基于荧光法的海水氨氮测量方法研究

王 宁 ，王 聪 ，哈 谦 ，任永琴 ，杜军兰

（1.国家海洋技术中心，天津 300112；2.国家海洋标准计量中心，天津 300112）

基于荧光法的海水氨氮测量方法研究

王 宁1，王 聪2，哈 谦1，任永琴1，杜军兰1

（1.国家海洋技术中心，天津 300112；2.国家海洋标准计量中心，天津 300112）

对邻苯二甲醛荧光法测量海水中氨氮进行了研究。实验研究了该体系测定氨氮的最佳条件，结果表明亚硫酸钠对该体系具有良好的增敏增稳作用，盐度（20～35）对测量结果无影响（引起误差在±1.5%以内）。氨氮测定的线性范围为2～300 μg/L，精密度（相对标准偏差RSD）均小于3%。

氨氮；荧光法；海水

引言

氨氮是海水中溶解无机氮的重要组分之一，氨氮含量过高会造成水体的富营养化，引发赤潮，使水体缺氧，滋生有害水生物，导致鱼类死亡，影响生态平衡。近年随着海洋环境，尤其是近岸海水水质的日益恶化，氨氮含量测定的研究越来越为人们所重视。

测定氨氮的方法主要有分光光度法[1-2]、电极法[3-6]、荧光法[7-17]等。

《海洋监测规范》规定采用的分光光度法的靛酚蓝法[1]和次溴酸钠氧化法[1-2]是目前海水中氨氮测量采用的主要方法，这两种方法应用比较成熟，是国际上通用的标准方法，但存在试剂配制繁琐，稳定性差，不易保存的缺点。

离子选择电极法[3-6]以其操作简单，测定快速等特点近年在淡水氨氮自动分析技术方面得到了应用，由于海水中成分复杂，干扰较多，造成该方法检出限较高，测量不稳定，限制了在海水中的应用。

近年来，具有高灵敏度的荧光法测量氨氮得到了快速发展[7-17]。本文利用在碱性介质中，邻苯二甲醛(OPA)与氨氮反应,生成具有荧光性的异吲哚衍生物，通过检测其荧光强度，进而得到海水中氨氮的含量。该方法采用单一混合试剂，操作简便，试剂无毒，稳定性好。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

荧光分光光度计，无氨水，OPA溶液（40 g/L），亚硫酸钠溶液(8 g/L)，硼砂-氢氧化钠缓冲液（pH 9.8）。

混合试剂配制方法：10 mL容量瓶中分别加入1 mL OPA溶液和0.3 mL亚硫酸钠溶液，用缓冲液稀释至10 mL，加入0.2 mL 3%Brij溶液。每5 mL水样加入0.5 mL混合试剂。

1.2 实验方法

（1）取一定量的氨标准使用液于50 mL具塞比色管中，用去离子水稀释至刻度，配成一定浓度的标样。

（2）加入混合试剂，混匀。

（3）反应一段时间后，在荧光分光光度计上用1 cm测定池测量其荧光强度。

2 结果与讨论

2.1 荧光衍生物的荧光光谱特征

2.1.1 激发光谱

氨氮标液加入试剂，反应一段时间后，设发射波长为426 nm,在荧光分光光度计上，扫描测定其激发光谱，扫描范围为250～500 nm，结果表明,激发峰的位置在 363 nm。见图 1（a）。

2.1.2 发射光谱

设定激发波长为363 nm,扫描上述样品的荧光发射光谱,光谱扫描范围为300～600 nm。结果表明,荧光发射峰的位置在 426 nm。 见图 1（b）。

2.2 增敏剂增稳剂的选择

海水样品中的氧化物质,以及测定体系溶液中氧对OPA荧光测定产生影响,导致测量结果不稳定。同时反应生成的荧光衍生物，荧光强度较弱。为提高荧光体系的灵敏度和测量稳定性，在荧光体系中加入亚硫酸钠，作为增稳剂、增敏剂。实验结果如图2所示，表明加入亚硫酸钠后，反应体系的荧光强度大大增强，从4.28增大到44.8，重现性得到显著提高，相对标准偏差（RSD）从22.4%减小到1.6%。

图1 氨氮荧光衍生物的荧光光谱

图2 亚硫酸钠对反应体系的影响

2.3 正交法确定混合试剂最佳配比

荧光法测量氨氮是基于氨氮与邻苯二甲醛在碱性条件下，发生反应生成衍生物的基础上进行的，反应的主要试剂为邻苯二甲醛（OPA），选择硼砂-氢氧化钠缓冲液提供反应需要的碱性环境，选择亚硫酸钠作为反应的增稳增敏剂。

为得到三种试剂的最佳配比，采用正交法设计三因素四水平正交试验，共进行选择实验16组，并采用直观分析法对实验结果进行分析，绘制荧光强度与三因素的关系曲线，如图3所示。

图3 荧光强度与三因素关系曲线

从图3可以看出，氨氮混合试剂(10 mL)的最佳配制方法为：OPA（40 g/L）1 mL，亚硫酸钠（8 g/L） 0.3 mL，缓冲液 pH值为9.8。

2.4 盐度效应影响

分别以去离子水和盐度20,30,35的人工海水，配制氨氮系列标准溶液，测量其衍生物荧光强度，绘制定标曲线，如图4所示，从图上可以看出，四条标准曲线斜率基本一致，分别为0.295 3,0.294 3,0.297 8,0.301 3，引起的测量误差在±1.5%以内。表明体系的离子强度对反应生成物的荧光强度影响很小。

图4 盐度效应影响

图5 氨氮标准液精密度测量结果

2.5 方法检出限、精密度和重现性

对氨氮系列海水标准溶液进行测量，实验结果表明，体系的荧光强度与氨浓度在2～300 μg/L范围内呈良好的线性关系，氨氮的检出限为1.95 μg/L。在线性范围内，选取四个浓度的标准液，每种标准液平行测定5次，测定结果见图5，从图上可以看出，测量结果重现性较好，精密度（相对标准偏差RSD）均小于3%。

3 结论

本文利用荧光法测量海水中氨氮，实验确定了最佳激发和发射波长，采用正交法选择混合试剂各组分最佳配比，实验考察了盐度对测量结果的影响。实验结果表明该方法重现性好、无盐度影响、操作简单、试剂无毒、稳定性好，为海水中氨氮的现场测量提供了一种新的方法。

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Fluorometric Method for the Determination of Ammonium in Seawater

WANG Ning1,WANG Cong2,HA Qian1,REN Yong-qin1,DU Jun-lan1
（1.National Ocean Technology Center,Tianjin 300112,China;2.National Center of Oceanographic Standards and Metrology,Tianjin 300112,China）

The orthophthaldialdehyde-fluorescence ammonium determination is presented.The optimum reaction condition is investigated,the results showed that sodium sulfite could enhance the intensity and stability in the system,over the salinity range of 20～35 the salt effect is almost negligible （within±1.5%）.A linear relationship between ammonia concentration and fluorescent intensity is observed over the range 2～300 μg/L and the precision(relative standard deviation)is less than 3%.

ammonium;fluorescence spectrophotometry;seawater

P76

B

1003-2029（2010）04-0020-03

2010-08-16

国家海洋局青年基金重点项目-基于荧光法的海水氨氮现场测量方法研究（2009511）；国家海洋局公益性项目-快速高可靠海洋水质监测仪器通用化技术研究与示范(200805014)。