海水中超痕量活性磷的检测方法及其船载式仪器研究及应用

发布时间：2020-08-27 18:36

【摘要】： 磷是海洋浮游植物生长所必需的营养元素,活性磷作为其主要无机形式,在磷的海洋生物地球化学过程中扮演着重要角色。寡营养盐海域海洋表层活性磷的浓度极低,通常在nmol/L水平。现有的活性磷测定方法已不能满足日益发展的海洋环境科学研究的需要,发展灵敏可靠的分析方法,研发相应的现场分析仪器,已成为该领域研究的技术基础和迫切需求。本论文针对现有方法的不足,研发灵敏度高、可靠性好、操作相对简单的超痕量活性磷分析方法和船载式仪器,并用于现场测定。主要内容和结果如下: (1)建立了海水中超痕量活性磷的船载式流动注射-C18固相萃取-分光光度测定方法。前期研究发现,作为阴离子的磷钼蓝(Phosphomolybdenum blue,PMB)可与阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(Cetyltrimethylammoniumbromide,CTAB)反应,生成均匀分散于水相的疏水性PMB-CTAB离子对化合物,该化合物可被Sep-Pak C18富集柱固相萃取,萃取后可被0.56 mol/L硫酸乙醇溶液从柱上迅速洗脱,洗脱液在700 nm和791 nm处有最大吸收。对本课题组前期已建立的流动注射-C18固相萃取-分光光度体系进行改善,包括试剂添加方式的优化、Schlieren效应的最小化、分析速度的提高、分析线性范围的扩大等。在优化的实验条件下,以盐度为35的海水为基底,检测限为1.57 nmol/L,线性范围3.4～515 nmol/L;对于浓度高于20 nmol/L的样品,分析时间为10 min/样,对浓度低于20 nmol/L的样品,分析时间为30 min/样。将本方法应用于船上现场分析,在长达一个月的航次中,测定覆盖了南中国海部分海域的32个站位100 m以浅的200多个水样,结果令人满意。实际海水中超痕量活性磷的现场测定,相对标准偏差(Relative standard deviation,RSD)为4.45%～6.75%,与Mg(OH)_2共沉淀(Magnesium hydroxide-induced coprecipitation,MAGIC)法比较,测定结果无显著性差异。 (2)利用八位阀和自制检测器,建立了海水中超痕量活性磷的顺序注射-C18固相萃取-分光光度检测方法,方法检测限为1.26 nmol/L,线性范围3.4～515 nmol/L;对于浓度高于10 nmol/L的样品,分析时间为10 min/样,对浓度低于10 nmol/L的样品,分析时间为30 min/样。本方法自动化程度高,无样品和试剂浪费。本方法成功应用于船上现场分析,在长达一个月的航次中,测定了越南海域和南中国海北部的100余个大面站和2个时间序列站的500多个水样,结果令人满意。对实际海水中超痕量活性磷进行现场测定,RSD为4.07%～4.68%。 (3)建立了海水中超痕量活性磷的顺序注射-HLB固相萃取-分光光度检测方法。在酸性条件下,PMB可被HLB(Hydrophilic-lipophilic balance)吸附剂固相萃取;富集在HLB上的PMB被0.15 mol/L的NaOH溶液迅速洗脱,洗脱液在700nm～800 nm之间有较大吸收。考察了PMB在HLB上的离线萃取和洗脱效率。采用单因素法对试剂用量、反应时间与温度、洗脱剂浓度、样品富集流速与时间,洗脱流速等实验参数进行了优化选择。考察了试样盐度的影响。在优化的实验条件下,方法的线性范围为3.4～1134 nmol/L,检测限1.42 nmol/L,实际海水基底加标回收率为94.35%,分析时间为6～10 min/样。考察了试样中硅酸盐和砷酸盐的影响,5000倍的硅酸盐对活性磷的测定无干扰;通过添加还原剂可掩蔽100nmol/L砷酸盐的干扰。以31 nmol/L的磷试样为考察对象,在最佳实验条件下于不同时间测定7次的RSD为2.50%。本法对实际海水的测定结果与MAGIC法无显著性差异。本法成功测定了取自南海的200多个100 m以浅海水样品中的活性磷含量,结果令人满意。本法十分适合船上现场在线分析,有发展成为原位测定的前景。 (4)建立了海水中超痕量活性磷的反相流动注射-长光程分光光度测定方法。设计反相流动注射流路,以2 m的液芯波导管(Liquid waveguide capillary cell,LWCC)作为流通池,极大地提高经典磷钼蓝方法的检测灵敏度。采用单因素法对显色剂浓度、进样体积、混合盘管长度和样品流速等实验参数进行优化。考察了试样中盐度的影响。在优化的实验条件下,方法的检测限为0.5 nmol/L,测定下限为2.5 nmol/L,分析时间为4 min/样(样品测定2 min,更换样品与管道冲洗2 min),样品消耗量为10 mL/样(测定3次),样品加标回收率在87.8～101.8%之间,结果令人满意。考察了试样中硅酸盐和砷酸盐的影响,240μmol/L的硅酸盐和53.3 nmol/L的砷酸盐对空白溶液和82.5 nmol/L磷试样的测定无影响。以24.7和82.5 nmol/L的磷试样为考察对象,在最佳实验条件下连续测定9次,RSD分别为1.54%和1.86%。本法十分适合船上现场在线分析,亦有发展成为原位测定的前景。 (5)提出了船载式超痕量活性磷检测系统的总体设计思路,通过光纤、流路接口螺丝与溶液管道,将系统所用的阀、泵、光源、检测器等部件有机结合,形成集成化的检测系统。利用Visual Basic 6.0编写的数据采集与记录软件的界面友好,易于操作。自制检测器稳定性好,120 min内对空白样品光强的相对标准偏差为0.026%(n=240),最大相对偏差小于0.06%,测定活性磷的灵敏度与商品化分光光度计基本无差异。
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：P734

【引证文献】