湖泊沉积物中磷酸盐氧同位素前处理方法对比

发布时间：2019-09-06 11:04

【摘要】：磷酸盐氧同位素(δ~(18)OP)是一种有效的磷源示踪方式.由于湖泊沉积物的组成十分复杂,必须对样品进行除碳处理和纯化处理.本文对目前应用较为广泛的几种前处理方法进行比较,包括NaClO处理和H_2O_2处理等除有机碳方法,以及Blake法和Mc Laughlin法等纯化方法,以期获得适用于湖泊沉积物磷酸盐氧同位素的前处理方法.结果表明:(1)NaClO处理可以保证较高的无机磷提取效率,同时能有效地减少无机磷提取液中有机质含量,且对不同形态磷的破坏较小;H2O2对有机质的去除效果不稳定,且处理后样品磷形态之间发生转化,显著增加了提取的无机磷浓度.(2)Blake法和Mc Laughlin法分别采用磷钼酸铵(APM)+磷酸铵镁(MAP)沉淀和Ce PO4沉淀对样品进行纯化.在纯化处理湖泊沉积物过程中,Blake法优于Mc Laughlin法,主要体现为有机质去除率高,并且磷的回收率较为稳定.(3)经Blake法纯化丹麦Nordborg湖沉积物样品得到的Ag_3PO_4中C、N含量低于Mc Laughlin法且重现性好.本文结合NaClO法与Blake法的优点,建立了一种适合湖泊沉积物的磷酸盐氧同位素前处理方法:首先用2.5%NaClO对沉积物样品进行除碳预处理,然后对磷酸盐提取液依次通过氢氧化镁共沉淀(MAGIC)、APM+MAP沉淀、阳离子交换树脂处理,最后生成Ag3PO4沉淀.
【图文】：

提取液,沉积物,预处理,浓度

夥?的无机磷提取液中DOC浓度升高可能是因为H2O2将沉积物样品中部分难降解有机质转化成水溶性有机酸．2．1．2不同预处理方法对沉积物磷形态的影响NaClO对沉积物磷形态的影响小于H2O2．经NaClO处理后，无机磷提取率维持在93%～98%(图1b)，但沉积物的总磷减少14%～29%(图2)，表明NaClO对有机磷有明显的去除效果而对无机磷几乎无影响．经H2O2处理后，，除样品1总磷减少30%外，其他3种样品的总磷与对照组几乎没有差异(图2)，但无机磷的提取率提高了35%～64%(图1b)，表明H2O2将有机磷转化为无机磷．图12．5%NaClO和30%H2O2预处理后沉积物提取液中DOC浓度(a)和无机磷含量(b)的变化Fig．1VariationofDOCconcentration(a)andinorganicphosphatecontent(b)insedimentsextractsafter2．5%NaClOand30%H2O2pretreatments比较NaClO和H2O2处理后沉积物磷赋存形态的变化可得，NaClO和H2O2处理组的Ex-P分别减少了29%～86%和86%～90%，说明Ex-P更易受H2O2破坏(P=0．039)．Ex-P一般通过物理吸附作用或者磷酸盐与沉积相胶体、矿物通过配位交换的方式吸附在沉积物表面［30］，极易因环境的改变而释放．实验过程中，NaClO与沉积物反应缓和，而H2O2与沉积物反应时却有大量气泡冒出，激烈的气泡涌动可能促进了Ex-P的释放．但由于Ex-P仅占总磷的1%～3%，因此Ex-P的变化对无机磷提取率的影响可忽略．除样品4外，NaClO处理组和H2O2处理组的Fe-P含量变化几乎无差异(P=0．666)，分别减少了43%～61%和37%～65%．Fe-P是指铁铝氧化物表面及氧化物晶格包裹的磷，包括无定型氧化铁(FeOOH)-P胶体．FeOOH-P最稳定的pH范围为6．5～8．0，在高pH或低pH条件下，都易将PO3－4释放出来［31］．

沉积物磷,预处理,有机质

CFAP和CAP影响不大，含量波动范围分别为－9%～6%和－4%～3%．CFAP和CAP主要是CaCO3结合态的磷，稳定性较强，不易释放［3］．H2O2使这2种磷形态的磷含量明显增加，其中CFAP增加了21%～65%;CAP除样品3变化较小，仅减少了4%外，其它样品增加了32%～182%，其原因可能是H2O2在氧化有机质的过程中将有机磷转化为无机磷．与对照组相比，经过NaClO和H2O2处理后Org-P含量分别减少了47%～69%和82%～96%．这表明NaClO和H2O2均对Org-P有明显影响，且H2O2处理对Org-P影响更明显(P=0．020)．图22．5%NaClO和30%H2O2预处理后沉积物磷形态的变化Fig．2Variationsofsedimentsphosphatesspeciesafter2．5%NaClOand30%H2O2pretreatments2．2两种经典方法的纯化效率对比2．2．1有机质去除率比较Blake法和McLaughlin法对PO3－4提取液的纯化效果可得，两种方法均使有机质含量降低，但是趋势不同(图3)．按照Blake法处理后DOC浓度呈逐步降低的趋势，而McLaughlin法中DOC浓度却波动较大．Blake法和McLaughlin法分别采用2次MAGIC和1次MAGIC操作，DOC浓度分别减少了42．03%和33．98%，二者相差8．04%，表明第2次MAGIC操作对DOC的去除作用有限．这可能与Mg(OH)2沉淀对有机质的吸附作用有关，在2次MAGIC操作中Mg(OH)2沉淀量基本不变，故吸附的有机质含量变化不大，减少的部分可能是被NaOH清洗掉的碱溶性有机质．由于MAGIC操作复杂，且耗时长，因此，建议只采用1次MAGIC．在利用特征沉淀对样品进行纯化的步骤中，Blake法与McLaughlin法分别采用了APM+MAP沉淀和CePO4沉淀，但是二者对有机质的去除效果有显著差异(P=0．007)．经APM+MAP沉淀处理后，样品中DOC浓度减少至7．74±1．13mg/L，约为提取液D
【作者单位】：中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室;中国科学院大学;中国科学院大学中丹学院;苏州科技大学环境科学与工程学院;
【基金】：国家自然科学基金项目(41471075,41171366)资助
【分类号】：P597;P512.2

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