一种沉积物中活性磷和铁的同步获取方法
【专利摘要】一种沉积物活性磷和铁的同步获取方法，利用薄膜扩散梯度原理，以能进行磷铁同步富集的固定膜与扩散膜组成DGT获取装置，将其放入沉积物中2－6天，沉积物中活性磷和铁离子以自由扩散方式穿过扩散膜，随即被固定膜同步捕获。将装置取出后，利用切片－两步提取－微量比色方法分别分析固定膜上磷和铁的积累量，根据Fick第一扩散定律计算得到沉积物中活性磷和铁的含量。
【专利说明】一种沉积物中活性磷和铁的同步获取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种对土壤、沉积物等环境介质中活性磷和铁的同步获取方法，可用 于环境介质中活性磷和铁的迁移活性、生物有效性、污染风险以及二者的迁移转化关系等 的分析与评价。
【背景技术】
[0002]薄膜扩散梯度（Diffusive Gradients in Thin Films, DGT)技术是一种新的形 态分析技术，主要由英国Lancaster大学Davison和Zhang等在上世纪90年代中期发展起 来。该技术基于离子扩散原理，通过目标离子在定义扩散层的梯度扩散以及关联过程研究， 获得离子在介质中的活性信息。DGT测定技术的装置由固定层和扩散层叠加组成，离子以扩 散方式穿过扩散层，随即被固定层捕获，并在扩散层上形成线性梯度分布，其靠近固定膜一 端的离子浓度维持为零，与介质接触一端的浓度（C DCT)为：
【权利要求】
1. 一种沉积物活性磷和铁的同步获取方法，其特征在于，利用薄膜扩散梯度原理，采用 磷-铁同步富集固定膜与扩散膜组成DGT装置，将其放入沉积物中提取沉积物剖面中的活 性磷和亚铁离子，沉积物中活性磷和亚铁离子以自由扩散方式穿过扩散膜，被固定膜同步 捕获；将固定膜取出后，利用切片-两步提取-微量比色方法分别分析固定膜上磷和铁的积 累量，根据Fick第一扩散定律计算得到沉积物中活性磷和铁的含量。
2. 根据权利要求1所述的沉积物活性磷和铁的同步获取方法，其特征在于，所述的 磷-铁同步富集固定膜，是由包含水合氢氧化锆、Chelex-ΙΟΟ阳离子交换树脂和聚丙烯酰 胺的成膜液胶凝制成的凝胶薄膜，表面沉积氢氧化锆和Chelex-ΙΟΟ阳离子交换树脂。
3. 根据权利要求2所述的沉积物活性磷和铁的同步获取方法，其特征在于，所述 的磷-铁同步富集固定膜中，水合氢氧化锆与Chelex-ΙΟΟ阳离子交换树脂的重量比为 1 : 0· 6 ?1。
4. 根据权利要求2或3所述的沉积物活性磷和铁的同步获取方法，其特征在于，所述的 磷-铁同步富集固定膜采用以下方法制作：将水合氢氧化锆粉末和Chelex-ΙΟΟ阳离子交换 树脂及聚丙烯酰胺水溶液充分混合，制成均匀的成膜液，加入适量四甲基二乙胺和过硫酸 铵后，将该膜液注入玻璃模具中，在2?4°C低温下水平放置，使得氢氧化锆和Chelex-100 阳离子交换树脂自由沉降后，再升温至45±5°C放置，直到成膜液胶凝成膜。
5. 根据权利要求1所述的沉积物活性磷和铁的同步获取方法，其特征在于，所述的扩 散膜是由含水率95%的聚丙烯酰胺凝胶构成，厚度在0. 4?1. 2毫米之间。
6. 根据权利要求1所述的沉积物活性磷和铁的同步获取方法，其特征在于，所述DGT装 置在沉积物中的放置时间为2?6天。
7. 根据权利要求1所述的沉积物活性磷和铁的同步获取方法，其特征在于，所述的切 片-两步提取-微量比色的方法，是将固定膜按一维或二维方向切成条状或块状的切片，先 用圆0 3溶液提取每块固定膜切片上的铁，用去氧水洗涤后再用NaOH溶液提取每块固定膜 切片上的磷；提取液中铁的测定采用邻菲罗啉显色法，磷测定采用钥蓝比色法，用微孔板分 光光度计进行比色分析。
8. 根据权利要求1所述的沉积物活性磷和铁的同步获取方法，其特征在于，所述的方 法包括以下步骤： (1) 磷-铁同步富集固定膜的制备：将lg含水率50±5%的水合氢氧化锆粉末和3? 5mL30%聚丙烯酰胺水溶液混合均勻，研磨，加入0. 6?lg Chelex-ΙΟΟ阳离子交换树脂搅 拌均匀，得到成膜液；加入12?16 μ LlOwt%过硫酸铵和4?8 μ L四甲基二乙胺，混匀后 注入玻璃模具的两片玻璃板间厚度均匀的空隙中，将气泡赶尽；玻璃模具在2?4°C低温 下水平放置半小时以上，使水合氢氧化锆和Chelex-ΙΟΟ颗粒自由沉降到底部，然后升温至 45±5°C，放置半小时以上，直至成膜液胶凝成膜；取出凝胶薄膜后，放入去离子水中浸泡 24小时以上，制得所述的磷-铁同步富集固定膜； (2) DG切装置组装：将磷-铁同步富集固定膜、扩散膜、硝酸纤维素膜依次叠加后组装 成DGT装置； (3) 充氮：将DGT装置放入盛有去离子水的容器中，向水中充入纯氮气去除DGT装置中 含有的氧； (4) DGT装置放置：将DGT装置垂直插入沉积物中，保留3?5cm暴露于上覆水中，放置 2?6天后，取出磷-铁同步富集固定膜并标记沉积物-上覆水界面； (5) 固定膜切片：将固定膜从装置中取出固定，对固定膜沉积物-水界面以下部分，用 切片刀按一维或二维方向切成条状或块状的切片； (6) 铁提取：切片后将所有固定膜切片依次挑入离心管中，然后向每个离心管加入适 量1M ΗΝ03溶液，静置16小时； (7) 磷提取：将已提取过铁的固定膜切片挑出，用去氧水洗涤2h，再重新放入新的离心 管中，加入适量1M NaOH溶液，静置16小时； (8) 亚铁比色分析：从步骤（6)的每个离心管中吸取适量的解吸液至96孔酶标板微孔 中，确定合适的稀释倍数，依次加入邻菲罗啉法显色液和还原剂，再35°C恒温显色30min， 然后通过微孔板分光光度计在520nm波长下读取每个微孔的吸光值，扣除该微孔的空白吸 光值后得到每个微孔中解吸液的吸光度； (9) 磷比色分析：从步骤（7)的每个离心管中吸取适量的解吸液至新的96孔酶标板微 孔中，确定合适的稀释倍数，依次加入2MH 2S04中和NaOH，然后加入钥蓝比色法显色液，将显 色后的微孔板放入离心机中离心除去气泡后，再详5°C恒温显色lh，然后通过微孔板分光 光度计在700nm波长下读取每个微孔的吸光值，扣除该微孔的空白吸光值后得到每个微孔 中解吸液的吸光度； (10) 数据处理： 根据铁和磷显色标准曲线分别将解吸液的吸光度换算成解吸液中铁和磷的浓度，根据 下面公式将浓度换算成每块固定膜切片中铁或磷的积累量： M=CVX1(T6 上式中，C为每个解吸液中铁或磷的浓度,单位为μ g/L ;V为解吸液的体积，单位为 μ L ;M为每块固定膜切片中铁或磷的积累量，单位为μ g ; 再根据Fick第一定律将铁或磷的积累量换算成对应剖面上沉积物中铁或活性磷的含 量：
上式中，Λ g为扩散膜厚度，单位为cm ;Dg为亚铁离子或磷酸根离子在扩散膜中的扩散 系数，单位为cm2/s ;A为固定膜切片的面积，单位为cm2 ;t为放置时间，单位为秒，CDCT为活 性磷或铁的浓度，单位为μ g/L。
9.根据权利要求8所述的沉积物活性磷和铁的同步获取方法，其特征在于，所述的方 法中，步骤（10)还包括根据每个固定膜切片在沉积物剖面中的位置，作出CDCT的一维或二 维分布图。
【文档编号】G01N1/40GK104048930SQ201310078099
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年3月12日 优先权日:2013年3月12日
【发明者】丁士明, 陈义飞 申请人:中国科学院南京地理与湖泊研究所