アンモニアの毒性は水温とpHで変わる：計算式と早見表

試験紙でアンモニアを測ると、「0.5 mg/L」のような数値が出ます。ところが、同じ0.5 mg/Lでも、水槽のpHや水温によって、魚への危険度は大きく変わります。この記事では、その理由と計算式、早見表をまとめます。

運営者が公開されている式を使って計算したもので、実験ではありません。式の出典は記事の最後にあります。

この記事でわかること

• 水中のアンモニアは、アンモニウムイオン（NH₄⁺）と非解離アンモニア（NH₃）の2つの形で存在します。
• 窒素化合物の毒性を比べた総説では、水の動物にいちばん毒性が高いのは非解離アンモニア、アンモニウムは低いほうとされています。
• 2つの割合は、pHと水温で決まります。pHが高く、水温が高いほど、毒性の強いNH₃が増えます。

アンモニアは2つの形で水に溶けている

水に溶けたアンモニアは、NH₃ + H⁺ ⇄ NH₄⁺ という平衡の状態にあります。pHが低い（酸性側）と水素イオンが多いので、NH₄⁺の側に傾きます。pHが高い（アルカリ性側）と、NH₃の割合が増えます。

試験紙やキットが測るのは、多くの場合、この2つを合わせた「総アンモニア」です。どちらの形がどれだけあるかは、測定値からは分かりません。そのため、pHと水温から計算で求めます。

計算式（Emerson ほか、1975年）

NH₃の割合は、次の式で求められます（T は絶対温度＝水温℃＋273.15）。

pKa = 0.09018 + 2727.92 ÷ T
NH₃の割合 = 1 ÷ (1 + 10^{(pKa − pH)})

25℃だとpKaは約9.24です。pHが7なら、NH₃の割合は約0.57％です。公開されている解説では、この式は0〜50℃の範囲で使えるとされています。

早見表：総アンモニアのうち、NH₃が占める割合

たとえば、28℃で総アンモニアが0.5 mg/Lのとき、NH₃は次のようになります。

• pH 6.5：約0.0011 mg/L（割合0.22％）
• pH 8.0：約0.033 mg/L（割合6.63％）

同じ試験紙の数値でも、pH 8.0では、pH 6.5の約30倍のNH₃がある計算です。

水槽での読み方

• pHが高い水槽ほど、アンモニアに注意。pHを高めに保つ水槽（たとえばマラウイ湖のシクリッドの水槽）では、同じ数値でも危険が大きくなります。
• 夏は特に注意。水温が上がると割合も上がります。表では、pH 8.0で20℃は3.87％、30℃は7.54％です。
• 水換えの前に測るなら、pHも一緒に。総アンモニアの数値だけでなく、同時にpHを測っておくと、危険度が読めます。
• ここでは「安全な値」は示しません。耐えられる濃度は魚種や浴びる時間で変わり、資料により値も異なります。この記事が示すのは、数値の読み替えだけです。

pHと水温を入れるとNH₃の濃度を計算するアンモニアの計算ツールを、水槽の計算ツールに追加しました。pHの測り方はpH測定の記事、立ち上げ時のアンモニアの扱いは立ち上げ初日の記事 でも触れています。

参考文献

1. Emerson, K., Russo, R.C., Lund, R.E., Thurston, R.V. (1975) Aqueous ammonia equilibrium calculations: Effect of pH and temperature. Journal of the Fisheries Research Board of Canada 32(12): 2379–2383. doi:10.1139/f75-274
2. Camargo, J.A., Alonso, A. (2006) Ecological and toxicological effects of inorganic nitrogen pollution in aquatic ecosystems: A global assessment. Environment International 32(6): 831–849. doi:10.1016/j.envint.2006.05.002

式の定数は公開されている解説（Rの AmmoniaConcentration パッケージの文書）で確認し、25℃・pH7の割合が約0.57％になることを計算で確かめています。早見表は、この式で運営者が計算しました。