Аміак і амоній: як pH і температура визначають токсичну частку

Рівновага NH3/NH4+ із таблицею часток за pH і температурою, чому тест-набори показують загальний амонійний азот і що це означає для підмін води.

Дві форми однієї сполуки

Аміак — основний кінцевий продукт розпаду білка в риб. Риби виділяють його через зябра та з фекаліями, ще більше потрапляє у воду під час бактеріального розкладання незʼїденого корму, відмерлих рослин та іншої органіки; головне джерело — перетравлення зʼїденого корму, тож навантаження зростає разом із нормою годування. У воді цей азот існує у двох формах, повʼязаних оборотною реакцією: неіонізований аміак (NH3) та іон амонію (NH4+): NH3 + H+ ⇌ NH4+. Їхню суму називають загальним амонійним азотом (TAN).

Токсичність двох форм різко відрізняється. Університет Флориди (UF/IFAS) зазначає, що неіонізований аміак приблизно в 100 разів токсичніший для риб, ніж амоній, а Південний регіональний центр аквакультури (SRAC) називає NH3 токсичною формою, а NH4+ — нетоксичною. pKa амонію дорівнює 9,25: нижче цього pH переважає протонований іон амонію, вище — NH3. У воді з низьким pH рівновага зміщується до амонію, з високим — до аміаку.

Вплив pH і температури

Частка TAN у формі NH3 зростає і з pH, і з температурою та трохи знижується зі зростанням солоності. Сильніше діє pH: за даними SRAC, кожне підвищення pH на одиницю збільшує кількість неіонізованого аміаку приблизно в 10 разів. Нижче наведено частину таблиці 1 з публікації SRAC 463, розрахованої за даними про рівновагу Emerson et al. (1975, Journal of the Fisheries Research Board of Canada 32:2379–2383). Кожне значення — частка TAN у неіонізованій формі; вихідна таблиця охоплює також 6–14 °C і pH до 10,2 та не містить значень нижче pH 7,0.

Щоб оцінити неіонізований аміак, виміряний TAN множать на частку для pH і температури акваріума. Приклад SRAC: за pH 8,6, 30 °C і TAN 3 мг/л добуток 0,2422 × 3 дає близько 0,73 мг/л NH3. Якщо застосувати той самий метод до таблиці, 1 мг/л TAN за 26 °C відповідає приблизно 0,006 мг/л NH3 при pH 7,0, але близько 0,057 мг/л при pH 8,0: той самий показник тесту несе приблизно вдесятеро більше токсичне навантаження в жорсткішому й лужнішому акваріумі.

Що насправді показує тест

Поширені тест-набори на аміак не вимірюють NH3 безпосередньо. За даними UF/IFAS, обидва поширені методи — метод Несслера і саліцилатний метод — вимірюють загальний амонійний азот у мг/л (ppm), тож неіонізовану частку доводиться обчислювати за pH і температурою, як показано вище. Тому показник тесту має сенс лише разом з одночасно виміряними pH і температурою.

• Набори на основі реактиву Несслера можуть давати хибно завищені показники за наявності засобів, що звʼязують аміак, і багатьох кондиціонерів води, а також протягом 24–72 годин після обробки формаліном.
• Саліцилатні набори не реагують на засоби, що звʼязують аміак, і на формалін.
• Обидва типи показують TAN, а не токсичну частку; таблиця часток перетворює одне на інше.

Що це означає для підмін води

UF/IFAS зазначає, що підміна 25–50 % води видаляє частину аміаку за умови, що в поданій воді його немає, і що це здійсненно в акваріумах і дуже малих ставках; SRAC додає, що підтримання високого рівня розчиненого кисню трохи знижує токсичну дію неіонізованого аміаку. Оскільки токсична частка залежить лише від pH і температури, будь-яка дія, що підвищує pH за ще наявного аміаку, збільшує частку NH3 у залишку. Це стосується підмінної води, лужнішої чи теплішої за воду акваріума, і підвищення pH або лужності в акваріумі з вимірюваним TAN; SRAC так само застерігає від вапнування вод із високим аміаком, бо високий pH посилює його токсичність. І навпаки, SRAC зазначає, що низький pH після відмирання водоростей зменшує токсичну частку аміаку, який вони вивільняють.

Саму проблему усуває нітрифікація: бактерії окиснюють амоній спершу до нітриту, потім до нітрату. За даними UF/IFAS, нітрифікувальні бактерії погано працюють за загальної лужності нижче 20 мг/л, новому біофільтру потрібно шість–вісім тижнів для накопичення достатньої кількості бактерій, а нітрифікація утворює CO2 та іони водню, що знижують pH за нестачі лужності. Перегодовування — основна причина високого TAN, і стандартний захід в аквакультурі — тимчасове скорочення годування; UF/IFAS вважає, що відмова від корму на один–три дні не шкодить рибі.