盐度变化较大的水体氨氮监测方法的优化研究

摘 要：本文阐述了适用于江河入海口及海域等盐度变化较大水体的氨氮监测方法的优化策略，研究了海水盐度对氨氮OPA测试方法的影响，通过优化试剂配方，提供了准确监测高盐度水体氨氮的方案。新试剂在常温条件下的质保期大于30d，符合海上生态监测浮标系统的运维需求。同时，本文还研究了显色温度和浊度对OPA法氨氮监测的影响，在100NTU浊度变化范围内可正常测试，满足监测标准中高低温环境温度的影响试验要求，无需额外做浊度和温度补偿，确认了OPA方法在监测海水氨氮方面的适用性。

关键词：氨氮；OPA；入海口；海水

中图分类号：X 824" " 文献标志码：A

现行海水氨氮的监测方法主要参考《海洋监测规范》（GB 17378.4—2007）第四部分《海水分析》[1]，氨氮的监测有2种国标方法，即“靛酚蓝分光光度法”及“次溴酸钠氧化法”。

靛酚蓝分光光度法[2]是在弱碱性的介质中，以亚硝酰铁氰化钠为催化剂，氨与苯酚和次氯酸盐反应生成靛酚蓝。此方法试剂中的主要成分之一是苯酚，具有较大毒性，不利于大量推广，且试剂质保期短，无法满足生态监测浮标系统长间隔周期运维的要求。同时，此方法受盐度影响，当用纯水做基底进行校准时，测试不同盐度的海水需校正不同修正系数，操作较为繁琐。

次溴酸钠氧化法[3]是在碱性介质中，次溴酸钠将氨氧化成亚硝酸盐，然后以萘乙二胺的方法测定亚硝酸盐的总量，再扣除当前水体亚硝酸盐的含量。此方法分析步骤复杂，在水温高于10℃的条件下，氧化时间需要30min左右，在水温低于10℃的条件下，需要氧化更久，而且次溴酸钠溶液建议为现配现用，在在线仪器上实现难度较大。

1 OPA荧光法在海水氨氮监测中的适用性

OPA荧光法是指海水中的氨氮与邻苯二甲醛（O-Phthal-

dehyde， OPA）[4]、亚硫酸钠在碱性介质中反应，生成具有荧光性的异吲哚衍生物，当其吸收了外界的能量后，能发射一定波长和强度的光，此光称为荧光。利用特定的波段对激发出的荧光进行吸收，荧光信号与氨氮的浓度在一定范围内呈现线性关系。此方法目前在国内还未进入国家标准，但在国外已经有较为广泛的应用。

此方法测试原理较为简单，无须过多的中间步骤，且试剂原材料毒性较小，是在线监测仪器方法的优选。但此方法也受海水盐度及温度的干扰，本文对此方法的海水盐度影响屏蔽进行研究，实现了不受海水盐度干扰的目标，可利用纯水做基底进行校准，并且无须做盐度校正；同时，通过增加消解恒温装置解决温度的影响。改进后的方法试剂质保期长，在100NTU范围内不受浊度影响，能够适应江河入海口及海域等盐度变化较大水体的氨氮在线监测需求。

2 基于OPA方法的氨氮在线监测优化研究

2.1 盐度对原OPA方法的影响与试剂优化

原OPA方法受海水盐度影响较大[5]，在0ppt～8ppt盐度范围内，显色效率随盐度的升高而大幅降低，在8ppt～35ppt盐度范围内，显色效率基本趋于稳定，具体影响如图1所示。同一浓度的0.2mg/m3氨氮和0.5mg/m3氨氮的荧光值随着盐度升高而降低，且无明显的线性关系。纯水和不同配方人工海水荧光反应差异如图2所示。由图2可知，单一氯化钠配制的人工海水不同氨氮浓度的荧光信号值与纯水的荧光信号值基本一致，在此基底下，盐度对氨氮的测试基本没有影响，而NaCl+MgSO4配制的人工海水的氨氮荧光值明显降低，因此可推测是基底中的镁离子对OPA检测方法造成干扰。

验证镁离子的干扰影响：以NaCl人工海水作为基底，配制相同氨氮浓度（0.2mg/m3）、不同硫酸镁浓度的水样进行测试，发现荧光值与镁离子的浓度呈线性关系，随着镁离子的浓度升高，荧光值逐步减弱（如图3所示）。因此要消除盐度对氨氮测试的影响，就需要消镁离子的干扰，而无须进行算法上的补偿。实际海水中镁离子的平均浓度为1.29g/kg，同时实际海水还存在钙离子，平均浓度为0.412g/kg。因为OPA荧光法是碱性显色体系，所以大量的钙镁离子会与试剂中的氢氧化钠反应产生沉淀，影响体系的显色效率。

加入不同掩蔽剂[6]消除钙镁离子干扰：在OA试剂中分别添加8.77g/L MgSO4、8.77g/L MgSO4+20.5g/L酒石酸钾钠、8.77g/L MgSO4+14.3g/L柠檬酸钠、8.77g/L MgSO4+11.94g/L乙酸钠、8.0g/L MgSO4+20g/L 六偏磷酸钠、5.97g/L乙酸钠进行测试试验。测试数据表明，只有添加乙酸钠可以增加含镁氨氮溶液的荧光值，但效果有限，无法完全去除离子干扰。因此添加掩蔽剂不是一个理想方案。

优化试剂中碱性缓冲体系：原OPA试剂中的OA试剂里添加了氢氧化钠溶液，其碱性较大，容易与钙镁离子反应形成沉淀，无法提供稳定的碱性环境供OPA试剂显色，因此需要优化试剂配方，保证显色过程中的pH缓冲体系不受海水中的钙镁离子的影响。同时，新的OPA试剂无须区分OA和OB，进一步提高该方法应用的便捷性。采用新的OPA试剂测试纯水和NaCl+MgSO4人工海水，数据如图4所示。同一氨氮浓度的吸光值接近，可直接用纯水基底的标线系数测试人工海水氨氮浓度。因此使用新OPA试剂后，校准直接采用纯水配制的标液，即可满足海水测试要求，无须额外用人工海水配制标准溶液。

为确保新OPA试剂的适用性，对福建周边海域的实际海水进行测试（见表1），所有实际海水测试的加标回收率均在90%～120%。并选取福州海水水样进行蒸馏，再进行水杨酸测试，并与仪器OPA方法进行比对，数据显示误差为7.0%，符合相关准确的要求，进一步说明新OPA试剂的适用性。

2.2 OPA试剂保质期考察研究

配制足量的新试剂分成3份，分别进行室温测试、冰箱冷藏保存、45℃烘箱保存，用0.4mg/m3氨氮标准溶液测试有效性，判定有效期见表2。测试表明，新试剂在室温环境中至少有1个月以上保质期，45℃高温下保质期为12d以下。为保证仪器测试的准确性，尽量避免试剂存放于高温环境，如果试剂明显变黄，就需要及时更换。

2.3 显色温度对氨氮测试的影响与优化研究

由于邻苯二甲醛与氨氮的反应效率随温度升高而升高，因此每次测试的显色温度必须保持一致，才能减少温度对测试的影响。在实验室环境中，由于室内白天空调开启以及昼夜温差，注射器的加热模块加热频率呈现昼夜相关性；在仪器的测试单元前增加消解恒温装置，设定恒温显色时间15min，测试数据表明仪器稳定性明显提升，如图5所示。由图5可知，增加恒温模块后基本消除温度变化带来的干扰，测试0.4mg/m3氨氮标准溶液24h的漂移，由原来的-17.0%降至-1.96%。

2.4 浊度对氨氮测试的影响研究

采用泥沙和红土配制不同浊度的氨氮测试水样，通过测定0.45μm滤膜过滤前后的氨氮测试水样浓度来考察浊度对氨氮测试的影响[7]，试验数据见表3。其中，1～5号水样为红土配制的不同浊度的溶液，较易沉降，过滤前后氨氮测试值最高误差为-3.0%；6～11号为黄河泥土配制的不同浊度溶液，较难沉降，将原流程测试的F0读取纯水更改为读取水样的F0，测试过滤前后水样的氨氮浓度值，显示最高误差为-8.2%。从以上数据可知，浊度在100NTU以下的仪器不需要进行算法补偿。

3 结语

在海水氨氮测试过程中，优化后的OPA试剂配方盐度无明显影响，无须做盐度补偿。新试剂在室温条件下保质期大于30d。在100NTU浊度变化范围内可正常测试，满足监测标准中高低温的环境温度影响试验要求，无须做浊度和温度补偿。该OPA方法适用于江河入海口及海域等盐度变化较大水体的氨氮在线监测。

参考文献

[1]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化委员会.海洋监测规范第4部分：海水分析：GB17378.4-2007[S].北京：中国标准出版社，2007：109-113.

[2]李小卫，江雨秦.靛酚蓝分光光度法测定海水中的氨型氮的方法探究[J].当代化工研究，2017（1）：159-160.

[3]谢银凤，王斌之，孙大勇，等.次溴酸钠氧化法测定海水氨氮的研究[J].化工管理，2023（8）：151-155.

[4]余渤，徐星星，毛博，等.分子荧光法对水中氨氮含量的测定[J].湖北农业科学，2020，59（10）：131-133.

[5]王宁，王聪，哈谦，等.基于荧光法的海水氨氮测量方法研究[J].海洋科技，2010，29（4）：20-22.

[6]马国峰.水质氨氮测定中掩蔽剂的使用优化[J].科学技术创新，2021（20）：23-25.

[7]姜双城，杜虹，郑惠东.光纤耦合微通道反应系统原位监测海水氨氮和亚硝酸盐的研究[J].海洋学报，2023，45（1）：138-146.