堿式碳酸鎂為新結(jié)合相的薄膜梯度擴散技術(shù)原位富集測定富營養(yǎng)水體中的磷

謝發(fā)之 胡婷婷 付浩瀚 羅璇 王獻彪 圣丹丹 李海斌 汪雪春 謝志勇

摘要 薄膜擴散梯度技術(shù)（Diffusive gradients in thin films technique， DGT）是近年來應(yīng)用于自然水體、沉積物和土壤中活性磷原位測定的一種新技術(shù)。利用含堿式碳酸鎂的聚丙烯酰胺凝膠膜為DGT新結(jié)合相，探討了初始濃度、放置時間、pH值及離子強度對組裝后DGT吸附性能的影響。用10 mL 0.25 mol/L H2SO4對結(jié)合相進行洗脫，洗脫率為85%±5%。組裝后DGT對磷的測定不受溶液pH值（4.10～9.15）和離子強度（0.001～ 0.05 mol/L）的影響。在溫度25℃，pH 7.00，磷初始濃度為2 mg/L時， DGT對磷的最大吸附容量為20.4 μg。初始磷濃度為0.001～20 mg/L時，新DGT測定值與磷鉬藍比色法測定值一致。本方法對磷的檢出限為102.4 ng/L。將堿式碳酸鎂DGT和商品化的FerrihydriteDGT應(yīng)用于合成海水、廈門近岸海水、易海、巢湖水和南淝河中的對比檢測，結(jié)果表明，堿式碳酸鎂DGT能更準確測定不同水體中磷濃度。

關(guān)鍵詞 薄膜梯度擴散技術(shù)； 堿式碳酸鎂； 磷； 富營養(yǎng)化

1引言

我國水體富營養(yǎng)化問題日益加劇，藍藻、赤潮等環(huán)境災(zāi)害不斷發(fā)生 [1，2 ]。磷是水生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)力的主要限制因子和造成水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵營養(yǎng)元素 [3 ]，磷鉬藍比色法 [4 ]是普遍應(yīng)用的測磷方法。該方法操作簡單，線性范圍寬（0.03～28 μmol/L），可滿足一般水體中磷的測定。但是由于體系的pH<1才能保證形成的磷鉬雜多酸顯色，然而在此強酸性條件下， 水體中溶解的聚磷酸鹽和部分有機磷化合物將會發(fā)生水解形成正磷酸鹽；此外，溶解的結(jié)合態(tài)無機磷也會解離出來，因此該方法的測磷準確性尚存在缺陷。薄膜梯度擴散技術(shù)（Diffusive gradients in thin films technique，DGT ） [5 ] 是一種全新的原位被動采樣技術(shù)，可以有效避免采用傳統(tǒng)采樣方法破壞采樣點周圍的物理、化學(xué)和生物環(huán)境，使采樣的典型性和準確性降低的缺陷，適合于富營養(yǎng)鹽水體中正磷酸鹽的準確測定。Ding等 [6 ]以水合氧化鋯對可溶性活性磷具有很高的吸附容量的特點，將其作為DGT的結(jié)合相，準確測定了沉積物孔隙水中的可溶性活性磷，該法具有良好的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。Panther等 [7 ]利用二氧化鈦作為DGT的結(jié)合相來測定淡水及海水中的可溶性活性磷，與商品化的FerrihydriteDGT比較發(fā)現(xiàn)，二氧化鈦DGT在海水中更具有優(yōu)勢。Mason等 [8 ]將Chelex100陽離子交換樹脂[9]和水合氧化鐵（Ferrihydrite）[5]結(jié)合在一起作為DGT的結(jié)合相，發(fā)現(xiàn)其也能準確測定土壤中的P，Cd，Cu，Mn，Mo和 Zn。目前，富集測定磷的DGT結(jié)合相材料僅限Chelex100、水合氧化鐵、水合氧化鋯和二氧化鈦等材料。本研究采用含有堿式碳酸鎂的聚丙烯酰胺凝膠膜作為DGT的新結(jié)合相，利用構(gòu)建的新DGT實現(xiàn)對富營養(yǎng)水體中活性磷的原位富集測定。系統(tǒng)研究了初始磷濃度、放置時間、溫度、pH值、離子強度對新DGT吸附性能的影響，并與商品化的FerrihydriteDGT比較應(yīng)用于不同水體中磷的測定。結(jié)果表明，本方法適用于水體中的磷準確測定。

2實驗部分

2.1儀器與試劑

WFJ7200型可見光分光光度計（尤尼克（上海）儀器有限公司）；堿式碳酸鎂（無錫市澤輝化工有限公司），丙烯酰胺、抗壞血酸、四水合鉬酸銨、酒石酸銻鉀（國藥集團化學(xué)試劑有限公司），其它試劑均為分析純。實驗用水為去離子水。所用商品化Ferrihyride-DGT（DGT piston holders）和用于組裝新DGT裝置購于英國 DGT Research 公司，與基質(zhì)接觸的窗口面積為3.14 cm2，擴散凝膠層厚度0.8 mm，吸附凝膠為摻入堿式碳酸鎂的聚丙烯酰胺凝膠，厚度0.4 mm [10 ]。

References

1Tong O，Shao S， Zhang Y， Chen Y， Liu S L， Zhang S S. Clean Technol. Environ， 2012， 14（5）： 857-868

2Wang C， Wang X， Wang B， Zhang C， Shi X， Zhu C. Oceanology， 2009， 49（1）： 64-72

3Ye C， Liao H， Yang Y. J. Sea Res.， 2014， 90： 10-15

4Murphy J， Riley J P. Anal.Chim. Acta， 1962， 27： 31-36

5Zhang H， Davison W， Gadi R， Kobayashi T. Anal. Chim. Acta， 1998， 370（1）： 29-38

6Ding S， Xu D， Sun Q， Yin H， Zhang C. Environ. Sci. Technol.， 2010， 44（21）： 8169-8174

7Panther J G， Teasdale P R， Bennett W W， Welsh D T， Zhao H. Environ. Sci. Technol.， 2010， 44（24）： 9419-9424

8Mason S， Hamon R， Nolan A， Zhang H， Davison W. Anal. Chem.， 2005， 77（19）： 6339-6346

9Zhang H， Davison W. Anal. Chem.， 1995， 67（19）： 3391-3400

10Xu D， Chen Y， Ding S， Sun Q， Wang Y， Zhang C. Environ. Sci. Technol.， 2013， 47（18）： 10477-10484

11Dahlqvist R， Zhang H， Ingri J， Davison W. Anal. Chim. Acta， 2002， 460（2）： 247-256

12Sun Q， Chen Y， Xu D， Wang Y， Ding S. J. Environ. Sci.， 2013， 25（8）： 1592-1600

13Bai J， Wild S， Sabir B B. Cem. Concr. Res.， 2003， 33（3）： 353-362

14Shang G P， Shang J C. Environ. Monit. Assess.， 2007， 130（13）： 99-109

15SUI DianPeng， SUN Ting， FAN HongTao， LIU Chang， ZHU XiaoQiong. Chemistry， 2007， （1）： 954-960

隋殿鵬， 孫挺， 范洪濤， 劉暢， 朱曉瓊. 化學(xué)通報， 2007， （1）： 954-960

16Panther J G， Stillwell K P， Powell K J， Downard A J. Anal. Chem.， 2008， 622（1）： 133-142

17Santner J， Prohaska T， Luo J， Zhang H. Anal. Chem.， 2010， 82（18）： 7668-7674

18Guan D X， Williams P N， Luo J， Zheng J L， Cai C， Ma L Q. Environ. Sci. Technol.， 2015， 49（6）： 3653-3661

19Huynh T， Zhang H， Noller B. Anal. Chem.， 2012， 84（22）： 9988-9995

Basic Magnesium CarbonateBased Diffusive Gradients in Thin

Films Technique for in situ Measurement of Dissolved

Phosphorus in Eutrophic Waters