧

（國家海洋技術(shù)中心，天津　300111）

營養(yǎng)鹽自動分析儀測量海水氨氮鹽度效應(yīng)分析及解決方案探討

李燕，杜軍蘭，李慧青，王寧

（國家海洋技術(shù)中心，天津300111）

以營養(yǎng)鹽自動分析儀為研究對象，研究海水氨氮測量過程中海水鹽度效應(yīng)的特點，并在此基礎(chǔ)上研究降低鹽度效應(yīng)的方法。采用營養(yǎng)鹽自動分析儀測量不同鹽度標(biāo)準(zhǔn)溶液，標(biāo)準(zhǔn)曲線線性度都能達到0.999 0以上，說明海水鹽度對分析儀標(biāo)準(zhǔn)曲線線性度基本沒有影響；隨海水鹽度增加，標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率呈增加趨勢。通過對比15條不同鹽度標(biāo)準(zhǔn)曲線測量準(zhǔn)確性，確定在海水鹽度已知情況下選取與被測海水鹽度最為相近的人工海水定標(biāo)能夠最大程度降低鹽度效應(yīng)；在海水鹽度未知或海水鹽度變化較大情況下，以鹽度15的人工海水定標(biāo)，能夠最大程度降低鹽度效應(yīng)對氨氮測量結(jié)果的影響。

氨氮；營養(yǎng)鹽；分析儀；鹽度；海水

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和海洋開發(fā)利用程度的加深，海洋生態(tài)環(huán)境的壓力日益增大。海水中氨氮作為導(dǎo)致海水富營養(yǎng)化的主要營養(yǎng)物質(zhì)，已經(jīng)成為衡量海水水質(zhì)的重要指標(biāo)。目前國內(nèi)外對海水氨氮的檢測主要通過人工現(xiàn)場取樣、實驗室分析完成［1］，該方法操作繁瑣，監(jiān)測頻率低，人工參與程度高，不能滿足目前海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的需求。對此，國內(nèi)外已經(jīng)陸續(xù)開展了海水氨氮自動測量技術(shù)的研究工作［2-7］，并且研制出基于不同分析原理的多種海水營養(yǎng)鹽自動分析儀器。國外如美國Hach、意大利Systea、荷蘭SKALAR等，國內(nèi)的國家海洋技術(shù)中心［8］和四川大學(xué)［9］也分別研發(fā)出營養(yǎng)鹽自動分析儀。上述儀器能夠直接應(yīng)用于海洋現(xiàn)場，實現(xiàn)海水營養(yǎng)鹽濃度的現(xiàn)場自動測量，有效降低了營養(yǎng)鹽測量的工作量，提高了監(jiān)測效率。

但是由于海水成分復(fù)雜，氯離子、金屬離子等都可能會對氨氮的測量產(chǎn)生影響，營養(yǎng)鹽自動分析儀的現(xiàn)場自動測量過程中容易產(chǎn)生鹽度效應(yīng)［10］。隨著海水鹽度的增加，氨氮的測量值偏差會呈現(xiàn)不斷增加的趨勢。因此針對海水氨氮現(xiàn)場自動測量方法開展鹽度效應(yīng)的避免和修正，在海水氨氮成分的自動測量過程中具有重要意義。《海洋監(jiān)測規(guī)范》通過對不同鹽度條件下設(shè)置不同修正系數(shù)對測量結(jié)果進行修正的方法減小鹽度對測量結(jié)果的影響。但是上述方法無法直接應(yīng)用于自動化測量方法。

本文以國家海洋技術(shù)中心營養(yǎng)鹽自動分析儀為研究對象，研究了分析儀在不同鹽度、不同濃度條件下鹽度效應(yīng)的特點，并在此基礎(chǔ)上對鹽度修正方案進行了探討。

1　試劑與儀器

1.1試劑

人工海水（表1），銨標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液（100 mg/L），銨標(biāo)準(zhǔn)使用溶液（1 000 μg/L），試劑1（硝普鈉鹽），試劑2（苯酚混合液），試劑3（次氯酸改良試劑）。

配制人工海水所用試劑為基準(zhǔn)試劑，配制銨標(biāo)準(zhǔn)貯備液所用試劑為優(yōu)級純，其他試劑均為分析純，水為實驗室自制去離子水。

表1　人工海水鹽度設(shè)置

1.2標(biāo)準(zhǔn)溶液

以不同鹽度人工海水為基體，用銨標(biāo)準(zhǔn)使用液配制各濃度的氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液，具體配制方法見表2。

表2　銨標(biāo)準(zhǔn)溶液配制方法

1.3儀器

營養(yǎng)鹽自動分析儀：國家海洋技術(shù)中心；紫外-可見分光光度計：德國耶拿；超純水機：普析通用；移液器：德國eppendorf。

2　實驗方法

將反應(yīng)試劑及標(biāo)準(zhǔn)溶液加入到營養(yǎng)鹽自動分析儀的試劑口和水樣口，使用氨氮的測量模塊進行測量。儀器自動測量得到不同氨氮濃度對應(yīng)的吸光度Ai，其中氨氮濃度為0時標(biāo)記為A0。記錄儀器測量的Ai和氨氮濃度以及對應(yīng)的鹽度值。

3　結(jié)果與討論

3.1營養(yǎng)鹽自動測量鹽度效應(yīng)特點分析

3.1.1不同鹽度下分析儀測量標(biāo)準(zhǔn)曲線以測量吸光值（Ai-A0）為縱坐標(biāo)，氨氮濃度（mg/L）為橫坐標(biāo)，繪制各個鹽度下儀器測量氨氮的標(biāo)準(zhǔn)曲線。如表3所示，標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸系數(shù)R均大于0.998，說明海水鹽度增加對儀器測量標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性度沒有影響。同時可以看到隨鹽度增加，標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率呈緩慢增加的趨勢，說明造成鹽度效應(yīng)的離子在一定程度上參與了化學(xué)反應(yīng)，影響整個體系的顯色和反應(yīng)速率。

表3　營養(yǎng)鹽分析儀各鹽度標(biāo)準(zhǔn)曲線

選取表3中各鹽度下測量曲線的斜率，做斜率與鹽度的曲線（圖1），斜率-鹽度的相關(guān)系數(shù)R=0.933 2。因此，可以認(rèn)為營養(yǎng)鹽自動分析儀測量海水中氨氮的標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率與鹽度之間呈正相關(guān)。這也說明反應(yīng)開始到儀器讀取體系吸光值為止，隨海水鹽度增加整個體系的顯色效果呈增強的趨勢，可見海水中其它因子在氨氮測量的顯色反應(yīng)中起了一定作用。

圖1　營養(yǎng)鹽分析儀測量海水鹽度對標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率的影響

3.1.2基體鹽度對氨氮測量數(shù)值的影響做同一氨氮濃度在不同海水鹽度下測量值A(chǔ)的變化曲線，如圖2所示。同一氨氮濃度的測量值隨鹽度增加呈現(xiàn)增加的趨勢，說明在鹽度增大的情況下，到光學(xué)檢測的時間為止，不同鹽度下反應(yīng)體系的顏色是增加的趨勢。這一結(jié)論與前述實驗結(jié)論相同，都說明隨著海水基體鹽度的增加，對于同一特定氨氮濃度，同一特定標(biāo)準(zhǔn)曲線，測量結(jié)果會出現(xiàn)偏大的趨勢。

圖2　營養(yǎng)鹽分析儀測量值與基體鹽度的關(guān)系

實驗說明，隨海水鹽度增加，海水基體對氨氮自動測量化學(xué)反應(yīng)的影響也在增加。而海水中多種離子是海水成分的必然存在，上述影響不可避免，因此只能通過測量方法的改進來降低鹽度對測量結(jié)果的影響。本文所用營養(yǎng)鹽自動分析儀通過內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法實現(xiàn)氨氮測量結(jié)果的自動化處理，因此通過改變標(biāo)準(zhǔn)曲線對應(yīng)鹽度來降低鹽度效應(yīng)成為可能。本部分實驗說明，在海水鹽度已知情況下，選取與被測海水鹽度最為相近的人工海水定標(biāo)能夠最大程度降低鹽度效應(yīng)。

3.2營養(yǎng)鹽自動分析儀測量氨氮鹽度效應(yīng)解決方案探討

3.2.1定標(biāo)鹽度的選取采用營養(yǎng)鹽自動分析儀測量數(shù)據(jù)結(jié)果，將各鹽度下測量的A值代入不同鹽度下的標(biāo)準(zhǔn)曲線，計算準(zhǔn)確度。通過比較選取準(zhǔn)確度相對較高的一組，以此鹽度作為定標(biāo)鹽度。實驗比較分析了13個鹽度（表1）標(biāo)準(zhǔn)曲線對6個氨氮濃度的測量準(zhǔn)確度，確定以15和20兩個鹽度定標(biāo)，能夠取得普遍相對較高的測量準(zhǔn)確度。表4列出以鹽度15人工海水定標(biāo)后測量不同鹽度標(biāo)準(zhǔn)溶液，被測量標(biāo)準(zhǔn)溶液的鹽度越靠近鹽度15其測量相對誤差越小，反之則普遍越大，最大相對誤差為17.13%（標(biāo)準(zhǔn)液鹽度25）。

表4　以15鹽度定標(biāo)計算各鹽度下測量結(jié)果

3.2.2以氨氮回收率評估標(biāo)準(zhǔn)曲線的準(zhǔn)確性采用15，20兩個鹽度兩條標(biāo)準(zhǔn)曲線，將兩批次測量數(shù)據(jù)分別代入兩條標(biāo)準(zhǔn)曲線，計算各鹽度下測量的氨氮回收率，以進一步評估曲線的測量準(zhǔn)確性。通過分析，如表5所示，以鹽度15人工海水定標(biāo)，測量回收率基本控制在110%附近，相對更能滿足要求。

綜上所述，在海水鹽度未知或海水鹽度變化較大情況下，以鹽度15的人工海水定標(biāo)，能夠最大程度降低鹽度效應(yīng)對氨氮測量結(jié)果的影響。

4　總結(jié)

（1）營養(yǎng)鹽自動分析儀測量不同鹽度標(biāo)準(zhǔn)溶液，其標(biāo)準(zhǔn)曲線線性度都能達到0.999 0以上，說明海水鹽度對分析儀標(biāo)準(zhǔn)曲線線性度基本沒有影響。

（2）海水中相關(guān)離子會參與氨氮的顯色反應(yīng)，從而對不同鹽度標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率產(chǎn)生影響，隨海水鹽度增加，標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率呈增加趨勢。

（3）在海水鹽度已知情況下，選取與被測海水鹽度最為相近的人工海水定標(biāo)能夠最大程度降低鹽度效應(yīng)。

（4）在海水鹽度未知或海水鹽度變化較大情況下，以鹽度15的人工海水定標(biāo)，能夠最大程度降低鹽度效應(yīng)對氨氮測量結(jié)果的影響。

表5　兩條標(biāo)準(zhǔn)曲線計算氨氮回收率

［1］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 17378.4-2007.海洋監(jiān)測規(guī)范——第4部分：海水分析［S］.北京：海洋出版社，2007.

［2］余翔翔，郭衛(wèi)東.海水中低含量氨氮的高靈敏度熒光法測定［J］.海洋科學(xué)，2007，31（4）：37-41.

［3］劉增光，徐滋秋.海水中氨氮連續(xù)檢測的方法研究［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2015，16：54.

［4］鄭偉，劉文耀，金月寒，等，便攜式海水氨氮自動分析儀的研制［J］.分析儀器，2002（2）：6-9.

［5］陳曦，唐勇，李梅金，等，海水中氨的熒光檢測［J］.廈門大學(xué)學(xué)報，2001，40（1）：59-62.

［6］朱選祥，王丹君.電極法測定沸水中氨氮［J］.理化檢驗:化學(xué)分冊，2007，4（4）：283-284.

［7］Burkhard Horstkottea，Carlos M Duartea，Víctor Cerdàb.A Miniature and Field-Applicable Multipumping Flow Analyzer for AmmoniumMonitoringin Seawater with Fluorescence Detection［J］.Talanta，2011（85）：380-385.

［8］王寧，王聰，哈謙，等，基于熒光法的海水氨氮測量方法研究［J］.海洋技術(shù)，2010，29（4）:20-22.

［9］謝增鴻，柯子厚，郭良恰，等，流動注射熒光分光光度法測定水中痕量氨［J］.福州大學(xué)學(xué)報，1999，27：184-185.

［10］P Lopez.Effect of Changes in Water Salinity on Ammonium，Calcium，Dissolved Inorganic Carbon and Influence on Water/Sediment Dynamics［J］.Estuarine，Coastal and ShelfScience，2003（56）：943-956.

Analysis on the Effect of Measuring Ammonia Nitrogen in Seawater with Automatic Nutritive Salt Analyzer and Discussion on Solutions

LI Yan，DU Jun-lan，LI Hui-qing，WANG Ning
National Ocean Technology Center，Tianjin 300111，China

With the automatic analyzer for nutrient salts as the research object，this paper studies the characteristics of seawater salinity effect in the process of measuring ammonia nitrogen in seawater，as well as the approach to reduce salinity effect.When measuring standard solutions with different salinities，the linearities of standard curves from nutritive salt analyzer are over 0.9990，indicating that seawater salinity has broadly no effect on the linearity.With rising seawater salinity，the slope of the standard curve shows an increasing trend.Through analyzing the measuring accuracy of 15 standard curves with different salinities，it is ascertained that when the seawater salinity is known，the salinity effect can be reduced to the maximum extent by selecting the artificial seawater with a salinity similar to the tested seawater for calibration.When the seawater salinity is unknown or changes in a large scope，it is suggested to calibrate the standard curve at the salinity of 15，so as to minimize the influence of salinity effect on ammonia nitrogen measuring results.

ammonia nitrogen；nutritive salts；analyzer；salinity；seawater

P734.2

A

1003-2029（2016）02-0092-05

10.3969/j.issn.1003-2029.2016.02.017

2015-06-04

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）資助項目“營養(yǎng)鹽自動分析儀的改進”（2007AA092001-4）；海洋公益性行業(yè)科研專項資助項目“海洋站生態(tài)環(huán)境長期綜合觀測系統(tǒng)集成技術(shù)研究與示范”（201505007）

李燕（1981-），女，碩士，工程師，主要研究方向為海洋生態(tài)環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)。E-mail：mao448@sohu.com