二维离子色谱法测定海水中的铵离子

林奇，林红梅，包洋鸣

（1.国家海洋局海洋–大气化学与全球变化重点实验室，福建厦门 361005；2.国家海洋局第三海洋研究所，福建厦门 361005；3.厦门大学海洋与地球学院，福建厦门 361005）

海洋中的含氮无机离子（NO3–，NH4+和NO2–）是海洋中最为重要的营养盐种类，其中NH4+是开阔大洋三氮中含量第二位的含氮离子，它在生物地球化学循环过程中扮演十分重要的角色。首先，NH4+与NO3–一样，均可被生物直接吸收利用；其次，由于NH4+主要循环过程在上层海洋（约400 m以浅），及其参与生物地球化学循环过程的特殊性，NH4+成为研究区分新生产力和再生生产力的关键形态［1］。

在近岸区域，由于人为活动的影响，NH4+浓度远远高过开阔大洋，尤其在网箱养殖区等区域，其高浓度的存在将对海洋生物产生毒害作用［2–3］，因此测量海洋中的NH4+具有十分重要的意义。近年来，人们不断开发新的分析方法用于海洋中NH4+的检测［4–9］。

海水样品中的阳离子种类很多，且彼此间的浓度差异非常大。笔者曾对海水中阳离子采用高容量柱IonPac CS16进行等度淋洗分离，抑制电导法测定，建立了海水阳离子精密分析方法［10］，样品经稀释后进样，可在30 min 内同时检测Li+，Na+，K+，Ca2+，Mg2+，Sr2+6种阳离子，但该法无法同时测定海水中的NH4+。笔者尝试采用二维色谱法测量海水中的NH4+，取得了较满意的结果。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

离子色谱仪：ICS–90A型，配IonPac CS16分离柱／CG16 5 mm保护柱、CSRS–300 4 mm阳抑制器、RFC–30淋洗液发生器（EGC–MSA）、PC10 PCR加压容器，美国戴安公司；

离子色谱仪：ICS–2500型，配GP50梯度泵、EG50淋洗液发生器（EGC–MSA）、CD25A电导检测器、IonPac CS12A分离柱／CG12A–4 mm保护柱、SC–CSRS–300 4 mm盐转换器、Chromeleon色谱工作站、LC25色谱单元（用于40℃恒温），美国戴安公司；

电子分析天平：CP224S型，感量为0.1 mg，瑞士赛多利斯公司；

甲基磺酸（MSA）淋洗液：由EGC ⅢMSA 试剂包自动生成，美国戴安公司；

Na+标准溶液：1 000 mg／L，编号为GBW(E)080127，国家标准物质研究中心；

NH4+标准溶液：1 000 mg／L，编号为GBW(E)080525，中国兵器工业集团第五三研究所；

实验用水为超纯水（电阻率18.2 MΩ·cm）。

1.2 色谱条件

1.2.1 一维色谱

色谱柱：IonPac CS16分离柱／CG16 5 mm保护柱；CSRS–300 4 mm抑制器：外加水模式，112 mA；淋洗液：30 mmol／L MSA溶液，等度淋洗；流量：1 mL／min；色谱柱和抑制器温度：40℃；进样体积：25 μL。

1.2.2 二维色谱

色 谱 柱：IonPac CS12A／CG12A 4 mm柱；SC–CSRS–300 4 mm抑制器：自循环模式，抑制电流为32 mA；淋洗液：8 mmol／L MSA溶液，等度淋洗；流量：1 mL／min；色谱柱和电导池温度：40℃；进样体积：1 300 μL。

2 结果与讨论

2.1 样品的前处理

IonPac CS–16色谱柱具有8 000 μeq／柱的高容量柱，可分离10 000∶1以上比例的Na+与NH4+，但仍不能用来直接进样分离海水中的Na+和NH4+，需要将海水适度稀释才能有效分离。分别选择10%，20%，50%的海水样品，以30 mmol／L MSA溶液等度淋洗，取25 μL进样，观察分离效果。结果只有10%和20%的海水样品可以将Na+与NH4+分开，50%的海水样品色谱图中Na+的色谱峰已经将NH4+色谱峰掩盖。选择经10倍稀释的海水进样，样品中的Na+，NH4+保留时间与标准溶液的保留时间基本一致。

2.2 阀切换时间窗口的选择

阀切换时间窗口的确定是关键的步骤之一，在第一维色谱中，选择抑制器出口与连接第二维色谱相同距离的管线直接接至电导池，观察Na+，NH4+的出峰变化，10%海水样品中Na+的保留时间为7.34 min，结束时间为8.5 min；而NH4+的出峰开始时间为8.4 min，保留时间为8.78 min，结束时间随浓度的增加而延长。在二维色谱中，高浓度NH4+的整个出峰时间达到1.1 min，因此采用大体积定量环1 300 μL进样，二维色谱阀切换装样的时间窗口设为8.3～9.6 min，以保证在IonPac CS16分离的NH4+组分能全部进入二维色谱的定量环中。仪器的淋洗程序列于表1。

表1 淋洗程序

2.3 淋洗液对二维色谱NH4+分离的影响

分别采用4，6，8，12，16，20 mmol／L MSA溶液作为淋洗液，考察使用IonPac CS12A柱时MSA淋洗液浓度对NH4+色谱峰高及其与Na+分离效果的影响。结果表明淋洗液浓度越低，Na+与NH4+之间的分离度越好，但同时NH4+的色谱峰高越来越小，虽然对峰面积影响不大，但对灵敏度却有影响。选择了8 mmol／L MSA溶液淋洗，抑制电流选择为32 mA，色谱分离效果与信噪比都较为理想，分析时间与一维色谱的时间同步完成，Na+与NH4+保留时间分别为8.98 min和10.53 min。图1为海水样品在8 mmol／L MSA淋洗液条件下的二维色谱图。

2.4 标准工作曲线与方法检出限

分别配制质量浓度为1，10，20，40，60，80，100，500，1 000，5 000，10 000 μg／L的系列NH4+标准溶液，将装有样品的PP瓶放于PC10 PCR加压容器罐中，以特氟隆管接触样品加压装样，按1.2色谱条件及表1仪器淋洗程序运行，采用1.0 μg／L NH4+标准溶液连续进样7次，计算方法检出限，依据色谱峰3倍信噪比(S／N)确定仪器的检出限(LOD)。线性范围、回归方程、相关系数和检出限如表2。

图1 海水样品的二维色谱图

2.5 方法精密度和加标回收试验

采用10 μg／L NH4+标准溶液连续进样7次，计算方法精密度，见表3。同时采用陈化的海水进行加标回收试验，对稀释10倍的海水样品分别加标20 μg／L和100 μg／L后连续测定5次，加标回收试验结果见表4。由表3、表4可知，方法的相对标准偏差为2.7%，加标回收率为80.8%～105.8%，表明本法测量精密度和准确度良好。

表2 线性范围、相关系数及检出限

表3 方法精密度试验结果

表4 海水样品中NH4+的加标回收试验结果

2.6 样品测定

海水样品在现场用洁净的PP瓶取样，分析时将样品经重量法稀释10倍后，用经洁净处理的0.2 μm水性PTFE微孔滤膜器（Lot Number：00153196，美国热电公司）过滤进样，采用该方法对近岸海水样品进行分析，测量结果见表5。

表5 海水样品铵离子分析结果

3 结语

采用二维色谱电导检测法测定了海水中的铵离子含量，方法较简单，容易实现自动进样分析，每个样品分析时间约25 min，检出限(LOD)可达到0.05 μg／L，采用SC–CSRS–300盐转换器，NH4+的线性范围可以从0.001～10 mg／L。但由于样品需要稀释后进样，方法的灵敏度对于近岸海水勉强够用，不适合大洋表层海水中NH4+的检测，有待于继续开发更灵敏的方法并开展海水中多种有机胺同步测定，目前这部分工作正在进行之中。

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