專利名稱：一種鈣質(zhì)沉積物有機磷的提取及組成分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對湖泊鈣質(zhì)沉積物磷的評價分析，特別是一種鈣質(zhì)沉積物有機磷提取及組 成分析方法，亦適合鈣含量高的海洋和河流沉積物。
背景技術(shù)：
磷是湖泊發(fā)生富營養(yǎng)化的限制性因子。湖泊中的磷絕大部分蓄積于沉積物中。沉積物 磷在適當條件下可向水體大量釋放，造成水質(zhì)惡化和水體富營養(yǎng)化。沉積物磷的釋放潛力 主要與磷在沉積物中的賦存形態(tài)有關(guān)。目前，關(guān)于無機態(tài)磷在沉積物中的形態(tài)及其活性的 分析和評價方法已相對成熟，而對有機磷的研究手段還非常缺乏。依靠傳統(tǒng)的光度分析方 法僅能得到有機磷的總量信息。應(yīng)用新方法定量獲取沉積物中有機磷的組成信息，是評價 有機磷活性及其對水體磷貢獻大小的關(guān)鍵。
對沉積物有機磷組成信息的獲取一般需要兩步完成1)將沉積物中的有機磷提取出 來；2)用儀器分析提取液中的有機磷組成。沉積物有機磷總量的提取方法多借鑒于土壤 學科。 一般選擇強堿作為提取劑，其原理是在高OH—競爭條件下有機磷和氧化物之間產(chǎn)生
靜電斥力，與有機磷結(jié)合的高價陽離子橋被低價Na+取代，促使有機磷從氧化物表面釋放
出來。為提高沉積物有機磷的提取效率，研究者進一步向強堿溶液加入絡(luò)合試劑或材料， 如樹脂或乙二胺四乙酸，通過絡(luò)合多價金屬離子，促進沉積物有機磷的溶解。目前，廣泛
使用NaOH與乙二胺四乙酸的混合溶液(NaOH+EDTA)作為沉積物有機磷的提取劑。 該提取劑在應(yīng)用于鈣含量低的沉積物時，有機磷的提取效果較為理想。然而，在應(yīng)用于鈣 含量高的沉積物時，由于在堿性條件下鈣與磷發(fā)生沉淀，導致對沉積物有機磷的提取效率 異常偏低。
測定有機磷組成的方法有液相3IP核磁共振(31P-NMR)、軟X射線熒光光譜、高效 液相色譜、酶解等技術(shù)。其中，31P-NMR技術(shù)因樣品前處理簡單、組分分辨完全等優(yōu)點 而受到重視。該技術(shù)已被較多的應(yīng)用到土壤領(lǐng)域，并逐漸推廣到沉積物的分析。由于 31P-NMR是低敏感性技術(shù)，其分析效果依賴于前一步有機磷的提取效果。對于鈣質(zhì)沉積 物，因NaOH+EDTA提取劑對沉積物有機磷的提取效率偏低，"P-NMR分析效果并不理 想。尤其對于含量低的某些類型有機磷，通過"P-NMR技術(shù)獲取其信息有較大的難度。 此外，提取液中順磁性金屬離子(主要是三價鐵和錳)含量過高會使3IP-NMR分析時譜 線加寬，不同組分之間發(fā)生重疊，造成組分識別和量化困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鈣質(zhì)沉積物有機磷提取及組成分析方法，本方法針對鈣質(zhì)沉 積物有機磷提取率低的問題，先使用乙二胺四乙酸溶液(pH=4.5)對沉積物進行沖洗， 再結(jié)合傳統(tǒng)方法使用NaOH + EDTA將沉積物中的有機磷提取出來，通過"P核磁共振 (3IP-NMR)技術(shù)進一步分析提取液中有機磷的組成。該方法適用于金屬元素 Ca/(Fe+Al)X).7的鈣質(zhì)沉積物。
本發(fā)明的上述目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn) 一種鈣質(zhì)沉積物有機磷提取及組成分析方 法，其特征是先采用偏酸性的乙二胺四乙酸溶液對沉積物進行沖洗并離心，再結(jié)合傳統(tǒng)提
取方法用NaOH與乙二胺四乙酸的混合溶液(NaOH+EDTA)作為提取劑，對沉積物進行 振蕩提取并離心，然后取部分NaOH+EDTA提取液，用光譜儀測定總磷，將剩余 NaOH+EDTA提取液進行濃縮，最后用31P核磁共振技術(shù)(31P-NMR)分析提取液中各類 型磷化合物的組成比例，通過計算進一步得到沉積物中有機磷的組成含量信息。
所說的鈣質(zhì)沉積物其金屬元素鈣與鐵和鋁含量之比大于0.7;所說偏酸性的乙二胺四乙 酸溶液其pH為4.5;所說光譜儀采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀。
具體步驟如下
(1) 沉積物樣品準備采集新鮮沉積物，先在超低溫冰箱冷凍不少于4h，然后真空 干燥，最后樣品經(jīng)過研磨、過篩，室溫密封保存；
(2) 沖洗將沉積物樣品與偏酸性的乙二胺四乙酸溶液在離心管中混合振蕩，然后離 心倒掉上層清液。
(3) 有機磷提取向離心管繼續(xù)加入NaOH+EDTA的混合液，振蕩、離心后，取一 小部分上層清液用儀器測定總磷；
(4) 濃縮將剩余提取液倒入旋轉(zhuǎn)瓶，真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，將濃縮液冷凍保存；
(5) 31P-NMR樣品準備取出呈冰凍狀態(tài)的濃縮樣品，在室溫下回溫至液態(tài)，然后 離心去除沉淀，并向溶液中加入重水，進行"P-NMR分析；
(6) "P-NMR分析核磁共振儀為BRUKER AV400, 31P-NMR分析在161.98 MHz 下進行，采用BRUKER標準腔BBO探頭，環(huán)境溫度2(TC左右，單個樣品掃描次數(shù)在 17000-26000之間，分析時間在12h至18 h之間，31P化學位移以85% H3P04為基準，組 成鑒別參考磷標樣的化學位移，分別為膦酸20ppm、芳香族二酯7.4ppm、正磷酸6 7 ppm、 正磷酸單酯4 6ppm、磷脂l 3ppm、 DNA 0 ppm、焦磷酸-3.5 -4.5 ppm、多聚磷末 端磷—3 -4 ppm和多聚磷中間磷-17 -19 ppm;
(7) 計算通過面積積分得到，-NMR波譜中各類型磷化合物的組成比例，根據(jù)提 取液總磷計算得到各類型磷化合物的濃度，根據(jù)沉積物重量計算得到單位重量沉積物中有 機磷的組成含量。
本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果首先，通過偏酸性的乙二胺四乙酸溶液絡(luò)合去除沉積物中 大部分鐵錳等順磁性金屬離子，降低這些離子在NaOH+EDTA提取液中的含量，避免 "P-NMR分析時因上述離子過多而造成的譜線加寬、圖譜質(zhì)量下降的缺陷；其次，通過偏 酸性的乙二胺四乙酸溶液絡(luò)合去除沉積物中的大部分鈣離子，避免下一步NaOH+EDTA提 取時鈣與磷產(chǎn)生沉淀，同時促使大量鈣結(jié)合態(tài)有機磷變成弱結(jié)合態(tài)，并被NaOH+EDTA提 取出來。以上措施可顯著增加沉積物有機磷的提取量，并使得"P-NMR的分析效果得到顯 著改善。上述鈣質(zhì)沉積物有機磷提取及組成測定方法亦適用于鈣含量高的海洋和河流沉積 物。


圖1傳統(tǒng)方法與本發(fā)明方法對沉積物總磷的提取率比較； 圖2傳統(tǒng)提取與本發(fā)明提取方法對沉積物有機磷提取率比較； 圖3傳統(tǒng)方法與本發(fā)明方法對沉積物磷的提取與31P-NMR分析后得到的各類型磷 化合物含量比較；
圖4傳統(tǒng)方法與本發(fā)明方法對沉積物磷的提取與31P-NMR分析后的核磁共振圖譜 比較。
具體實施例方式
所需試劑
1. 50mM乙二胺四乙酸(EDTA):稱取18.6g EDTA(Na鹽)溶解到1.0升去離子水。
2. 0.25M NaOH+50mM EDTA混合液稱取10g NaOH和18.6g EDTA(Na鹽)溶解 到l.O升去離子水。
3. 重水(H202)
所需設(shè)備
1. 往復式振蕩機
2. 離心機
3. 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀
4. 水浴式真空泵
5. 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-AES)
6. BrukerAV400核磁共振儀
操作步驟
1、 沉積物樣品準備采集新鮮沉積物，在-8(TC超低溫冰箱冷凍4h，然后放在冷凍干 燥機上真空干燥。干燥好的沉積物樣品經(jīng)過研磨、過篩(100目)，室溫密封保存。
2、 沖洗稱2.0g (干重)沉積物到100ml離心管，加入80mlEDTA (50mM)， 25°C 振蕩30分鐘后，10000 rpm離心20分鐘，去除上層清夜。
3、 有機磷提取向離心管繼續(xù)加入16 ml 0.25M NaOH+50mM EDTA提取劑，25°C 振蕩16小時，10000 rpm離心20分鐘后，保留溶液。取2ml提取液，采用ICP-AES分析 溶液中的總磷。
4、 濃縮剩余提取液放入100ml旋轉(zhuǎn)瓶，在28'C旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，同時采用水浴式真 空泵抽真空，提取液濃縮至lml，濃縮液放入-15'C冷凍保存。
5、 s'P-NMR樣品準備取出呈冰凍狀態(tài)的濃縮樣品，在室溫下回溫至液態(tài)，10000 rpm 離心10分鐘后，去除沉淀，向溶液中加入10%的重水，進行"P-NMR分析。
6、 "P-NMR分析核磁共振儀為BRUKER AV400, 31P-NMR分析在161.98 MHz下 進行，采用BRUKER標準腔5mm BBO探頭，脈沖90°,延遲時間2秒，獲取時間0.5 s， 環(huán)境溫度20°C 。單個樣品掃描次數(shù)在17000-26000之間，分析時間在12h至18 h之間。 31P化學位移以85% H3P04為基準，組成鑒別參考磷標樣的化學位移，分別為膦酸
(20ppm)、芳香族二酯(7.4ppm)、正磷酸(6-7ppm)、正磷酸單酯(4-6ppm)、磷脂(l-3 ppm)、 DNA(0ppm)、焦磷酸(-3.5—4.5 ppm)、多聚磷末端磷(-3~-4 ppm)和多聚磷中間磷 (-I7 -19ppm)。
7、 計算通過面積積分得到"P-NMR波譜中各類型磷化合物的組成比例，根據(jù)提取 液總磷計算得到各類型磷化合物的濃度，根據(jù)沉積物重量計算得到單位重量沉積物中有機 磷的組成含量。
實施例選擇甘肅沙湖、西大湖、青海省的青海湖、耳海及青藏高原無名湖等中國西
北部分湖泊沉積物，其沉積物性質(zhì)均是Ca/(Fe+Al)X).7，按照該發(fā)明步驟對沉積物有機磷
進行提取，并用"P-NMR分析其有機磷含量和組成。同時按傳統(tǒng)方法將每個沉積物樣品 稱量2g到100ml的離心管中，直接加入16m 0.25M NaOH+50mM EDTA提取劑，其余 按照該發(fā)明的步驟3-7對沉積物有機磷進行提取和測定。傳統(tǒng)方法與本發(fā)明方法分析效果 比較如下
1、 本發(fā)明方法對鈣質(zhì)沉積物總磷、有機磷提取率明顯高于傳統(tǒng)提取。 本發(fā)明對沉積物總磷的提取率是傳統(tǒng)方法提取率的1.2 2.6倍，沉積物有機磷的提取
率是傳統(tǒng)提取的1.6-3.7倍，由此可見，不論針對沉積物總磷還是有機磷，該發(fā)明提取均 明顯好于傳統(tǒng)提取(圖1和圖2)。
2、 本發(fā)明方法使得31P-NMR中有機磷組成種類明顯增加，且圖譜質(zhì)量亦高于傳統(tǒng)提 取方法(圖3和圖4)。圖4中，A為傳統(tǒng)提取方法，B為本發(fā)明的提取方法，a，膦酸；
b,芳香族二酯；C,正磷酸；d單酯；e,磷脂；f, DNA; g,多聚磷末端磷；h,焦磷 酸；i,多聚磷中間磷。
采用本方法提取鈣質(zhì)沉積物的有機磷，通過31P-NMR分析可得到單酯、磷酯、芳香 族二酯、DNA、焦磷酸鹽和多聚磷等多種類型有機磷化合物的信息。與本發(fā)明方法相比 較，采用傳統(tǒng)提取方法，磷脂、芳香族二酯、DNA、焦磷酸鹽和多聚磷等含量低的有機 磷信息有不同程度的削弱或消失。另外，傳統(tǒng)方法中單個類型磷化合物的含量普遍低于本 發(fā)明方法，充分體現(xiàn)本發(fā)明方法對鈣質(zhì)沉積物有機磷提取和組成分析上的優(yōu)勢。此外，本 方法還可以用于鈣含量高的海洋和河流沉積物。
權(quán)利要求
1、一種鈣質(zhì)沉積物有機磷提取及組成分析方法，其特征是先采用偏酸性的乙二胺四乙酸溶液對沉積物進行沖洗并離心，然后用NaOH與乙二胺四乙酸的混合溶液NaOH+EDTA作為提取劑提取沉積物有機磷，用光譜儀測定NaOH+EDTA提取液中的總磷；將提取液進行濃縮后，用31P核磁共振技術(shù)31P-NMR分析提取液中各類型磷化合物的組成比例，通過計算進一步得到沉積物中有機磷的組成含量信息。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述鈣質(zhì)沉積物有機磷提取及組成分析方法，其特征是所說的鈣質(zhì) 沉積物其金屬元素鈣與鐵和鋁含量之比大于0.7;所說偏酸性的乙二胺四乙酸溶液其pH 為4.5;所說光譜儀為電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述鈣質(zhì)沉積物有機磷提取及組成分析方法，其具體步驟如下(1) 沉積物樣品準備采集新鮮沉積物，先在超低溫冰箱冷凍不少于4h，然后真空 干燥，最后樣品經(jīng)過研磨、過篩，室溫密封保存；(2) 沖洗將沉積物樣品與偏酸性的乙二胺四乙酸溶液在離心管中混合振蕩，然后離 心去掉上層溶液。(3) 有機磷提取向離心管繼續(xù)加入NaOH+EDTA提取劑，接著振蕩、離心，取一 小部分上層溶液用儀器測定總磷；(4) 濃縮將剩余提取液倒入旋轉(zhuǎn)瓶，經(jīng)真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，最后將濃縮液冷凍保存；(5) 31P-NMR分析樣品準備取出呈冰凍狀態(tài)的濃縮樣品，在室溫下回溫至液態(tài)， 離心去除沉淀，向溶液中加入重水后，進行"P-NMR分析；(6) "P-NMR分析核磁共振儀為BRUKER AV400, 31P-NMR分析在161.98 MHz 下進行，采用BRUKER標準腔BBO探頭,環(huán)境溫度2(TC左右，單個樣品掃描次數(shù)在 17000-26000之間，分析時間在12h至18 h之間，31P化學位移以85% H3P04為基準，組 成鑒別參考磷標樣的化學位移，分別為膦酸20ppm、芳香族二酯7.4卯m、正磷酸6 7 ppm、 正磷酸單酯4 6ppm、磷脂l 3ppm、 DNA 0 ppm、焦磷酸-3.5 -4.5 ppm、多聚磷末 端磷-3 -4 111和多聚磷中間磷-17 -19 111;(7) 計算通過面積積分得到"P-NMR波譜中各類型磷化合物的組成比例，根據(jù)提 取液的總磷濃度計算得到各類型磷化合物的濃度，根據(jù)沉積物重量計算得到單位重量沉積 物中有機磷的組成含量。
全文摘要
一種鈣質(zhì)沉積物有機磷提取及組成分析方法，其特征是先采用偏酸性的乙二胺四乙酸溶液對沉積物進行沖洗并離心，再結(jié)合傳統(tǒng)提取方法NaOH加乙二胺四乙酸混合溶液(NaOH+EDTA)對沉積物進行振蕩提取并離心，然后取部分NaOH+EDTA提取液用光譜儀測定總磷，將剩余提取液進行濃縮，最后用³¹P核磁共振技術(shù)(³¹P-NMR)分析提取液中有機磷的組成。
文檔編號G01N21/71GK101339133SQ20081002190
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月18日
發(fā)明者丁士明, 韜 劉, 白秀玲, 范成新 申請人:中國科學院南京地理與湖泊研究所