营养盐自动分析仪测量海水氨氮盐度效应分析及解决方案探讨

李　燕，杜军兰，李慧青，王　宁

（国家海洋技术中心，天津　300111）

营养盐自动分析仪测量海水氨氮盐度效应分析及解决方案探讨

李燕，杜军兰，李慧青，王宁

（国家海洋技术中心，天津300111）

以营养盐自动分析仪为研究对象，研究海水氨氮测量过程中海水盐度效应的特点，并在此基础上研究降低盐度效应的方法。采用营养盐自动分析仪测量不同盐度标准溶液，标准曲线线性度都能达到0.999 0以上，说明海水盐度对分析仪标准曲线线性度基本没有影响；随海水盐度增加，标准曲线斜率呈增加趋势。通过对比15条不同盐度标准曲线测量准确性，确定在海水盐度已知情况下选取与被测海水盐度最为相近的人工海水定标能够最大程度降低盐度效应；在海水盐度未知或海水盐度变化较大情况下，以盐度15的人工海水定标，能够最大程度降低盐度效应对氨氮测量结果的影响。

氨氮；营养盐；分析仪；盐度；海水

随着经济社会的快速发展和海洋开发利用程度的加深，海洋生态环境的压力日益增大。海水中氨氮作为导致海水富营养化的主要营养物质，已经成为衡量海水水质的重要指标。目前国内外对海水氨氮的检测主要通过人工现场取样、实验室分析完成［1］，该方法操作繁琐，监测频率低，人工参与程度高，不能满足目前海洋生态环境监测的需求。对此，国内外已经陆续开展了海水氨氮自动测量技术的研究工作［2-7］，并且研制出基于不同分析原理的多种海水营养盐自动分析仪器。国外如美国Hach、意大利Systea、荷兰SKALAR等，国内的国家海洋技术中心［8］和四川大学［9］也分别研发出营养盐自动分析仪。上述仪器能够直接应用于海洋现场，实现海水营养盐浓度的现场自动测量，有效降低了营养盐测量的工作量，提高了监测效率。

但是由于海水成分复杂，氯离子、金属离子等都可能会对氨氮的测量产生影响，营养盐自动分析仪的现场自动测量过程中容易产生盐度效应［10］。随着海水盐度的增加，氨氮的测量值偏差会呈现不断增加的趋势。因此针对海水氨氮现场自动测量方法开展盐度效应的避免和修正，在海水氨氮成分的自动测量过程中具有重要意义。《海洋监测规范》通过对不同盐度条件下设置不同修正系数对测量结果进行修正的方法减小盐度对测量结果的影响。但是上述方法无法直接应用于自动化测量方法。

本文以国家海洋技术中心营养盐自动分析仪为研究对象，研究了分析仪在不同盐度、不同浓度条件下盐度效应的特点，并在此基础上对盐度修正方案进行了探讨。

1　试剂与仪器

1.1试剂

人工海水（表1），铵标准贮备溶液（100 mg/L），铵标准使用溶液（1 000 μg/L），试剂1（硝普钠盐），试剂2（苯酚混合液），试剂3（次氯酸改良试剂）。

配制人工海水所用试剂为基准试剂，配制铵标准贮备液所用试剂为优级纯，其他试剂均为分析纯，水为实验室自制去离子水。

表1　人工海水盐度设置

1.2标准溶液

以不同盐度人工海水为基体，用铵标准使用液配制各浓度的氨氮标准溶液，具体配制方法见表2。

表2　铵标准溶液配制方法

1.3仪器

营养盐自动分析仪：国家海洋技术中心；紫外-可见分光光度计：德国耶拿；超纯水机：普析通用；移液器：德国eppendorf。

2　实验方法

将反应试剂及标准溶液加入到营养盐自动分析仪的试剂口和水样口，使用氨氮的测量模块进行测量。仪器自动测量得到不同氨氮浓度对应的吸光度Ai，其中氨氮浓度为0时标记为A0。记录仪器测量的Ai和氨氮浓度以及对应的盐度值。

3　结果与讨论

3.1营养盐自动测量盐度效应特点分析

3.1.1不同盐度下分析仪测量标准曲线以测量吸光值（Ai-A0）为纵坐标，氨氮浓度（mg/L）为横坐标，绘制各个盐度下仪器测量氨氮的标准曲线。如表3所示，标准曲线的回归系数R均大于0.998，说明海水盐度增加对仪器测量标准曲线的线性度没有影响。同时可以看到随盐度增加，标准曲线斜率呈缓慢增加的趋势，说明造成盐度效应的离子在一定程度上参与了化学反应，影响整个体系的显色和反应速率。

表3　营养盐分析仪各盐度标准曲线

选取表3中各盐度下测量曲线的斜率，做斜率与盐度的曲线（图1），斜率-盐度的相关系数R=0.933 2。因此，可以认为营养盐自动分析仪测量海水中氨氮的标准曲线斜率与盐度之间呈正相关。这也说明反应开始到仪器读取体系吸光值为止，随海水盐度增加整个体系的显色效果呈增强的趋势，可见海水中其它因子在氨氮测量的显色反应中起了一定作用。

图1　营养盐分析仪测量海水盐度对标准曲线斜率的影响

3.1.2基体盐度对氨氮测量数值的影响做同一氨氮浓度在不同海水盐度下测量值A的变化曲线，如图2所示。同一氨氮浓度的测量值随盐度增加呈现增加的趋势，说明在盐度增大的情况下，到光学检测的时间为止，不同盐度下反应体系的颜色是增加的趋势。这一结论与前述实验结论相同，都说明随着海水基体盐度的增加，对于同一特定氨氮浓度，同一特定标准曲线，测量结果会出现偏大的趋势。

图2　营养盐分析仪测量值与基体盐度的关系

实验说明，随海水盐度增加，海水基体对氨氮自动测量化学反应的影响也在增加。而海水中多种离子是海水成分的必然存在，上述影响不可避免，因此只能通过测量方法的改进来降低盐度对测量结果的影响。本文所用营养盐自动分析仪通过内置标准曲线的方法实现氨氮测量结果的自动化处理，因此通过改变标准曲线对应盐度来降低盐度效应成为可能。本部分实验说明，在海水盐度已知情况下，选取与被测海水盐度最为相近的人工海水定标能够最大程度降低盐度效应。

3.2营养盐自动分析仪测量氨氮盐度效应解决方案探讨

3.2.1定标盐度的选取采用营养盐自动分析仪测量数据结果，将各盐度下测量的A值代入不同盐度下的标准曲线，计算准确度。通过比较选取准确度相对较高的一组，以此盐度作为定标盐度。实验比较分析了13个盐度（表1）标准曲线对6个氨氮浓度的测量准确度，确定以15和20两个盐度定标，能够取得普遍相对较高的测量准确度。表4列出以盐度15人工海水定标后测量不同盐度标准溶液，被测量标准溶液的盐度越靠近盐度15其测量相对误差越小，反之则普遍越大，最大相对误差为17.13%（标准液盐度25）。

表4　以15盐度定标计算各盐度下测量结果

3.2.2以氨氮回收率评估标准曲线的准确性采用15，20两个盐度两条标准曲线，将两批次测量数据分别代入两条标准曲线，计算各盐度下测量的氨氮回收率，以进一步评估曲线的测量准确性。通过分析，如表5所示，以盐度15人工海水定标，测量回收率基本控制在110%附近，相对更能满足要求。

综上所述，在海水盐度未知或海水盐度变化较大情况下，以盐度15的人工海水定标，能够最大程度降低盐度效应对氨氮测量结果的影响。

4　总结

（1）营养盐自动分析仪测量不同盐度标准溶液，其标准曲线线性度都能达到0.999 0以上，说明海水盐度对分析仪标准曲线线性度基本没有影响。

（2）海水中相关离子会参与氨氮的显色反应，从而对不同盐度标准曲线的斜率产生影响，随海水盐度增加，标准曲线斜率呈增加趋势。

（3）在海水盐度已知情况下，选取与被测海水盐度最为相近的人工海水定标能够最大程度降低盐度效应。

（4）在海水盐度未知或海水盐度变化较大情况下，以盐度15的人工海水定标，能够最大程度降低盐度效应对氨氮测量结果的影响。

表5　两条标准曲线计算氨氮回收率

［1］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 17378.4-2007.海洋监测规范——第4部分：海水分析［S］.北京：海洋出版社，2007.

［2］余翔翔，郭卫东.海水中低含量氨氮的高灵敏度荧光法测定［J］.海洋科学，2007，31（4）：37-41.

［3］刘增光，徐滋秋.海水中氨氮连续检测的方法研究［J］.科技创新与应用，2015，16：54.

［4］郑伟，刘文耀，金月寒，等，便携式海水氨氮自动分析仪的研制［J］.分析仪器，2002（2）：6-9.

［5］陈曦，唐勇，李梅金，等，海水中氨的荧光检测［J］.厦门大学学报，2001，40（1）：59-62.

［6］朱选祥，王丹君.电极法测定沸水中氨氮［J］.理化检验:化学分册，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］王宁，王聪，哈谦，等，基于荧光法的海水氨氮测量方法研究［J］.海洋技术，2010，29（4）:20-22.

［9］谢增鸿，柯子厚，郭良恰，等，流动注射荧光分光光度法测定水中痕量氨［J］.福州大学学报，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

国家高技术研究发展计划（863计划）资助项目“营养盐自动分析仪的改进”（2007AA092001-4）；海洋公益性行业科研专项资助项目“海洋站生态环境长期综合观测系统集成技术研究与示范”（201505007）

李燕（1981-），女，硕士，工程师，主要研究方向为海洋生态环境在线监测技术。E-mail：mao448@sohu.com