[發明專利]一種二維、高分辨測定濕地土壤和沉積物中活性磷分布的方法

有效

• 申請號: 201310077255.3
• 申請日: 2013-03-12
• 公開（公告）號: CN104048924B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 丁士明;王燕
• 申請（專利權）人: 中國科學院南京地理與湖泊研究所
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25
• 代理公司: 南京知識律師事務所32207
• 代理人: 韓朝暉

技術領域

本發明屬于環境科學和地球科學領域，涉及一種對土壤、沉積物等環境介質中活性磷的二維、高分辨測定技術，該技術能夠簡易地在毫米和亞毫米尺度上獲取濕地土壤、沉積物剖面中活性磷(DRP)的二維分布特征。

背景技術

磷是水生生物生長的重要營養元素，是水體初級生產力和富營養化的主要限制性因子。外源磷進入濕地和湖泊水體后，大部分積累于濕地土壤和沉積物中，并在一定條件下重新釋放進入上覆水，維持水體的富營養狀態。在外源磷輸入得到遏制的情況下，濕地土壤或沉積物磷污染是造成水體富營養化的主要原因。濕地土壤和沉積物中磷的釋放潛力與其在水-土和沉積物-水界面的分布有密切的關系。通常，由于界面處物理、化學和生物性質上的巨大差異，造成磷在該界面附近可能存在強烈的濃度梯度分布，由此驅動磷在濕地土壤與上覆水或沉積物與上覆水之間進行交換。所以獲取磷在沉積物-水微界面間的分布信息，是評價沉積物磷活性及其向水體釋放的重要依據。活性磷或溶解態反應性磷(Dissolved reactive phosphorus，DRP)是用鉬藍比色法測定得到的磷，絕大部分為磷酸根磷，還包括少量能在酸性條件下發生水解的有機磷和多聚磷化合物?；钚粤资浅练e物中最具活性的磷，其在沉積物剖面中的含量和分布直接影響著水體的營養狀態。獲取活性磷在沉積物中的含量和空間分布信息，對于研究和評價水體營養狀態具有十分重要的意義。

由于分析方法的限制，通常只能得到活性磷在沉積物剖面中的一維垂向分布信息。然而，沉積物性質在橫向空間上同樣存在著非常大的差異，依據一維活性磷數據已不能滿足對水體科學研究和評價的需要，迫切需要發展活性磷的二維獲取技術，同時獲取活性磷在沉積物剖面中的橫向和垂向分布信息。另一方面，常規分辨率(1mm-1cm)的活性磷數據不能準確反映其在沉積物中的空間變化，迫切需要提高分辨率，在100μm-1mm尺度獲取活性磷的空間分布信息。

薄膜擴散梯度(Diffusive gradients in thin films，DGT)測定技術是一種非破壞性、原位獲取沉積物中污染物分布和活性的新技術。該技術裝置主要由固定膜和擴散膜疊加組成(圖1)，兩者均由凝膠配置而成，其中固定膜通過向凝膠加入能吸附污染物離子的固定劑配置而成。當DGT裝置放入沉積物中，污染物離子以擴散方式穿過擴散膜，隨即被固定膜捕獲，并在擴散膜上形成線性梯度分布，擴散膜與固定膜接觸一端的離子濃度維持為零，與介質接觸一端的濃度(C_DGT)為：

上式中M為固定膜上目標離子的積累量(μg)，Δg為擴散層厚度(cm)，D_g為離子在擴散膜中的擴散速率(cm²/s)，A為固定膜的面積(cm²)，t為擴散時間(s)，C_DGT即是通過DGT分析得到的沉積物中離子的含量(10³μg/L)。

對于溶解態活性磷二維分布的獲取，中國專利申請2011103235556通過采用改進型二氧化鋯磷固定膜，結合比色分析技術，已實現沉積物活性磷(DRP)二維分布的獲取。

基于DGT，現有的溶解態活性磷二維分布的獲取方法包括LA ICP-MS分析技術和切片-提取-測定的方法。LAICP-MS是將激光束聚焦于樣品表面，使之熔蝕氣化，由載氣將樣品微粒送入等離子體中電離，再經質譜系統進行質量過濾，最后用接收器分別檢測不同質荷比的離子。該技術具有較高的空間分辨率(＜10μm)。切片-提取-測定方法是對固定膜沉積物-水界面上下部分進行二維、亞毫米切片，用NaOH提取各切片中的活性磷，采用微量比色方法測定提取液中活性磷含量，換算成各切片中的活性磷固定量，通過Fick第一擴散定律計算得到沉積物剖面中對應位置的活性磷濃度，并作出二維分布圖。

切片-提取-測定方法操作麻煩，耗時耗力，效率低下，易丟失部分切片造成信息丟失，造成對濕地土壤或沉積物磷空間分布信息的錯誤判斷。LA ICP-MS技術儀器非常昂貴，絕大多數實驗都不具備，同時樣品前處理程序繁瑣，需要具備一定的專業技能。