基于凝胶传感平台和LED比色流动分析的氨氮检测新方法及其在水质监测中的应用

本研究针对传统氨氮检测方法设备昂贵、操作复杂的问题，开发了一种基于Berthelot试剂修饰的琼脂糖凝胶膜与LED光学检测联用的流动分析系统。该系统通过凝胶内生成吲哚酚蓝的显色反应，实现0.1-5.0 mg L?1线性检测范围（检出限0.027 mg L?1），回收率达80.0%-110.0%，为水产养殖和自然水体现场监测提供了一种高灵敏度、低成本解决方案。

　　

氨氮（NH₃/NH₄⁺）作为水体中常见的毒性物质，其浓度超过0.5 mg L^?1即威胁水生生物安全。传统检测依赖气相色谱、离子色谱等方法，存在设备笨重、成本高昂的缺陷。虽然基于Berthelot反应的比色法操作简便，但面临显色干扰、试剂消耗量大等问题。朱拉隆功大学环境分析研究单元的Patita Salee团队创新性地将Berthelot试剂（水杨酸盐/次氯酸盐/亚硝基铁氰化钠）嵌入琼脂糖凝胶基质，开发出集成LED光源与TCS230颜色传感器的流动分析系统。

关键技术包括：（1）多步流动反应设计（生成NH₂Cl中间体与凝胶内显色）；（2）琼脂糖凝胶膜制备（孔隙率调控优化分析物扩散）；（3）LED-颜色传感器联用检测（微控制器输出RGB值定量）；（4）实际水样验证（涵盖不同来源水体）。

【研究结果】

1. 检测机制
   通过Berthelot反应在凝胶内生成蓝色吲哚水杨酸盐，颜色梯度从淡黄至蓝绿与氨浓度（0.1-5.0 mg L^?1）呈线性相关，催化效率受甘油浓度调节。

2. 系统优化
   20%甘油提升凝胶柔韧性，0.15 mol L^?1水杨酸实现最佳显色强度，1.5 mL min^?1流速平衡反应效率与检测灵敏度。

3. 性能验证
   方法对NH₄⁺的检出限低至0.027 mg L^?1，氨基酸干扰实验显示精氨酸（Arg）存在时回收率仍保持92.3%-105.7%。

4. 实际应用
   与LC-MS对比测试中，河水、养殖池水样的相对误差<8.2%，证实其适用于复杂基质。

【结论】
该研究首次实现Berthelot试剂在琼脂糖凝胶中的稳定固定化，通过流动分析-凝胶富集联用策略将检测灵敏度提升近5倍。系统采用微型化LED/颜色传感器替代光谱仪，成本降低90%以上。朱拉隆功大学团队开发的这一平台为水产养殖业氨氮实时监控提供了可定制化解决方案，其凝胶传感技术可拓展至其他水质参数（如亚硝酸盐）的检测体系开发。论文发表于《Microchemical Journal》，相关技术已申请泰国国家专利。