海水分析总结(原).doc

一、现场研究的总体规划 确定研究目的，包括待测定组分、要求的准确度和结果的使用；确定取样位置，主要针对空间不均匀性和变化性； 确定取样时间（频度），主要针对空间不均匀性和变化性； 确定取样方法，准确度要求、了解取样误差；确定样品处理固定贮存方法；确定分析方法，达到准确度要求，保证分析质量；数据处理与结果报告。二、海水样品特点不均匀性，即时空差异；变化性，即不稳定性；客观限制，即费用限制，时空限制三、描述再现现场的过程1、整体描述：描述总的性质，即平均结果。整体描述取样：获取被测对象的总体平均值及其偏差。均匀或近似均匀的物体，理论上去一个样即可；不均匀物体有随机分布和自相关分布两种。2、细节描述：描述时空变化和差异等。细节描述取样：获得瞬时值的时空变化规律。考虑：1）研究目的2）观测对象自身的变化速率3）现实可操作性按时空尺度分：大、中、小尺度，细微结构四、相关随机过程指某随机过程z是两个（或更多）随机过程x,y加和的结果1、自相关过程：由确定的函数关系2、统计相关过程：两个过程无确定函数关系，由于其他关系影响，导致两者出现出一定统计规律。（静态过程，相关随机过程性质与观测开始的时间无关，有恒定的期望值和方差）3、交叉相关过程：某质点在点A时参数a产生对应时间的自相关过程，到点B后该参数产生类似的对时间的相关过程。两点时间系列产生一定的相关，有一个交叉协方差函数。五、采水器（water samplers）和泵采水器性能：冲刷性能；关闭性能；惰性；重量泵采水不受体积限制，可连续走剖面采样，但水深有限；可与一些预处理步骤结合，避免大体积水样提升和运输六、固液分离1、离心：避免样品多次转移，连续流动离心适于从大量海水中分离颗粒物，但可能引起损失或沾污，转速1000rpm时，低温离心2、过滤1）真空过滤：压力过大生物样品可能被损坏，真空度不超过0.2atm，易受沾污。2）加压过滤：避免空气沾污和生物样品损坏。3）原位过滤，一般用于现场，适于离岸的样品处理。3、滤器（滤片）：海水中通过孔径为0.45um滤器的组分定义为“溶解”态。一般以截留某粒度颗粒量的50%代表其平均孔径。在使用之前要用适当的方法洗净处理，洗净方法根据过滤样品的种类和待测组分的性质确定。七、固定和贮存常用容器有硬质玻璃容器和高密度聚乙烯或聚丙烯容器。1）主要成分（常量元素）：不漏气、防止蒸发，不宜食用磨口塞2）营养盐：采样后立即过滤，冷冻（-20度），抑制微生物活动，低盐高浓度硅酸盐样品建议酸化后单独保存。近岸两小时内不能分析可冷藏（8度），10h内分析为佳。还可以固化。硅酸盐样品用聚乙烯容器保存，磷酸盐和硝酸盐样品使用玻璃容器3）痕量元素：酸化固定，酸化可使容器壁被H饱和减少器壁吸附造成的待测痕量元素损失，抑制微生物活动，防止水解引起重金属元素沉淀损失。4）气体：防止泄露和吸附，防透气的高密度金属容器或玻璃容器，且不与待测气体发生反应。八、氯度（chlorinity）1）海水样品的氯度为沉淀海水中的卤化物所需纯标准银（原子量银）的质量与海水质量之比值的0.3285234，以符号“Cl”表示。2）体积氯度（chlorosity）：给定温度下1dm3海水中所有溴和碘表示为等当量氯之后的氯的含量。3）氯当量：单位氯度相当于氯(包括溴、碘)的量4）测定：Mohr-Knudsen滴定法，卤离子Cl、Br和I与Ag生成难溶沉淀（pK值分别为 9.81、 12.11 和15.82），可用AgNO3沉淀滴定法进行测定。指示剂为K2CrO4，与Ag生成红棕色沉淀（pK值为11.05）。九、盐度1）绝对盐度（absolute salinity），符号SA，定义为海水中溶解物质的质量与溶液质量的比。SAabS 参数a和b取决于离子比。标准海水 a0，b1.00490.0003。2）实用盐度标度：基于海水样品在 15、一个标准大气压下与1千克溶液中含有32.4356克KCl的氯化钾溶液的电导比（K15）来确定。3）测定：盐度计。A.电极式。电极法原理是通过Wheatstone电桥测量未知海水样品电导比。测量中使用交流电以避免电极极化，但需在线路中加可调电容补偿平衡。B.诱导式。诱导法原理是海水为两个变压器之间的耦合圈，由高频振荡在变压器T1产生电流通过海水和补偿圈诱导T2产生电流，调节补偿圈电阻使检流计指零以获得未知海水样品电导比。 4）标准海水：自大洋或受陆地径流影响较小的海区采集海水，经处理后，精确测定其氯度后，封装在安瓿（ampoule）中，以标签表明。十、海水主要成分分析通常测定海水的盐度或氯度，在按这些成分的氯度比值或盐度比值计算其含量。目的是研究氯度比值（或盐度比值）的（局部）变化或孔隙水分析。采用容量法或重量法。1）Ca2+：EGTA络合滴定法，螯合剂EGTA对Ca2+有好的选择性（lg KCa=11.0；c.f. lg KMg=5.2），金属指示剂GBHA在pH11.7的硼砂缓冲溶液中与Ca2+形成红色螯合物，萃取到正丁醇中观察滴定终点颜色变化（变为无色）。取约 10 ml海水样品准确称重进行测量，使用分度为0.005 ml精密滴定管，精确度可达0.1%。2）Mg2+：A.EDTA络合滴定法：取约10 ml海水样品准确称重，用EDTA作滴定剂，在氯化铵缓冲溶液中以EBT为指示剂于640 nm进行光度滴定，测总碱土金属（lg KCa=10.70， lgKMg=8.69， lg KSr=8.63），减去EGTA滴定法测定的Ca2+和以Sr/Cl乘以氯度求得的Sr2+，得到Mg2+的含量。精确度约为0.1%。B.离子交换法分离Mg2+30 ml海水样品（盐度约35），通过阳离子交换树脂待Na+、K+流出后，Mg2+以 450 ml氯化铵溶液（0.35 mol/L）淋洗出，以EBT为指示剂用EDTA滴定测量。变异系数可达 0.03%。该方法耗时。3）K+：A.重量法：四苯基硼酸钠与K+反应生成沉淀 Ca2+、Mg2+共沉淀会有严重干扰，事先转化为碳酸盐（加入Na2CO3）后可溶于冰醋酸。B. 电位滴定法：1 ml海水样品中卤素以AgNO3沉淀，K+以四苯基硼酸钠沉淀后，过量四苯基硼酸钠用AgNO3滴定，以银电极指示终点，方法精密度好于1%。4）Na+：最可靠的方法是差减法，即测定阳离子总量，减去K+、Mg2+、Ca2+和Sr2+。由于海水含有等当量的阳离子和阴离子，Na+的测定可待其它主要成分测定后差减得到。 5）SO42：A.BaSO4重量法：海水中SO42用BaCl2沉淀时，Na+、K+和Ca2+、Sr2+共沉淀产生严重误差。前二者在有苦味酸存在时干扰减至最小，后二者可加入HCl降低pH减少共沉淀（pH不能太低，否则BaSO4溶解度增大）。沉淀在加热条件下进行（90）。 B.电位返滴定法： 海水中SO42转化为BaSO4过滤分离后，过量Ba2以EGTA滴定，用汞电极指示终点。海水样品量约为1ml，适于孔隙水分析，方法精密度为 0.6%。十一、溶解氧Winkler法：主要是用Mn(OH)2的沉淀固定氧，酸化后溶解并氧化I为I2（I3），用Na2S2O3滴定。误差为 0.1%。1）分样和固定：立即首先取水；分样管粗细合适透明，以保证水流充满不产生气泡；干燥溶解氧瓶可直接分样，湿瓶应润洗后分样；装满至海水提出瓶体积约2倍提起分样管；固定液加入管尖在液面以下，轻缓加液，避免涡流；小心盖塞，压紧，上下充分振摇以使溶解氧固定完全；瓶置于暗处数小时，海水浸至瓶颈。2）滴定分析：加入50%H2SO41mL，管尖在液面以下接近沉淀，放入磁搅拌子，使沉淀在不超液面高一半的情况下溶解。用Na2S2O3溶液滴定至终点，记录体积。瓶塞上的碘要冲洗入滴定瓶，溶液氧瓶也要润洗。3）终点判定：a.淀粉指示剂：使用淀粉为指示剂目视确定滴定终点存在系统误差，且灵敏度不够高。b.光度滴定：本身的亮黄色（波长 450470 nm）或加入淀粉与剩余I2产生的蓝色（波长 660 nm）均可用测吸光度的方法判定终点。前者灵敏度较高，多采用UV吸光度法。c.安培滴定：给溶液加0.8V电压测扩散电流，终点前后发生明显电流变化以判定终点。相对灵敏度比较：目视淀粉、淀粉光度、安培滴定和 UV光度在低浓度范围内的相对灵敏度为 1:0.2:0.002:0.0015。d.另有电位滴定和Gran作图法。4）表示：水样中溶解氧浓度可用 mmol/L、mg/L 或 ml/L 表示。海水中溶解氧为非保守性，真光层内光合作用、深层水中有机物分解以及物理混合作用常使溶解氧偏离平衡浓度（即一定温度、盐度下的溶解度*CO2），一般用“溶解氧饱和度（O2）”或“表观耗氧量（AOU）”表示偏离平衡的程度。十二、微量活性气体分析1）顶空（headspace）分析法：运用气体溶解平衡的概念，通过测量平衡后水体上部气相中待测组分的浓度计算水体中该组分的含量。操作方法为：在一定温度条件下，某盐度的水样于密闭容器中反复摇振，与顶空气相达到平衡，抽出气体（抽出量不超过顶空体积的 1/5）进行分析。2）吹扫捕集（purge and trap）系统由“吹扫部分”、“脱水部分”和“捕集加热回收部分”组成。使用“零气体（即不含待测组分的气体，如高纯氮气或氦气）”对一定体积的水样进行连续充分吹扫，挥发性组分经脱水（如K2CO3）后被冷阱（cold trap; cryotrap）捕获和预浓集，再经加热挥发进入气相色谱柱进行分离和测定。3）气水平衡器（air-water equilibrator）用泵连续抽取水样进入气水平衡器，上部空气经鼓泡或喷射与水样充分交换达到平衡后，移取上部气体进行分析。气水平衡器常用于海水二氧化碳分压测量，亦可用于微量生源活性气体分离测定。 十三、活性磷的测定：磷钼蓝法钼酸铵与磷酸盐生成杂多酸（P:Mo1:12），又叫做“十二钼磷酸”。1）影响其生成的因素主要是：酸 度：影响杂多酸组成；阴离子（HNO3、H2SO4）：不同阴离子介质中形成杂多酸P/Mo比不同。HNO3介质中钼酸铵聚合，多用H2SO4控制反应酸度。 钼酸铵与磷酸盐生成的杂多酸有两种同分异构体，即“-钼磷酸”和“-钼磷酸”，二者生成比与酸度有关。其中-钼磷酸为黄色（波长 300480 nm），可用于磷的定量分析，即“磷钼黄法”。-钼磷酸的吸收峰波长与-钼磷酸不同，且易向-钼磷酸转化。 -钼磷酸（磷钼黄）与锑盐结合后（Sb:P:Mo1:1:12）易被还原剂还原生成稳定蓝色化合物（波长 600880 nm），即“磷钼蓝”。其灵敏度高于钼黄。2）试剂和主要影响因素为：锑盐：常用酒石酸锑钾；还原剂：SnCl2（还原生成化合物多显绿色）；SO32；抗坏血酸（常用）；酸 度：是关键因素，混合试剂中 H+一般约为 0.28 mol dm3（pH约为 2）。还与H+/Mo有关，范围很窄，约为 45。 该方法中锑盐、还原剂和酸可配制在一起为混合试剂加入显色。3）干扰：Si 基本不干扰，在该条件下反应慢。磷在 510 min 内发色硅无影响；As含量低，一般干扰很小。测低浓度活性磷时可能有影响，用S2O32可将As(IV)还原为As(III)即可削除干扰；缺氧或无氧水中H2S产生干扰可加入溴水氧化，或酸化后通N2驱除。 4）高灵敏度方法：萃取：用含氧有机溶剂（常用正丁醇）萃取钼蓝，灵敏度提高至 0.006 mol dm3。该方法被广泛采用，可用于海上。多元络合物：钼磷酸与有机络合剂（大分子阴离子化合物）生成多元络合物，再加入一些大分子表面活性剂增溶以提高灵敏度。在海洋方面应用不广泛。离子交换浓集：将钼磷酸富集在阴离子交换树脂（Amberlyst）或凝胶树脂（Sephelex G-25）上，再用酸洗脱。全反射分光光度计。共沉淀法：海水中所有的磷可被Mg(OH)2共沉淀，离心分离后再溶解测定，浓度可提高10100倍。可用于活性磷和总溶解磷。十四、活性硅的测定：硅钼蓝法 酸性条件下钼酸铵与硅酸盐生成黄色杂多酸，可用来分析硅，即“硅钼黄法”。该酸有“-”和“-”两种同分异构体，二者生成比例与酸度有关。型不稳定（吸光系数为型 1.7 倍），易向型转化。当H+/Mo3.5，pH3.54.5 时易形成-硅钼酸，即“硅钼黄”，可用于高浓度硅的定量分析。硅钼黄还原成为“硅钼蓝”，比硅钼黄稳定。宜使用弱还原剂，一般是亚硫酸盐加米吐尔（Metol），或抗坏血酸。硅钼蓝没有吸收峰，背景值较大，选用 810nm测量。硅钼蓝灵敏度高，高浓度时在 660nm测量，或稀释后显色测量。硅酸盐和钼酸铵下先生成型，10min后加入草酸（避免过量钼酸铵还原和消除共存磷酸盐的影响）和还原剂混合，还原为硅钼蓝。硅钼蓝色有盐效应，标准系列需用与样品盐度相近的人工海水配制。仪器测量用抗坏血酸还原，还原显色时间短。干扰：磷和砷都可形成钼蓝，低酸度下（pH2）磷即生成钼蓝，应先加入草酸削除干扰。氟化物浓度高于50mg/dm3时可加入硼酸罗和消除干扰。十五、氮的测定1）NH4的测定：光度法a.靛酚蓝法：NH4在碱性条件下被次氯酸钠氧化为NH2Cl（氯胺），再与苯酚（或百里酚、水扬酸等）生成靛酚蓝（蓝色染料，630 nm）。反应中使用硝普钠作为催化剂（反应有部分消耗）。反应过程和机理比较复杂，副反应影响测定，因此要求控制条件较多，我国没有采用。主要影响因素有：试剂浓度，氧化剂：NaOCl市售品纯度或有效氯浓度往往不够。pH：反应条件为碱性，使苯酚水解为钠盐参加反应。为避免海水中的镁、钙生成沉淀，需加强络合剂如柠檬酸或 EDTA。靛蓝在 pH 11.412.4 范围内稳定，pH过高会使靛蓝水解为苯醌或氨基酚。温度：温度高反应速度快，但稳定性下降，一般为 37。试剂加入顺序：OCl浓度太高会破坏NH2Cl，因此一般先加苯酚，再加OCl。光照会使靛蓝染料分解，应在暗处发色。b. 次溴酸钠氧化法：在碱性条件下用NaOBr将NH4+氧化为NO2显色测定（氧化率在 70以上）。BrO会部分分解为BrO3和Br，浓度稳定，结果满意。若使用NaOCl则会有过度氧化。氧化温度需要在 3545，在此温度下一些有机胺类可能会分解释放NH4+。该方法精密度不好，空白较高。我国将该方法列为标准方法，国际上未采用。电极法：精密度不如光度法高，但响应快、方便。荧光法：方法较复杂，使用不普遍。2）NO2的测定：光度法：海水中NO2与对氨基苯磺酸（Gries法，灵敏度低，有盐误差）或对氨基苯磺酰胺（B.R.法）形成偶氮染料进行测量（540 nm）。在酸性条件下， NO2先与对氨基苯磺酰胺（简称为“磺胺”）形成重氮化合物（重氮盐），再与-萘乙二胺偶联生成偶氮染料来定量分析。用10cm比色皿可测到0.01mol dm3。生成的偶氮染料会被空气中O2氧化褪色，显色后应在3小时测定。显色反应的pH一般为 2（低于HNO2的pK值3.4 以利于HNO2生成）。pH过低影响偶联反应。盐度对低浓度NO2（5mol dm3）测定无影响。NO210mol dm3时盐度的影响不能忽略。 该反应速度较快，室温下即可。温度过高颜色不稳定。-萘乙二胺易被氧化，应在冰箱中保存。3）NO3的测定：还原成NO2-后显色测定。十六、pH的测定1、pH实用标度1）NBS标度：是基于电位测量法导入的。pHx=pHB+(EB-EX)F/RTln10该式即为NBS（现在NIST）和IUPAC推荐的pH的操作定义。2）总氢离子浓度标度pH（T）：解决NBS标度测定海水pH时液接电位差问题。3）游离氢离子浓度标度pH（F）：将氢离子活度定义为“游离”氢离子浓度4）海水氢离子浓度标度pH（SWS）：将F-包括在缓冲介质中。2、测定：1）电位法：不论采用何种 pH 标度，均使用玻璃电极（阻抗100M）和pH计测量。用玻璃电极测量海水 pH，其精确度取决于玻璃电极、标准缓冲溶液和所使用的标度，一般为 0.01 pH，最好可达 0.002 pH。温度校正和压力校正。理想条件为，样品应在现场温度下恒温测量 pH，但实际上不易做到。10以上样品应尽量在与现场接近的温度下测量。电极对低温水样（接近 0）响应缓慢，应在 10左右测量。2）光度法：一些酸性染料类只是剂如甲酚紫、百里酚蓝和甲酚红等可用于光度法测量pH。此类指示剂（H2In）有三种形式：H2In（海水pH条件下可忽略）、HIn和In2。十七、总碱度海水总碱度（total alkalinity, 符号Alk或AT）定义为中和1dm3或1kg海水中的质子受体所需氢离子的摩尔量。测定：电位滴定法：现多采用电位滴定法测定，利用Gran作图法判定重点。滴定过程中CT不能变化，须用密封容器。反滴定法：比电位滴定法设备简单，但精度较差。还有pH单点法。十八、总溶解无机碳总溶解无机碳（DIC，又叫“总二氧化碳”，符号 CO2或CT）为海水中溶解无机碳各分量之和，即 CTCO2 (T) + HCO3 + CO32。测量流程为：海水样品用H3PO4酸化，CO2用高纯N2吹脱，经脱水（用干冰、液氮或化学脱水剂）后进入库仑滴定计测量。库仑滴定法原理是，CO2与乙醇胺反应释放出质子，被由银电解提供的电子与水结合产生OH中和。终点判定以百里酚蓝为指示剂，或用光度指示。由银氧化所消耗的电量（由库仑计测量）与CO2的定量关系来精确测量海水CT。十九、CO2分压海水（pCO2）的测量原理是基于测定与一定温度的压力的海水样品相平衡的气相中CO2的混合比来确定。海水二氧化碳分压测量的关键装置是气水平衡器（air-water equilibrator），有喷淋式、鼓泡式和薄膜式。 用泵采取的海水不断进入平衡器，过剩的水排出平衡器。平衡器上部的空气不断循环鼓泡，空气中二氧化碳分压逐渐与水样达到平衡。平衡时间大约10 min，可测一个数据。船缓慢行驶可获得连续pCO2数据。pCO2结果要做干空气校正，采用逸度表示方式。二十、DOC1、采集、前处理和空白：DOC取样过滤避免使用塑料器具，一般使用带Teflon旋口盖的硬质玻璃管。过滤水样分析前应在4保存；分析使用“低碳（LOCC）水”或“无碳蒸馏水（CFDW）”。2、测定：海水酸化至pH2-3，通纯气驱除生成的CO2，同时驱除了挥发性有机碳；氧化：有机碳（DOC）的测量基本上都是无机碳加酸驱除后，经燃烧或化学氧化将有机碳转化为CO2，再通过物理或化学方法进行测定（NDIR，GC等）。DOC测定主要是干烧法和湿氧化法。湿法一般不受海盐存在的影响，并已证明对大多数有机物有效（95%）。极少数化合物如尿素的氧化效率低。干烧法分为无催化剂和有催化剂两类。 无催化剂干烧法来自于POC分析，是将水样干燥或真空干燥成为固体后于900有氧燃烧分析。析出的NaCl会损害分析系统，降低了精密度。通常表现高空白，结果多变。高温催化氧化法（HTCO）：温度低于直接燃烧方法，一般为680700（可减少NaCl沉积）。二十一、胶体有机碳分离：采用“切向超滤（CFU）技术”，即经预过滤的水样（预滤液）在超滤其中切向流过超滤膜表面，再外加切向压力作用下，部分真溶液通过超滤膜包脱离原预滤液；而胶体部分被超滤膜截留最随着原液继续流动被带走，在系统中循环超滤。经多次循环后，含有胶体的部分被不断浓缩，最终水样被分离为超滤液（真溶液）和被截留的浓缩液（包括胶体和真溶液）两部分。二十一、初级生产力1、“初级生产（primary production）”是指含叶绿素a的植物通过光合作用将无机碳转化为有机碳，同时将光能转化为化学能贮存于有机物中的过程。2、“初级生产力（primary productivity）”表示，是单位时间内单位体积或单位面积水体生产有机碳的量，单位为“mg C m3 d1（h1，y1）” 初级生产有时用“总生产（gross production）”和“净生产（net production）”表示。二者关系为：总生产净生产呼吸速率。光合作用和呼吸作用中O2和CO2的生成与消耗比可用“光合商（PQ, photosynthetic quotient）”和“呼吸商（RQ, respiratory quotient）”来反映。3、测定：14C示踪法：水样中添加已知量的NaH14CO3作示踪物，经光合作用后转化到POC中。一定时间后用GF/F过滤测颗粒物中的14C（处理方法类似于POC）。也是用黑白瓶做，黑瓶为空白校正值，即无光条件下14C向POC的转化。14C放射性的测量使用液体闪烁计数器，测定衰变的放射能。4、方法特点：系直接测定C的吸收速率，不需要经光合商转换；灵敏度高，可测到0.05 mg C m3 h1，适用范围为0.05100 mg C m3 h1；精密度高于其它方法，误差在10%以内；无法测得呼吸速率，因此结果不能区分是“净”还是“总”生产力；尽管如此，该方法仍为初级生产力测量的最好方法。二十二、新生产“新生产（new production）”是真光层以外（如从深层水、大气和陆地）输入的营养盐导致的初级生产。主要反映真光层以外营养盐输入对初级生产的贡献当以季节尺度考虑时，真光层内生物量变化为零，该时间尺度的新生产等于“输出生产（export production）”，即由真光层向深层垂直输出的有机碳通量。测定：1）15N示踪法：由于N一般是海洋中生物生产的主要限制因素，且N与其它构成生物组成的主要元素C、P等比值相对恒定，采用N来恒量海洋中的新生产。15N示踪法是在远离陆地影响的深水海域，假定浮游植物吸收的铵为真光层内循环，吸收的硝酸盐为深层水营养盐再生后循环进入真光层。采集水样，添加K15NO3和(15NH4)2SO4（约为海水中浓度的10%）培养24小时后过滤分离，测定颗粒氮含量和15N的量，求得硝酸盐的吸收比，乘以初级生产力即为新生产。2）颗粒物通量法：在真光层底部设置沉积物捕集器（sediment trap），收集沉降颗粒物，测定POC的含量，按捕集器面积和收集时间求得POC通量，即为输出生产。在足够长的时间尺度内和海域平流较小的条件下，其结果基本上等同于新生产。由于沉积物捕集器不能收集DOC，结果会偏低。3）其他方法：234Th/238U同位素不平衡法。二十三、光合色素（叶绿素a为主）1、采样和处理：用于色素分析的颗粒物可通过瓶采水-分批过滤或泵采水-连续过滤方式获得。滤网滤除大型浮游动物，用洗过玻璃纤维等过滤，在弱光下进行，冷冻保存，尽快分析。2、提取：多种溶剂，经典的是90%丙酮-水体系。3、HPLC分析：反相硅胶柱，甲醇-水溶液作为淋洗剂。二十四、痕量有机组分分析（综合）1、困难：分离复杂的混合物，并对选定的化合物的化学特性进行表征；采集足够的用于有机物具体分析的样品而不在采样和处理过程中引入外来污染。2、烃类：海水中的烃类分析包括以下内容：石油烃总量测定，主要反映石油污染；卤代烃和多环芳烃测定，主要研究农药、多氯联苯等毒性物质；烃类定性分析、指纹鉴定等，研究有机物来源与归宿。1）取样：主要是防止沾污。容器用带旋口盖的玻璃瓶，取样前应严格清洗去除有机物，铬酸洗液有机溶剂烘干（150,2 h）。采样防止船体污染，船体为顶风方向于船头采集样品，或在行进中采样。或使用小艇远离大船采样。表面层有机物富集，易在玻璃表面吸附，采样时应避开表面层影响。应使用COC（闭开闭）式采水器。在使用玻璃瓶直接采样时，以取样瓶快速下降的方式击开表面膜，或在水下20100 cm处打开瓶盖取样。 2）提取：液液萃取：采用低极性或非极性溶剂，考虑到毒性问题，应尽量避免使用卤代烷。可使用索氐提取器，用甲醇和苯作溶剂。固相吸附：使用吸附柱（HPLC），多以大孔吸附树脂。分离：从沉积物或生物样品中提取的烃类化合物中含有脂肪酸和有机碱、醇、醛等其它化合物。3）测定：高含量总烃：重量法。低含量：仪器分析方法。IR法：以测量链烃主；UV法：用于测定芳烃类化合物，在225、256 nm有特征吸收，主要是石油烃测量。荧光法：测定芳烃，灵敏度高，干扰少，此法最优。3、氨基酸（AA）：1）溶解游离氨基酸（DFAA） 比色法：用水合茚三酮与溶解游离氨基酸形成有色化合物，灵敏度不高，检出限为0.5 mol dm3。该方法测量海水有困难，盐效应严重。荧光法：最初在pH为9的条件下游离氨基酸与荧光胺生成荧光化合物，灵敏度较高，可直接应用于海水。在pH为7的条件下可测量结合氨基酸。但这种荧光剂不稳定，与不同的氨基酸结合后荧光产率不同，导致总量测定结果不一致。邻苯二甲醛荧光剂法：在有还原剂（2-巯基乙醇）存在的情况下生成强荧光产物，激发光波长为340 nm，发射光波长为455 nm。结果表示为甘氨酸含量。该方法试剂稳定；反应速度快，室温下大约2 min；与不同氨基酸反应的荧光产率相同；灵敏度较高，检出限为为0.05 mol dm3。可自动测量，或使用流动注射。溶解结合氨基酸（DCAA）水解后同DFAA。2）氨基酸分离 纸层析法，气相色谱法灵敏度不高，在海洋中应用困难。氨基酸分析仪：样品中的氨基酸经浓集、除盐（用树脂，氨水洗脱）后，用离子交换色谱柱分离不同氨基酸。由于氨基酸有酸、中、碱性，用不同洗脱剂分别洗脱。一般是用柠檬酸在不同pH条件下洗脱，然后与OPA形成荧光化合物分别测定。该方法的缺点是洗脱速度慢，约34 h。因此有人将脱盐后的样品用两条柱，分别用酸性和碱性溶液洗脱，时间可缩短到1 h。HPLC：采用柱前反应，即各种氨基酸先与OPA等形成荧光化合物，然后过C18反向柱使荧光化合吸附在硅胶上，再用梯度洗脱的方法，效率高，半小时内可测定20余种氨基酸。该方法的缺点是过柱前没有脱盐，盐分聚集在柱头过多后效率下降。可在柱前加预柱脱盐（需经常更换）。4、碳水化合物单糖（MCHO）总量测定 1）糠醛法：在浓H2SO4介质中缩水成为糠醛类衍生物，再与酚、L-色氨酸或蒽酮等物质形成有色化合物，用光度法测量。缺点：重现性差，不同糖生成的糠醛衍生物不同，有色物亦不同；有盐效应；在浓H2SO4中放热，条件难以控制，且多糖能水解。2）MBTH法：单糖先用NaBH4还原为糖醇（多元醇化合物），再用高碘酸将醇氧化为甲醛，（在酸性和FeCl3氧化条件下）与MBTH反应生成蓝色化合物。其最大吸收波长和吸光系数因溶剂中丙酮含量不同而有别（100%水：635 nm，65000；100%丙酮：670 nm，67000）。结果表示为葡萄糖含量。反应在室温下15 min，100时2 min。特点：干扰少，是甲醛的特效反应；各种碳水化合物的响应值相同；灵敏度高，样品量可少到1 ml；无盐效应，海水可直接测量。干扰：乙二醇、氨基糖、糠醛酸等有干扰，但海水中含量远低于碳水化合物，干扰不显著（特定环境例外）。多糖不干扰该反应。多糖经水解后可用该方法测量。二十五、痕量元素（综合）1、在海水中含量小于50 nmol dm3，称为“痕量元素”。按保守与非保守性质，海水中痕量元素可分作：保守型：水合阳离子Rb+、Cs+和阴离子MoO4。非保守型包括三类：具有颗粒物活性的：易与颗粒物作用而转入沉积，半排出时间短，约十至数十天。可循环的：即参与氧化还原过程而引起元素价态改变而影响其溶解形态的，半排出时间较长。具有生物活性的：易被生物吸收，半排出时间长。2、分析展望：高灵敏度分析方法的应用；浓集和沾污控制（通过浓集的方法提高分析物的量：在线浓集（富集和分析系统相连）和原为浓集(直接放入海水中浓集)；防止沾污以降低分析背景值）；分析质量保证（质量控制（用统计的方法控制最终分析数据，使分析误差控制在一定范围内）和质量评价（在分析系统多次积累基础上对总的系统误差进行总体估计）；形态分析；分析仪器自动化和小型化3、分析质量参数1）样品：有代表性，即代表时间、空间上的分布不均匀性和不稳定性。包括原始样（raw sample）、分析样（analytical sample）、测定样（test sample）2）精密度：即对重现性的恒量，由随机误差决定。一般情况下分析数据为高斯分布3）准确度：分析值偏离真值程度，即“bias（译做偏差）”。有单次测量值真值，多次平均值真值。对于多次测量的平均值，只考虑系统误差引起的影响。4）检出限：整个分析方法的量度。能检测出的最小浓度（xk）。一般为测定空白值与其标准偏差的3倍“第一类误差”是认为讯号值是样品值时，此值可能是空白。“第二类误差”是认为讯号值是空白时，此值可能是样品值。一般情况下只考虑第一类误差。5）灵敏度：仪器的性能，为单位浓度产生单位讯号的大小。线性范围是常用的分析范围 6）选择性：被测物质响应值与其它共存物质响应值之和的比值。4、容器选择：聚乙烯（PE）：耐酸碱、易清洗，价格低。聚丙烯（PP）：质密、易清洗，透气少，耐酸碱性略差。聚四氟乙烯（PTFE）：是痕量分析的最佳选择，成本高。聚氯乙烯（PVC）：多数痕量元素含量低，个别如Sb、Zn等含量高。化学惰性，易制造、加工，耐酸碱性好。可制做采水器外壳，内衬PFTE。其他如玻璃容器一般只适合个别元素分析使用。有机玻璃机械性能和耐腐蚀性不好。二十六、取样沾污控制1、取样系统：取样材料和取样方法。痕量元素分析应使用带聚四氟乙烯涂层的外置关闭装置的采水器，或专用采水器。绳子：使用不锈钢或带尼龙涂层的特制品。 2、外界环境：主要是船体对表层水取样的影响二十七、洁净实验室（clean room,CR）洁净实验室起源于用于军事的半导体研究，主要是控制分析过程中的环境污染，即防止空气中颗粒物对痕量元素分析的影响。1、功能：防止颗粒物进入；有颗粒物排出；防止产生颗粒物，包括其构造材料实验者（衣物、毛发）；颗粒物不下沉，即允许很细颗粒存在；有清洗区（缓冲间）进行风淋2、结构：准备室（普通实验室），风淋（wind shower，用强风吹掉身上颗粒物），低洁净室（放置测量仪器、天平、干燥设备等，和容器清洗；1,000级）；高洁净室（样品处理、试剂提纯等化学操作；100级）二十八、高效颗粒空气（HEPA）过滤器用细纤维压成薄板，制成瓦楞状，其孔径和间隙均大于要过滤的颗粒物粒径。1）原理：过滤路径是弯曲的，增大了颗粒物与纤维的接触而被吸附；过滤空间大，颗粒物能沉降到纤维上；利用静电引力使颗粒物附着在纤维上2）优点：容尘量大，使用寿命长；有效面积大，阻力小；过滤效率高二十九、痕量分析技术1、原子吸收分光光度法（无火焰原子吸收法）1）特点：原子化温度高可用于测量一些难熔元素；原子蒸气在光路中停留时间长，约为数秒，信号灵敏度提高；原子化等各过程的温度可以控制，能进行最佳化选择，高温除残可消除记忆效应；样品注入为点样，10100 l即可，海水样品消耗量少，信号响应速度快，重现性不如FAAS；背景值大（样品基体蒸发和石墨蒸发所致），需进行背景校正。与碳形成稳定化合物的元素不能使用。与火焰原子吸收相比，基体干扰严重，需进行预浓集和分离。2）背景校正：a.氘灯校正法：氘灯产生的连续光谱（300700 nm）只产生背景吸收，而（空心阴极灯产生的）样品吸收多为锐线吸收，可利用二者的相差扣除背景。但对于约为200 nm的吸收不适用。Zeeman校正法：原子化器上产生强磁场，共振发射由于Zeeman效应裂解为一条线和二条线，线对平行偏振光吸收为原子吸收和背景吸收，线对垂直偏振光吸收仅为背景吸收。二者相减扣除背景。3）干扰及其消除：a.基体干扰：包括化学和物理干扰（如分子吸收和烟、雾造成的颗粒散射）。当基体干扰较小时可扣除背景进行校正，干扰较大时需进行基体分离或加入基体改进剂。b.蒸气化学反应：主要是待测元素生成碳化物或氮化物带来的影响。可用改换介质的方式，如金属涂膜或改用Ar。也可用加基体改进剂的方法，如加入大量的钙生成碳化物释放被测元素。4）应用：溶剂萃取法常用于预浓集和分离，操作简单、快速，浓集倍数可达102。共沉淀法可进行多元素浓集，效率较高。在原子吸收中用得较少。柱浓集的优点有：浓集倍数可达103105；浓集与分离同时进行，有些形态可进行区分；易实现自动化。离子交换柱：阳离子交换柱使用较少，因Na+、K+、Ca2+等大量元素干扰，不太适于做痕量元素。阴离子交换柱主要用于阴离子和络阴离子，应用也不多。螯合树脂柱的浓集和分离效率是非常高的。氢化物发生法可用于某些形态分析。2、电化学分析方法：阳极溶出伏安法（ASV）：金属离子在还原电位下浓集在电极上，再加正电位扫描溶出，测定氧化电流来定量。可测定的元素有限；重现性不好，干扰因素多。基质中的有机物干扰是测量结果不稳定的主要因素。阴极溶出伏安法（CSV）：元素以氧化态预浓集在电极上，或以表面活性络合物吸附在电极上，或以不溶性氧化物或盐沉积在电极上，再以负电位扫描溶出，测定还原电流进行定量。CSV法应用方式有两种。一种是将电极表面改性，一般使用金属有机化合物，选择性地浓集金属元素，称作“电极修饰”。另一种方法是电极不进行修饰，将有机螯合剂加在溶液中，进行