營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀測(cè)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(guó)家海洋技術(shù)中心，天津　300111）

營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀測(cè)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(guó)家海洋技術(shù)中心，天津300111）

以營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀為研究對(duì)象，研究海水氨氮測(cè)量過(guò)程中海水鹽度效應(yīng)的特點(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上研究降低鹽度效應(yīng)的方法。采用營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀測(cè)量不同鹽度標(biāo)準(zhǔn)溶液，標(biāo)準(zhǔn)曲線線性度都能達(dá)到0.999 0以上，說(shuō)明海水鹽度對(duì)分析儀標(biāo)準(zhǔn)曲線線性度基本沒(méi)有影響；隨海水鹽度增加，標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率呈增加趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)比15條不同鹽度標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)量準(zhǔn)確性，確定在海水鹽度已知情況下選取與被測(cè)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(duì)氨氮測(cè)量結(jié)果的影響。

氨氮；營(yíng)養(yǎng)鹽；分析儀；鹽度；海水

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和海洋開(kāi)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(yíng)養(yǎng)化的主要營(yíng)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(guó)內(nèi)外對(duì)海水氨氮的檢測(cè)主要通過(guò)人工現(xiàn)場(chǎng)取樣、實(shí)驗(yàn)室分析完成［1］，該方法操作繁瑣，監(jiān)測(cè)頻率低，人工參與程度高，不能滿(mǎn)足目前海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的需求。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)陸續(xù)開(kāi)展了海水氨氮自動(dòng)測(cè)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(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀器。國(guó)外如美國(guó)Hach、意大利Systea、荷蘭SKALAR等，國(guó)內(nèi)的國(guó)家海洋技術(shù)中心［8］和四川大學(xué)［9］也分別研發(fā)出營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀。上述儀器能夠直接應(yīng)用于海洋現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)海水營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)測(cè)量，有效降低了營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)量的工作量，提高了監(jiān)測(cè)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(huì)對(duì)氨氮的測(cè)量產(chǎn)生影響，營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀的現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)測(cè)量過(guò)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(cè)量值偏差會(huì)呈現(xiàn)不斷增加的趨勢(shì)。因此針對(duì)海水氨氮現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)測(cè)量方法開(kāi)展鹽度效應(yīng)的避免和修正，在海水氨氮成分的自動(dòng)測(cè)量過(guò)程中具有重要意義?！逗Ｑ蟊O(jiān)測(cè)規(guī)范》通過(guò)對(duì)不同鹽度條件下設(shè)置不同修正系數(shù)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正的方法減小鹽度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。但是上述方法無(wú)法直接應(yīng)用于自動(dòng)化測(cè)量方法。

本文以國(guó)家海洋技術(shù)中心營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀為研究對(duì)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(diǎn)，并在此基礎(chǔ)上對(duì)鹽度修正方案進(jìn)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(jí)純，其他試劑均為分析純，水為實(shí)驗(yàn)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(jiàn)表2。

表2　銨標(biāo)準(zhǔn)溶液配制方法

1.3儀器

營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀：國(guó)家海洋技術(shù)中心；紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)：德國(guó)耶拿；超純水機(jī)：普析通用；移液器：德國(guó)eppendorf。

2　實(shí)驗(yàn)方法

將反應(yīng)試劑及標(biāo)準(zhǔn)溶液加入到營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀的試劑口和水樣口，使用氨氮的測(cè)量模塊進(jìn)行測(cè)量。儀器自動(dòng)測(cè)量得到不同氨氮濃度對(duì)應(yīng)的吸光度Ai，其中氨氮濃度為0時(shí)標(biāo)記為A0。記錄儀器測(cè)量的Ai和氨氮濃度以及對(duì)應(yīng)的鹽度值。

3　結(jié)果與討論

3.1營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)測(cè)量鹽度效應(yīng)特點(diǎn)分析

3.1.1不同鹽度下分析儀測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)曲線以測(cè)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(gè)鹽度下儀器測(cè)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(shuō)明海水鹽度增加對(duì)儀器測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性度沒(méi)有影響。同時(shí)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(shì)，說(shuō)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(gè)體系的顯色和反應(yīng)速率。

表3　營(yíng)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(cè)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(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀測(cè)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(shuō)明反應(yīng)開(kāi)始到儀器讀取體系吸光值為止，隨海水鹽度增加整個(gè)體系的顯色效果呈增強(qiáng)的趨勢(shì)，可見(jiàn)海水中其它因子在氨氮測(cè)量的顯色反應(yīng)中起了一定作用。

圖1　營(yíng)養(yǎng)鹽分析儀測(cè)量海水鹽度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率的影響

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

圖2　營(yíng)養(yǎng)鹽分析儀測(cè)量值與基體鹽度的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，隨海水鹽度增加，海水基體對(duì)氨氮自動(dòng)測(cè)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(guò)測(cè)量方法的改進(jìn)來(lái)降低鹽度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。本文所用營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀通過(guò)內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法實(shí)現(xiàn)氨氮測(cè)量結(jié)果的自動(dòng)化處理，因此通過(guò)改變標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)應(yīng)鹽度來(lái)降低鹽度效應(yīng)成為可能。本部分實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，在海水鹽度已知情況下，選取與被測(cè)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(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀測(cè)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(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果，將各鹽度下測(cè)量的A值代入不同鹽度下的標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算準(zhǔn)確度。通過(guò)比較選取準(zhǔn)確度相對(duì)較高的一組，以此鹽度作為定標(biāo)鹽度。實(shí)驗(yàn)比較分析了13個(gè)鹽度（表1）標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)6個(gè)氨氮濃度的測(cè)量準(zhǔn)確度，確定以15和20兩個(gè)鹽度定標(biāo)，能夠取得普遍相對(duì)較高的測(cè)量準(zhǔn)確度。表4列出以鹽度15人工海水定標(biāo)后測(cè)量不同鹽度標(biāo)準(zhǔn)溶液，被測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)溶液的鹽度越靠近鹽度15其測(cè)量相對(duì)誤差越小，反之則普遍越大，最大相對(duì)誤差為17.13%（標(biāo)準(zhǔn)液鹽度25）。

表4　以15鹽度定標(biāo)計(jì)算各鹽度下測(cè)量結(jié)果

3.2.2以氨氮回收率評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)曲線的準(zhǔn)確性采用15，20兩個(gè)鹽度兩條標(biāo)準(zhǔn)曲線，將兩批次測(cè)量數(shù)據(jù)分別代入兩條標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算各鹽度下測(cè)量的氨氮回收率，以進(jìn)一步評(píng)估曲線的測(cè)量準(zhǔn)確性。通過(guò)分析，如表5所示，以鹽度15人工海水定標(biāo)，測(cè)量回收率基本控制在110%附近，相對(duì)更能滿(mǎn)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(duì)氨氮測(cè)量結(jié)果的影響。

4　總結(jié)

（1）營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀測(cè)量不同鹽度標(biāo)準(zhǔn)溶液，其標(biāo)準(zhǔn)曲線線性度都能達(dá)到0.999 0以上，說(shuō)明海水鹽度對(duì)分析儀標(biāo)準(zhǔn)曲線線性度基本沒(méi)有影響。

（2）海水中相關(guān)離子會(huì)參與氨氮的顯色反應(yīng)，從而對(duì)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(shì)。

（3）在海水鹽度已知情況下，選取與被測(cè)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(duì)氨氮測(cè)量結(jié)果的影響。

表5　兩條標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算氨氮回收率

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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(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）資助項(xiàng)目“營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀的改進(jìn)”（2007AA092001-4）；海洋公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)資助項(xiàng)目“海洋站生態(tài)環(huán)境長(zhǎng)期綜合觀測(cè)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?yàn)楹Ｑ笊鷳B(tài)環(huán)境在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。E-mail：mao448@sohu.com