鹽度變化較大的水體氨氮監(jiān)測(cè)方法的優(yōu)化研究

摘 要：本文闡述了適用于江河入海口及海域等鹽度變化較大水體的氨氮監(jiān)測(cè)方法的優(yōu)化策略，研究了海水鹽度對(duì)氨氮OPA測(cè)試方法的影響，通過優(yōu)化試劑配方，提供了準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)高鹽度水體氨氮的方案。新試劑在常溫條件下的質(zhì)保期大于30d，符合海上生態(tài)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)系統(tǒng)的運(yùn)維需求。同時(shí)，本文還研究了顯色溫度和濁度對(duì)OPA法氨氮監(jiān)測(cè)的影響，在100NTU濁度變化范圍內(nèi)可正常測(cè)試，滿足監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中高低溫環(huán)境溫度的影響試驗(yàn)要求，無需額外做濁度和溫度補(bǔ)償，確認(rèn)了OPA方法在監(jiān)測(cè)海水氨氮方面的適用性。

關(guān)鍵詞：氨氮；OPA；入?？?；海水

中圖分類號(hào)：X 824" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

現(xiàn)行海水氨氮的監(jiān)測(cè)方法主要參考《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》（GB 17378.4—2007）第四部分《海水分析》[1]，氨氮的監(jiān)測(cè)有2種國(guó)標(biāo)方法，即“靛酚藍(lán)分光光度法”及“次溴酸鈉氧化法”。

靛酚藍(lán)分光光度法[2]是在弱堿性的介質(zhì)中，以亞硝酰鐵氰化鈉為催化劑，氨與苯酚和次氯酸鹽反應(yīng)生成靛酚藍(lán)。此方法試劑中的主要成分之一是苯酚，具有較大毒性，不利于大量推廣，且試劑質(zhì)保期短，無法滿足生態(tài)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)系統(tǒng)長(zhǎng)間隔周期運(yùn)維的要求。同時(shí)，此方法受鹽度影響，當(dāng)用純水做基底進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，測(cè)試不同鹽度的海水需校正不同修正系數(shù)，操作較為繁瑣。

次溴酸鈉氧化法[3]是在堿性介質(zhì)中，次溴酸鈉將氨氧化成亞硝酸鹽，然后以萘乙二胺的方法測(cè)定亞硝酸鹽的總量，再扣除當(dāng)前水體亞硝酸鹽的含量。此方法分析步驟復(fù)雜，在水溫高于10℃的條件下，氧化時(shí)間需要30min左右，在水溫低于10℃的條件下，需要氧化更久，而且次溴酸鈉溶液建議為現(xiàn)配現(xiàn)用，在在線儀器上實(shí)現(xiàn)難度較大。

1 OPA熒光法在海水氨氮監(jiān)測(cè)中的適用性

OPA熒光法是指海水中的氨氮與鄰苯二甲醛（O-Phthal-

dehyde， OPA）[4]、亞硫酸鈉在堿性介質(zhì)中反應(yīng)，生成具有熒光性的異吲哚衍生物，當(dāng)其吸收了外界的能量后，能發(fā)射一定波長(zhǎng)和強(qiáng)度的光，此光稱為熒光。利用特定的波段對(duì)激發(fā)出的熒光進(jìn)行吸收，熒光信號(hào)與氨氮的濃度在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)線性關(guān)系。此方法目前在國(guó)內(nèi)還未進(jìn)入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但在國(guó)外已經(jīng)有較為廣泛的應(yīng)用。

此方法測(cè)試原理較為簡(jiǎn)單，無須過多的中間步驟，且試劑原材料毒性較小，是在線監(jiān)測(cè)儀器方法的優(yōu)選。但此方法也受海水鹽度及溫度的干擾，本文對(duì)此方法的海水鹽度影響屏蔽進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了不受海水鹽度干擾的目標(biāo)，可利用純水做基底進(jìn)行校準(zhǔn)，并且無須做鹽度校正；同時(shí)，通過增加消解恒溫裝置解決溫度的影響。改進(jìn)后的方法試劑質(zhì)保期長(zhǎng)，在100NTU范圍內(nèi)不受濁度影響，能夠適應(yīng)江河入?？诩昂Ｓ虻塞}度變化較大水體的氨氮在線監(jiān)測(cè)需求。

2 基于OPA方法的氨氮在線監(jiān)測(cè)優(yōu)化研究

2.1 鹽度對(duì)原OPA方法的影響與試劑優(yōu)化

原OPA方法受海水鹽度影響較大[5]，在0ppt～8ppt鹽度范圍內(nèi)，顯色效率隨鹽度的升高而大幅降低，在8ppt～35ppt鹽度范圍內(nèi)，顯色效率基本趨于穩(wěn)定，具體影響如圖1所示。同一濃度的0.2mg/m3氨氮和0.5mg/m3氨氮的熒光值隨著鹽度升高而降低，且無明顯的線性關(guān)系。純水和不同配方人工海水熒光反應(yīng)差異如圖2所示。由圖2可知，單一氯化鈉配制的人工海水不同氨氮濃度的熒光信號(hào)值與純水的熒光信號(hào)值基本一致，在此基底下，鹽度對(duì)氨氮的測(cè)試基本沒有影響，而NaCl+MgSO4配制的人工海水的氨氮熒光值明顯降低，因此可推測(cè)是基底中的鎂離子對(duì)OPA檢測(cè)方法造成干擾。

驗(yàn)證鎂離子的干擾影響：以NaCl人工海水作為基底，配制相同氨氮濃度（0.2mg/m3）、不同硫酸鎂濃度的水樣進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)熒光值與鎂離子的濃度呈線性關(guān)系，隨著鎂離子的濃度升高，熒光值逐步減弱（如圖3所示）。因此要消除鹽度對(duì)氨氮測(cè)試的影響，就需要消鎂離子的干擾，而無須進(jìn)行算法上的補(bǔ)償。實(shí)際海水中鎂離子的平均濃度為1.29g/kg，同時(shí)實(shí)際海水還存在鈣離子，平均濃度為0.412g/kg。因?yàn)镺PA熒光法是堿性顯色體系，所以大量的鈣鎂離子會(huì)與試劑中的氫氧化鈉反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，影響體系的顯色效率。

加入不同掩蔽劑[6]消除鈣鎂離子干擾：在OA試劑中分別添加8.77g/L MgSO4、8.77g/L MgSO4+20.5g/L酒石酸鉀鈉、8.77g/L MgSO4+14.3g/L檸檬酸鈉、8.77g/L MgSO4+11.94g/L乙酸鈉、8.0g/L MgSO4+20g/L 六偏磷酸鈉、5.97g/L乙酸鈉進(jìn)行測(cè)試試驗(yàn)。測(cè)試數(shù)據(jù)表明，只有添加乙酸鈉可以增加含鎂氨氮溶液的熒光值，但效果有限，無法完全去除離子干擾。因此添加掩蔽劑不是一個(gè)理想方案。

優(yōu)化試劑中堿性緩沖體系：原OPA試劑中的OA試劑里添加了氫氧化鈉溶液，其堿性較大，容易與鈣鎂離子反應(yīng)形成沉淀，無法提供穩(wěn)定的堿性環(huán)境供OPA試劑顯色，因此需要優(yōu)化試劑配方，保證顯色過程中的pH緩沖體系不受海水中的鈣鎂離子的影響。同時(shí)，新的OPA試劑無須區(qū)分OA和OB，進(jìn)一步提高該方法應(yīng)用的便捷性。采用新的OPA試劑測(cè)試純水和NaCl+MgSO4人工海水，數(shù)據(jù)如圖4所示。同一氨氮濃度的吸光值接近，可直接用純水基底的標(biāo)線系數(shù)測(cè)試人工海水氨氮濃度。因此使用新OPA試劑后，校準(zhǔn)直接采用純水配制的標(biāo)液，即可滿足海水測(cè)試要求，無須額外用人工海水配制標(biāo)準(zhǔn)溶液。

為確保新OPA試劑的適用性，對(duì)福建周邊海域的實(shí)際海水進(jìn)行測(cè)試（見表1），所有實(shí)際海水測(cè)試的加標(biāo)回收率均在90%～120%。并選取福州海水水樣進(jìn)行蒸餾，再進(jìn)行水楊酸測(cè)試，并與儀器OPA方法進(jìn)行比對(duì)，數(shù)據(jù)顯示誤差為7.0%，符合相關(guān)準(zhǔn)確的要求，進(jìn)一步說明新OPA試劑的適用性。

2.2 OPA試劑保質(zhì)期考察研究

配制足量的新試劑分成3份，分別進(jìn)行室溫測(cè)試、冰箱冷藏保存、45℃烘箱保存，用0.4mg/m3氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)試有效性，判定有效期見表2。測(cè)試表明，新試劑在室溫環(huán)境中至少有1個(gè)月以上保質(zhì)期，45℃高溫下保質(zhì)期為12d以下。為保證儀器測(cè)試的準(zhǔn)確性，盡量避免試劑存放于高溫環(huán)境，如果試劑明顯變黃，就需要及時(shí)更換。

2.3 顯色溫度對(duì)氨氮測(cè)試的影響與優(yōu)化研究

由于鄰苯二甲醛與氨氮的反應(yīng)效率隨溫度升高而升高，因此每次測(cè)試的顯色溫度必須保持一致，才能減少溫度對(duì)測(cè)試的影響。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，由于室內(nèi)白天空調(diào)開啟以及晝夜溫差，注射器的加熱模塊加熱頻率呈現(xiàn)晝夜相關(guān)性；在儀器的測(cè)試單元前增加消解恒溫裝置，設(shè)定恒溫顯色時(shí)間15min，測(cè)試數(shù)據(jù)表明儀器穩(wěn)定性明顯提升，如圖5所示。由圖5可知，增加恒溫模塊后基本消除溫度變化帶來的干擾，測(cè)試0.4mg/m3氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液24h的漂移，由原來的-17.0%降至-1.96%。

2.4 濁度對(duì)氨氮測(cè)試的影響研究

采用泥沙和紅土配制不同濁度的氨氮測(cè)試水樣，通過測(cè)定0.45μm濾膜過濾前后的氨氮測(cè)試水樣濃度來考察濁度對(duì)氨氮測(cè)試的影響[7]，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。其中，1～5號(hào)水樣為紅土配制的不同濁度的溶液，較易沉降，過濾前后氨氮測(cè)試值最高誤差為-3.0%；6～11號(hào)為黃河泥土配制的不同濁度溶液，較難沉降，將原流程測(cè)試的F0讀取純水更改為讀取水樣的F0，測(cè)試過濾前后水樣的氨氮濃度值，顯示最高誤差為-8.2%。從以上數(shù)據(jù)可知，濁度在100NTU以下的儀器不需要進(jìn)行算法補(bǔ)償。

3 結(jié)語

在海水氨氮測(cè)試過程中，優(yōu)化后的OPA試劑配方鹽度無明顯影響，無須做鹽度補(bǔ)償。新試劑在室溫條件下保質(zhì)期大于30d。在100NTU濁度變化范圍內(nèi)可正常測(cè)試，滿足監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中高低溫的環(huán)境溫度影響試驗(yàn)要求，無須做濁度和溫度補(bǔ)償。該OPA方法適用于江河入海口及海域等鹽度變化較大水體的氨氮在線監(jiān)測(cè)。

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