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淡水环境介质样品磷酸盐氧同位素前处理方法研究取得新进展

发布时间:2020-11-19

 磷是地表最重要的生命元素之一。与碳、氮等元素既有多种稳定同位素又有多种价态不同,磷只有一个稳定同位素(31P),且在自然界主要以正五价正磷酸盐形式存在。这导致地表磷的来源解析和生物地球化学循环研究,远落后于其他生源要素。自然界中大部分磷与氧结合在一起,而氧有三个稳定同位素,因此,借助磷酸盐的氧同位素组成来研究磷的物质来源和生物地球化学循环过程成为一种潜在有效的手段(Blake et al., 1997; McLaughlin et al., 2006; Jaisi et al., 2010a; Goldhammer et al., 2011Li et al., 2011)。磷酸盐氧同位素常用d18Op表示(d18Op = (Rsample/RVSMOW ? 1)×1000,其中,Rsample为样品的18O/16O 比值,RVSMOW是维也纳平均海洋水标准的18O/16O 比值)。 

 由于磷酸盐氧同位素研究起步较晚,目前国际上仍然没有形成一套成熟可靠的淡水环境介质δ18OP分离纯化前处理方法,而已有的海水δ18OP分离纯化前处理方法应用于淡水环境样品分析存在诸多问题,这制约了利用δ18OP开展淡水环境磷的来源辨识及循环过程的示踪研究。为此,中国科学院地球化学研究所陈敬安课题组围绕淡水环境介质样品磷酸盐氧同位素前处理方法进行了系统研究和技术开发,取得重要进展: 

 1建立了原位富集、洗脱和纯化的淡水水体δ18OP分离纯化前处理方法。新方法基于Zr-Oxide膜原位富集水体磷酸盐、同步去除多数杂质的特点,大幅简化了前处理操作步骤,通过预富集可高效去除99.7%以上的主要阴、阳离子和DOC90%的金属及微量元素杂质,最终获取的高纯度的Ag PO4固体和准确可靠δ18OP组成。相关研究成果以“Method for phosphate oxygen isotopes analysis in water based on in situ enrichment, elution, and purification 为题发表在环境科学领域知名期刊《Journal of Environmental Management》上(https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.111618)。 

  1 淡水水体样品δ18OP分离纯化前处理流程 

 2建立了淡水湖泊沉积物中不同形态磷的δ18OP分离纯化前处理方法。新方法提出利用“无磷活性炭”快速脱色、去除沉积物NaHCO3-PNaOH-P提取液中有机质和大部分金属杂质,在HCl-P提取液pH~4条件下形成Fe(OH)3-PO4共沉淀、预去除大量金属阳离子和Cl-等措施,大幅简化了操作步骤和避免了有机质、Cl-等杂质干扰。相关研究成果以“Pretreatment method for the analysis of phosphate oxygen isotope (δ18OP) of different phosphorus fractions in freshwater sediments”为题发表在环境科学领域知名期刊《Science of the Total Environment》上(https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.05.238)。 

  2淡水沉积物不同形态磷δ18OP分离纯化前处理流程 

 以上研究成果实现了对水、沉积物/土壤、悬浮颗粒物等不同类型淡水环境样品的δ18OP分析,淡水生态系统磷的来源解析及其生物地球化学循环过程研究提供了重要方法学支撑。 

 本研究受中国科学院战略先导专项BNo.XDB40020400)、国家基金委-贵州省喀斯特研究中心联合基金(U1612441)、国家自然科学基金(No.417731454190727941977296)、中科院青年创新促进会专项和中科院创新交叉团队等项目资助。 

  (陈敬安课题组/供稿)