二維離子色譜法測定海水中的銨離子

林奇，林紅梅，包洋鳴

（1.國家海洋局海洋–大氣化學與全球變化重點實驗室，福建廈門 361005；2.國家海洋局第三海洋研究所，福建廈門 361005；3.廈門大學海洋與地球學院，福建廈門 361005）

海洋中的含氮無機離子（NO3–，NH4+和NO2–）是海洋中最為重要的營養(yǎng)鹽種類，其中NH4+是開闊大洋三氮中含量第二位的含氮離子，它在生物地球化學循環(huán)過程中扮演十分重要的角色。首先，NH4+與NO3–一樣，均可被生物直接吸收利用；其次，由于NH4+主要循環(huán)過程在上層海洋（約400 m以淺），及其參與生物地球化學循環(huán)過程的特殊性，NH4+成為研究區(qū)分新生產(chǎn)力和再生生產(chǎn)力的關鍵形態(tài)［1］。

在近岸區(qū)域，由于人為活動的影響，NH4+濃度遠遠高過開闊大洋，尤其在網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)等區(qū)域，其高濃度的存在將對海洋生物產(chǎn)生毒害作用［2–3］，因此測量海洋中的NH4+具有十分重要的意義。近年來，人們不斷開發(fā)新的分析方法用于海洋中NH4+的檢測［4–9］。

海水樣品中的陽離子種類很多，且彼此間的濃度差異非常大。筆者曾對海水中陽離子采用高容量柱IonPac CS16進行等度淋洗分離，抑制電導法測定，建立了海水陽離子精密分析方法［10］，樣品經(jīng)稀釋后進樣，可在30 min 內(nèi)同時檢測Li+，Na+，K+，Ca2+，Mg2+，Sr2+6種陽離子，但該法無法同時測定海水中的NH4+。筆者嘗試采用二維色譜法測量海水中的NH4+，取得了較滿意的結果。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

離子色譜儀：ICS–90A型，配IonPac CS16分離柱／CG16 5 mm保護柱、CSRS–300 4 mm陽抑制器、RFC–30淋洗液發(fā)生器（EGC–MSA）、PC10 PCR加壓容器，美國戴安公司；

離子色譜儀：ICS–2500型，配GP50梯度泵、EG50淋洗液發(fā)生器（EGC–MSA）、CD25A電導檢測器、IonPac CS12A分離柱／CG12A–4 mm保護柱、SC–CSRS–300 4 mm鹽轉換器、Chromeleon色譜工作站、LC25色譜單元（用于40℃恒溫），美國戴安公司；

電子分析天平：CP224S型，感量為0.1 mg，瑞士賽多利斯公司；

甲基磺酸（MSA）淋洗液：由EGC ⅢMSA 試劑包自動生成，美國戴安公司；

Na+標準溶液：1 000 mg／L，編號為GBW(E)080127，國家標準物質(zhì)研究中心；

NH4+標準溶液：1 000 mg／L，編號為GBW(E)080525，中國兵器工業(yè)集團第五三研究所；

實驗用水為超純水（電阻率18.2 MΩ·cm）。

1.2 色譜條件

1.2.1 一維色譜

色譜柱：IonPac CS16分離柱／CG16 5 mm保護柱；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；色譜柱和抑制器溫度：40℃；進樣體積：25 μL。

1.2.2 二維色譜

色 譜 柱：IonPac CS12A／CG12A 4 mm柱；SC–CSRS–300 4 mm抑制器：自循環(huán)模式，抑制電流為32 mA；淋洗液：8 mmol／L MSA溶液，等度淋洗；流量：1 mL／min；色譜柱和電導池溫度：40℃；進樣體積：1 300 μL。

2 結果與討論

2.1 樣品的前處理

IonPac CS–16色譜柱具有8 000 μeq／柱的高容量柱，可分離10 000∶1以上比例的Na+與NH4+，但仍不能用來直接進樣分離海水中的Na+和NH4+，需要將海水適度稀釋才能有效分離。分別選擇10%，20%，50%的海水樣品，以30 mmol／L MSA溶液等度淋洗，取25 μL進樣，觀察分離效果。結果只有10%和20%的海水樣品可以將Na+與NH4+分開，50%的海水樣品色譜圖中Na+的色譜峰已經(jīng)將NH4+色譜峰掩蓋。選擇經(jīng)10倍稀釋的海水進樣，樣品中的Na+，NH4+保留時間與標準溶液的保留時間基本一致。

2.2 閥切換時間窗口的選擇

閥切換時間窗口的確定是關鍵的步驟之一，在第一維色譜中，選擇抑制器出口與連接第二維色譜相同距離的管線直接接至電導池，觀察Na+，NH4+的出峰變化，10%海水樣品中Na+的保留時間為7.34 min，結束時間為8.5 min；而NH4+的出峰開始時間為8.4 min，保留時間為8.78 min，結束時間隨濃度的增加而延長。在二維色譜中，高濃度NH4+的整個出峰時間達到1.1 min，因此采用大體積定量環(huán)1 300 μL進樣，二維色譜閥切換裝樣的時間窗口設為8.3～9.6 min，以保證在IonPac CS16分離的NH4+組分能全部進入二維色譜的定量環(huán)中。儀器的淋洗程序列于表1。

表1 淋洗程序

2.3 淋洗液對二維色譜NH4+分離的影響

分別采用4，6，8，12，16，20 mmol／L MSA溶液作為淋洗液，考察使用IonPac CS12A柱時MSA淋洗液濃度對NH4+色譜峰高及其與Na+分離效果的影響。結果表明淋洗液濃度越低，Na+與NH4+之間的分離度越好，但同時NH4+的色譜峰高越來越小，雖然對峰面積影響不大，但對靈敏度卻有影響。選擇了8 mmol／L MSA溶液淋洗，抑制電流選擇為32 mA，色譜分離效果與信噪比都較為理想，分析時間與一維色譜的時間同步完成，Na+與NH4+保留時間分別為8.98 min和10.53 min。圖1為海水樣品在8 mmol／L MSA淋洗液條件下的二維色譜圖。

2.4 標準工作曲線與方法檢出限

分別配制質(zhì)量濃度為1，10，20，40，60，80，100，500，1 000，5 000，10 000 μg／L的系列NH4+標準溶液，將裝有樣品的PP瓶放于PC10 PCR加壓容器罐中，以特氟隆管接觸樣品加壓裝樣，按1.2色譜條件及表1儀器淋洗程序運行，采用1.0 μg／L NH4+標準溶液連續(xù)進樣7次，計算方法檢出限，依據(jù)色譜峰3倍信噪比(S／N)確定儀器的檢出限(LOD)。線性范圍、回歸方程、相關系數(shù)和檢出限如表2。

圖1 海水樣品的二維色譜圖

2.5 方法精密度和加標回收試驗

采用10 μg／L NH4+標準溶液連續(xù)進樣7次，計算方法精密度，見表3。同時采用陳化的海水進行加標回收試驗，對稀釋10倍的海水樣品分別加標20 μg／L和100 μg／L后連續(xù)測定5次，加標回收試驗結果見表4。由表3、表4可知，方法的相對標準偏差為2.7%，加標回收率為80.8%～105.8%，表明本法測量精密度和準確度良好。

表2 線性范圍、相關系數(shù)及檢出限

表3 方法精密度試驗結果

表4 海水樣品中NH4+的加標回收試驗結果

2.6 樣品測定

海水樣品在現(xiàn)場用潔凈的PP瓶取樣，分析時將樣品經(jīng)重量法稀釋10倍后，用經(jīng)潔凈處理的0.2 μm水性PTFE微孔濾膜器（Lot Number：00153196，美國熱電公司）過濾進樣，采用該方法對近岸海水樣品進行分析，測量結果見表5。

表5 海水樣品銨離子分析結果

3 結語

采用二維色譜電導檢測法測定了海水中的銨離子含量，方法較簡單，容易實現(xiàn)自動進樣分析，每個樣品分析時間約25 min，檢出限(LOD)可達到0.05 μg／L，采用SC–CSRS–300鹽轉換器，NH4+的線性范圍可以從0.001～10 mg／L。但由于樣品需要稀釋后進樣，方法的靈敏度對于近岸海水勉強夠用，不適合大洋表層海水中NH4+的檢測，有待于繼續(xù)開發(fā)更靈敏的方法并開展海水中多種有機胺同步測定，目前這部分工作正在進行之中。

［1］Cotner J B，Biddanda B A. Small players，large role：microbial influerce on biogeochemical processes in pelagic aquatic ecosystems［J］. Ecosystems，2002，5(2): 105–121.

［2］Wu R，S S. The environmental impact of marine fish culture：towards a sustainable future［J］. Marine Pollution Bulletin，1995，31(4): 159–166.

［3］Barton J R. Environment，sustainable and regulation in commercial aqauaculture：the case of chilean salmonid production ［J］.Geoforum，1997，28(3–4): 313–328.

［4］Kuo C T，Wang P Y，Wu C H. Fluorometric determination of ammonium ion by ion chromatography using postcolumn derivatization with o-phthaldialdehyde［J］. J Chromatography A，2005，1085(1): 91–97.

［5］Meseguer-Lloret S，Molins-Legua C，Campins-Falco P. Selective determination of ammonium in water based on HPLC and chemiluminescence detection ［J］. Anal Chim Acta，2005，536(1–2): 121–127.

［6］Watson R J，Butler E C V，Clementson L A，et al. Flow-injection analysis with fluorescence detection for the determination of trace levels of ammonium in seawater［J］. J Environ Monit，2005，7(1): 37–42.

［7］Wang P Y，Wu J Y，Chen H J，et al. Purge-and-trap ion chromatography for the determination of trace ammonium ion in high-salinity water samples ［J］. J Chromatography A，2008，1 188(2): 69–74.

［8］Takahashi M，Nakamura K，Jin J. Study on the indirect electrochemical detection of ammonium ion with in situ electrogenerated hypobromous acid［J］. Electroanalysis，2008，20(20): 2 205–2 211.

［9］Oliveira S M，Lopes T，Toth I V，et al. Determination of ammonium in marine waters using a gas diffusion multicommuted flow injection system with in-line prevention of metal hydroxides precipitation［J］. J Environ Monit，2009，11(1):228–234.

［10］林紅梅，林奇，徐國杰，等.離子色譜法測定海水中的陽離子［J］.化學分析計量，2011，20(2): 27.