營養鹽自動分析儀測量海水氨氮鹽度效應分析及解決方案探討

李　燕，杜軍蘭，李慧青，王　寧

（國家海洋技術中心，天津　300111）

營養鹽自動分析儀測量海水氨氮鹽度效應分析及解決方案探討

李燕，杜軍蘭，李慧青，王寧

（國家海洋技術中心，天津300111）

以營養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的特點，并在此基礎上研究降低鹽度效應的方法。采用營養鹽自動分析儀測量不同鹽度標準溶液，標準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準曲線線性度基本沒有影響；隨海水鹽度增加，標準曲線斜率呈增加趨勢。通過對比15條不同鹽度標準曲線測量準確性，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能夠最大程度降低鹽度效應；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，能夠最大程度降低鹽度效應對氨氮測量結果的影響。

氨氮；營養鹽；分析儀；鹽度；海水

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

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

本文以國家海洋技術中心營養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的特點，并在此基礎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），銨標準貯備溶液（100 mg/L），銨標準使用溶液（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試劑，配制銨標準貯備液所用試劑為優級純，其他試劑均為分析純，水為實驗室自制去離子水。

表1　人工海水鹽度設置

1.2標準溶液

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

表2　銨標準溶液配制方法

1.3儀器

營養鹽自動分析儀：國家海洋技術中心；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

將反應試劑及標準溶液加入到營養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的吸光度Ai，其中氨氮濃度為0時標記為A0。記錄儀器測量的Ai和氨氮濃度以及對應的鹽度值。

3　結果與討論

3.1營養鹽自動測量鹽度效應特點分析

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

表3　營養鹽分析儀各鹽度標準曲線

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-鹽度的相關系數R=0.933 2。因此，可以認為營養鹽自動分析儀測量海水中氨氮的標準曲線斜率與鹽度之間呈正相關。這也說明反應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中起了一定作用。

圖1　營養鹽分析儀測量海水鹽度對標準曲線斜率的影響

3.1.2基體鹽度對氨氮測量數值的影響做同一氨氮濃度在不同海水鹽度下測量值A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增加的趨勢，說明在鹽度增大的情況下，到光學檢測的時間為止，不同鹽度下反應體系的顏色是增加的趨勢。這一結論與前述實驗結論相同，都說明隨著海水基體鹽度的增加，對于同一特定氨氮濃度，同一特定標準曲線，測量結果會出現偏大的趨勢。

圖2　營養鹽分析儀測量值與基體鹽度的關系

實驗說明，隨海水鹽度增加，海水基體對氨氮自動測量化學反應的影響也在增加。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果的影響。本文所用營養鹽自動分析儀通過內置標準曲線的方法實現氨氮測量結果的自動化處理，因此通過改變標準曲線對應鹽度來降低鹽度效應成為可能。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能夠最大程度降低鹽度效應。

3.2營養鹽自動分析儀測量氨氮鹽度效應解決方案探討

3.2.1定標鹽度的選取采用營養鹽自動分析儀測量數據結果，將各鹽度下測量的A值代入不同鹽度下的標準曲線，計算準確度。通過比較選取準確度相對較高的一組，以此鹽度作為定標鹽度。實驗比較分析了13個鹽度（表1）標準曲線對6個氨氮濃度的測量準確度，確定以15和20兩個鹽度定標，能夠取得普遍相對較高的測量準確度。表4列出以鹽度15人工海水定標后測量不同鹽度標準溶液，被測量標準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%（標準液鹽度25）。

表4　以15鹽度定標計算各鹽度下測量結果

3.2.2以氨氮回收率評估標準曲線的準確性采用15，20兩個鹽度兩條標準曲線，將兩批次測量數據分別代入兩條標準曲線，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確性。通過分析，如表5所示，以鹽度15人工海水定標，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，能夠最大程度降低鹽度效應對氨氮測量結果的影響。

4　總結

（1）營養鹽自動分析儀測量不同鹽度標準溶液，其標準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準曲線線性度基本沒有影響。

（2）海水中相關離子會參與氨氮的顯色反應，從而對不同鹽度標準曲線的斜率產生影響，隨海水鹽度增加，標準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能夠最大程度降低鹽度效應。

（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，能夠最大程度降低鹽度效應對氨氮測量結果的影響。

表5　兩條標準曲線計算氨氮回收率

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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

國家高技術研究發展計劃（863計劃）資助項目“營養鹽自動分析儀的改進”（2007AA092001-4）；海洋公益性行業科研專項資助項目“海洋站生態環境長期綜合觀測系統集成技術研究與示范”（201505007）

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