沉积物孔隙水中溶解态Fe（Ⅱ）和S（-Ⅱ）的原位富集显色—数码成像测定

作     者：国承荣 

作者单位：厦门大学 

学位级别：硕士

导师姓名：袁东星

授予年度：2018年

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 0804[工学-仪器科学与技术] 

主      题：沉积物孔隙水 原位传感器 光学图像 Fe(Ⅱ) S(-Ⅱ) 

摘      要：沉积物孔隙水是沉积物与上覆水进行物质交换的重要场所和媒介,富含多种与生物地球化学循环和生物活动密切相关的重要元素,其中最主要的是铁和硫。前者在植物的呼吸、固氮和光合过程中起关键作用,后者参与蛋白质和维生素的合成。两者在沉积物孔隙水中主要以还原态形式存在,即Fe（Ⅱ）和S（-Ⅱ）。测定沉积物孔隙水中Fe（Ⅱ）和S（-Ⅱ）的常规方法为异位分析法,即采样后带回实验室进行分析。该法的最大不足是在采样、运输和处理过程中易造成Fe（Ⅱ）和S（-Ⅱ）的氧化。因此,发展能够现场完成富集采样和测定的原位分析方法十分必要,对于沉积物孔隙水中铁和硫的相关研究具有重要意义。然而,目前已报道的原位分析方法及应用仍局限于原位富集或实验室试验,未有真正意义上的用于现场的原位分析方法。针对现有方法的不足,本研究建立了一套原位富集显色-数码成像的分析方法和检测系统,用于原位测定沉积物孔隙水中溶解态Fe（Ⅱ）和S（-Ⅱ）;在采样的同时完成显色、富集和记录,最大限度地减少样品采集、运输、储存和处理过程中可能产生的环境影响和人为干扰。主要研究内容及结果如下:（1）以C18-菲啰嗪丙烯酰胺凝胶为富集相,以双叉丙烯酰胺为交联剂的丙烯酰胺凝胶为扩散相,自制透明底座的富集装置。将富集装置装配在样品盘上、配置数码摄像机,自制成原位富集显色-数码成像集成系统,用于沉积物孔隙水中溶解态Fe（Ⅱ）的原位测定。研究了凝胶扩散系数、富集量、富集相显色图像灰度值之间的关系,建立了与经典DGT定量方式不同的、适用于本研究方法的定量方法。优化了方法的各项参数,考察了盐度对富集效果的影响和方法的准确度、精密度。方法成功应用于厦门大学翔安校区水库和福建省紫泥红树林保护区沉积物孔隙水中溶解态Fe（Ⅱ）的测定。结果显示,本方法能够满足沉积物孔隙水中Fe（Ⅱ）的半定量乃至基本定量的测定要求。（2）在上述工作的基础上,改进富集装置和原位富集显色-数码成像集成系统。以AgI-丙烯酰胺凝胶为富集相,以双叉丙烯酰胺为交联剂的丙烯酰胺凝胶为扩散相,用于测定沉积物孔隙水中的溶解态S（-Ⅱ）。建立了定量方式,优化了各项参数,考察了盐度对富集效果的影响和方法的准确度、精密度。方法成功应用于厦门大学翔安校区水库和福建省紫泥红树林保护区沉积物孔隙水中溶解态S（-Ⅱ）的测定。结果显示,本方法能够满足沉积物孔隙水中S（-Ⅱ）的半定量乃至基本定量的测定要求。