海水中氨氮連續(xù)檢測的方法研究

劉增東 徐滋秋

摘 要：文章介紹一種新型的海水氨氮連續(xù)監(jiān)測儀，該儀器利用氨反應(yīng)器銨鹽轉(zhuǎn)化為氨，氨氣在載氣的帶動下進(jìn)入冷凝氣液分離器，氨氣脫水后與酸試劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化為銨鹽，再注入電導(dǎo)檢測器測定，再利用氨氮濃度與電導(dǎo)率值存在良好的線性關(guān)系，從而計算出海水中的氨氮濃度。該方法徹底解決了海水中金屬離子、氯離子等干擾物質(zhì)對監(jiān)測結(jié)果的影響。

關(guān)鍵詞：氨氮；海水；電導(dǎo)法

1 概述

我國近年來隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，環(huán)境污染越來越嚴(yán)重。大氣層、空氣和水等都受到了不同程度的破壞。以海水為例，由于工業(yè)廢水和生活污水的大量排放，其水質(zhì)不斷惡化，海洋水生生物日益減少，有些已瀕臨滅絕。海水中氨氮是水生植物生長所必需的重要營養(yǎng)鹽之一，但含量過高時，水體中植物與藻類迅速繁殖，發(fā)生富營養(yǎng)化現(xiàn)象，一些藻類會產(chǎn)生令人厭惡的氣味，破壞水質(zhì)。會導(dǎo)致魚類死亡，是海水浮標(biāo)在線、實時在線、赤潮等幾乎所有檢測規(guī)范中的必測項目。由于環(huán)境保護(hù)措施跟不上經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國近海海域的氨氮濃度越來越高，污染事故、赤潮頻發(fā)。為扭轉(zhuǎn)海洋環(huán)境質(zhì)量下降趨勢，環(huán)境監(jiān)測從數(shù)月一次到數(shù)日一次，每日檢測一次到幾次。

目前對海水中氨氮監(jiān)測方法包括：分光光度法[1]、選擇電極法[2]等。由于中國的水質(zhì)較差，電極失效快，維護(hù)費(fèi)用高。目前國內(nèi)氨氮自動測定儀可以分析江河湖泊等地表水的氨氮濃度，但不能測定海水中的氨氮含量，更不能實現(xiàn)海水氨氮在線自動連續(xù)監(jiān)測。現(xiàn)有的海水檢測儀器檢測過程中使用微米級過濾器過濾水樣，氨氮物質(zhì)損失較多、測定值偏低。

文章所研究的監(jiān)測儀以堿試劑與海水樣品連續(xù)注入加熱至90℃的氨反應(yīng)器混合反應(yīng)將游離氨[3]、銨鹽轉(zhuǎn)化為氨，氨氣在載氣的帶動下進(jìn)入冷凝氣液分離器，氨氣脫水后與酸試劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化為銨鹽，再注入電導(dǎo)檢測器測定，計算出海水中的氨氮濃度。這種方法克服了海水中金屬離子、硫化物、醛類、酮類、顏色、渾濁、懸浮油類與微粒或其它物質(zhì)，甚至水蒸氣或水汽對氨氮測定的影響，可以長時間可靠地測定海水中的氨氮濃度。

2 儀器的工作原理

該監(jiān)測儀主要由氨發(fā)生器、氣-液分離器、氨吸收器、電導(dǎo)檢測器、數(shù)據(jù)處理器及顯示器等六部分組成。

采樣器和分別把過濾器和試劑瓶中的待測水樣和堿試劑注入氨發(fā)生器；水中的流游氨和銨鹽在90℃和NaOH的作用下轉(zhuǎn)化為氫氧化銨，氫氧化銨不穩(wěn)定又分解為氣態(tài)氨。

注：Me為各種酸根

以處理后壓縮空氣作為載氣經(jīng)流量計進(jìn)入氨發(fā)生器并把轉(zhuǎn)化分解的氣態(tài)氨帶至氣/液分離器；氣態(tài)氨中的微量水汽在2℃的低溫冷凝器凝結(jié)成水與氣態(tài)氨分離。脫除水分的氣態(tài)氨由載氣帶至氨吸收器與酸試劑混合、反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為硫酸銨。

2NH3+H2SO4→（NH4）2SO4

硫酸銨與載氣分離后進(jìn)入電導(dǎo)率檢測器測定，以吸收氣態(tài)氨之前的硫酸和吸收氣態(tài)氨之后的硫酸銨之電導(dǎo)率變化計算待測水樣中的氨氮濃度。

吸氨前離子為：

H2SO4→2H++SO■■

吸氨后離子為：

（NH4）2SO4→2NH■■+SO■■

H+與NH■■的當(dāng)量電導(dǎo)不同，當(dāng)電導(dǎo)池結(jié)構(gòu)、氣/液比恒定時，在一定范圍內(nèi)電導(dǎo)率的變化僅與氣體中NH3的濃度成正比，因此測定硫酸溶液電導(dǎo)率的變化即可測得待測水樣中氨氮濃度。

3 監(jiān)測結(jié)果

3.1 不同氯化銨溶液電導(dǎo)率的測定

為驗證儀器的準(zhǔn)確性，將氯化銨試劑配成0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.

6，0.7，0.8，0.9，1.0mg/L，共計11種不同質(zhì)量濃度的溶液，利用儀器自動采樣功能對這一系列濃度的氯化銨溶液的電導(dǎo)率進(jìn)行測定，測定結(jié)果如表所示。

圖1 電導(dǎo)率與氨氮濃度相關(guān)性分析

對實驗數(shù)據(jù)的處理采用基于最小二乘法的直線擬合方法，獲得的直線方程為y=12.8+10.6*x，相關(guān)系數(shù)R2高達(dá)0.994，這說明樣品溶液中氨氮的濃度與溶液的電導(dǎo)率信號值存在良好的線性關(guān)系。

3.2 不同濃度的氨氮濃度的測定

為了更好的驗證儀器的在實際應(yīng)用中的準(zhǔn)確性，特選取不同點位的19份海水樣品，采用儀器檢測和國標(biāo)方法進(jìn)行比對，兩種方法最終結(jié)果，如圖2所示。

圖2 兩種監(jiān)測方法對比

圖2中A為氨氮檢測結(jié)果，B為分光光度法氨氮檢測結(jié)果，兩組數(shù)據(jù)的相關(guān)性R2高達(dá)0.994，這說明這兩種監(jiān)測方法的監(jiān)測結(jié)果具有一致性，同時也說明了該氨氮監(jiān)測儀檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語

文章所研究的氨氮監(jiān)測儀采用氨反應(yīng)器混合反應(yīng)將游離氨、銨鹽轉(zhuǎn)化為氨，氨氣在載氣的帶動下進(jìn)入冷凝氣液分離器，氨氣脫水后與酸試劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化為銨鹽，再注入電導(dǎo)檢測器測定，計算出海水中的氨氮濃度。這種檢測方法能夠克服海水中金屬離子、氯離子、顏色等干擾物質(zhì)的影響，可以長時間可靠地測定海水中的氨氮濃度。

參考文獻(xiàn)

[1]楊梅.水中氨氮納氏試劑分光光度法測定與改進(jìn)[J].科技信息，2009，35.

[2]余美瓊，洪新藝，王碧玉.離子選擇電極法測定氨氮濃度[J].福建分析測試，2006，15（3）

[3]陳靜，徐滋秋，付萬年，等，電導(dǎo)法氨氮自動連續(xù)監(jiān)測儀的設(shè)計與研究[J].儀表技術(shù)，2010，12.

作者簡介：劉增東，男，籍貫：山東省蓬萊市，現(xiàn)職稱：工程師，學(xué)歷：博士，研究方向：環(huán)境檢測技術(shù)。