连续流动技术在海岸带生源 要素循环中的应用 瞿成利 烟台海岸带所

生源要素的基本内涵 在海岸带生物地球化学循环中，生源要素泛指各类生物如植物、动物、微生物、原核生物等生命体生长所必需的元素。 （1）不称为营养盐：CO2、SO42-、HBO3-、Mg2+、Cl-、K+、Ca2+等（含量高，不会限制生物生长）。 （2）痕量营养盐：如Fe、Mn、Co、Zn、Se等。 （3）主要营养盐： N、P、Si（是海岸带初级生产过程和食物链的基础，其在环境体系中的含量会影响生物生产力与生态系统结构，反过来，生物活动又对其在海水中的含量、分布产生明显影响）。

海岸带生源要素循环研究的难点 1、海岸带本身就是一个深受人类活动影响、复杂多变的环境体系。 2、需要研究的对象复杂多样：水——海水、河水、地下水、污水、间隙水等；土——土壤、沉积物；植物——陆生植物、水生植物、两生植物等； 3、生源要素的价态和赋存形态复杂：N——NH4-N、NO3-N、NO2-N、TN；P——PO4-P、TP；Si——可溶性硅酸盐、无定形二氧化硅等。 4、极大的测试需求：单次调查可能涉及过千的样品、近万的分析测试项目。

连续流动分析技术是解决相关问题的最佳选择 Seal AA3 型连续流动分析仪基本构成 自动进样器 蠕动泵 化学模块 检测器 计算机

How it works? 空气 缓冲液 样品 水杨酸 碱性DCI 水 660 nm NH4-N MT8模块

CFA理论 最简单的系统检测液体的吸光度 在系统中加入试剂使其与待测物质发生反应 试剂

用比色计检测有色络合物的吸光度，然后与标准品建立校准数据库 增加延时圈使反应完全 试剂 用比色计检测有色络合物的吸光度，然后与标准品建立校准数据库 试剂的量由不同流速的泵管精确控制

层流 管道中部的流速比边缘的快 时间 输入信号 输出信号  问题 : 扩散与带过 解决方案 : 不同的流动分析技术使用不同 解决方案

试剂 空气 加入气泡以 降低扩散  片断流连续流动分析仪

湍流 空气 空气 液膜 方向 流动模式 壁缘效应 输入信号 输出信号 时间

扩散来源 管道长度 液膜厚度 流速 管壁吸收 没有被分隔开的液流. (AAII 检测池，除气泡) 管道内径 气泡的大小与频率 dt 管道内径 F 流速 n 空气气泡的频率 粘度 表面张力 t 时间 Dw,25 样品转移系数

带过 每个样品之后会接下来进行清洗 如果进样速率太高，就会影响到结果 带过可以通过恰当的进样清洗比来减少 A 带过 每个样品之后会接下来进行清洗 如果进样速率太高，就会影响到结果 带过可以通过恰当的进样清洗比来减少 低于2% 的带过是可以接受的，而且可 以通过带过修正方程补偿 高浓度样品 B C 清洗 清洗 低深度样品 低浓度样品 B - C 带过 % =  100 % A - B

稳态 片断连续流动分析的一个特点是反应流中的物质浓度是稳定的而不随时间变化而改变 稳态是片断流分析（SFA）达到高稳定性和灵敏性的重要因素 吸光度 片断连续流动分析的一个特点是反应流中的物质浓度是稳定的而不随时间变化而改变 稳态是片断流分析（SFA）达到高稳定性和灵敏性的重要因素 系统中的条件是可能变化的，如样品和试剂流速，温度,试剂浓度等,但是当样品和标准品都在同等条件下在稳态状态进行检测时，这些变化不会影响到准确性 “稳态" t1 t2  基线 时间

稳态 样品被每隔2秒注入的空气气泡分割成很多的小片断 一个样品会被分割成许多片断，片断的数量由进样/清洗率决定（一般为20-30个） 每一个片断都被独立的读数达100次 吸光度 稳态 t1 t2  基线 时间

空气气泡的作用 清洁管道内壁 保证每一片断的完全一致 保证片断内部可以混合 使肉眼可以观察到流动形态是否正确 容纳化学反应过程中产生的小气泡 降低扩散与内部带过 清洁管道内壁 保证每一片断的完全一致 保证片断内部可以混合 使肉眼可以观察到流动形态是否正确 容纳化学反应过程中产生的小气泡

空气气泡的先进性 可以获得足够长的时间以使反应完全 非常好的重复性能 非常低的检测极限 反应条件中的细微变化不会影响到结果 低流速，低试剂消耗 可以获得足够长的时间以使反应完全 非常好的重复性能 非常低的检测极限 反应条件中的细微变化不会影响到结果

比 色 根据Lambert-Beer定律，比色分析是在最大吸收波长处进行的 光源 光孔 形成非常窄的光束，并可调节方向 波长选择 滤光片 或单色器 检测池 检测器 将光信号转换成电信号

而非绝对的，因此只要样品与标准品是在同等条件下进行的，反应条件本身就并不非常重要了 计算结果 C1 C2 C3 S2 C4 S1 S3 因为分析是在稳态下进行的相对的， 而非绝对的，因此只要样品与标准品是在同等条件下进行的，反应条件本身就并不非常重要了

计算结果 建立线性校准 计算样品物质浓度 X X X X X X 峰高 C1 C2 C3 C4 0 100 200 300 400c (mg/L) 峰高 S2 S1 S3 计算样品物质浓度 X X S1 S2 0 100 400c (mg/L) S3

计算结果

自动进样器 高精度蠕动泵 空气 试剂 反应圈 检测器 样品

应用范例1——海水 缺失总氮和总磷的测定方法 1、HJ 442—2008 附录G（规范性附录）流动注射比色法测定河口与近岸海水中的氨。 2、 HJ 442—2008 附录H（规范性附录）流动注射比色法测定河口与近岸海水中的硝氮和亚硝氮。 3、 HJ 442—2008 附录I（规范性附录）流动注射比色法测定河口与近岸海水中活性磷酸盐。 4、 HJ 442—2008 附录J（规范性附录）流动注射比色法测定河口与近岸海水中溶解态硅酸盐。 缺失总氮和总磷的测定方法

海水铵态氮 原理：样品与试剂反应生成蓝色化合物在660nm波长下检测。加入的络合剂是为了防止氢氧化钙和氢氧化锰沉淀的形成。可以水杨酸钠或酚盐试剂。

海水硝态氮 原理：硝酸盐在铜的催化作用下，被镉柱还原成亚硝酸盐，并和对氨基苯磺酰胺及NEDD 反应生成粉红色化合物在550nm波长下检测。

海水亚硝态氮 原理：亚硝酸盐在酸性条件下与对氨基苯磺酰胺反应生成一个偶氮化合物，然后与NEDD 反应生成紫红色化合物在550nm波长下检测。

活性磷酸盐 原理：磷酸盐和钼酸盐反应，在pH<1时被抗坏血酸还原生成一种蓝色化合物在880nm下检测。酒石酸锑钾作为催化剂。

海水硅酸盐 原理：硅酸盐在酸性条件下和钼酸盐、抗坏血酸反应生成一种蓝色化合物在820nm下检测。

应用拓展——海水总氮和总磷 Step 1：每10mL样品中加入1mL碱性过硫酸钾溶液（15g H3BO3, 25g K2S2O8, 7.5g NaOH 用水稀释至500mL）。 Step 2、 采用40位Milestone Ethos A微波消解仪 120度消煮30分钟，或高压灭菌锅仪 120度消煮120分钟。（所有溶解性氮转化为NO3-N，绝大部分溶解性磷转化为PO4-P）。 Step3、参照HJ 442—2008 附录H和附录I 测定消化液中的NO3-N和PO4-P，经换算获得TN和TP。

应用拓展——沉积物孔隙水中营养盐测定 Step 1：取40g左右的新鲜沉积物样品置于50mL离心管中，放入带固定角转子的离心机中，以4000转/分钟的转速离心10min。 Step 2、 用5mL的洁净注射器抽取离心管侧的孔隙水，随后用0.45微米的一次性针头过滤器过滤并转移。 Step3、取1mL的滤液加入9mL超纯水，获得稀释10倍的孔隙水样本。 Step4、依照海水的测试方法测定所得样本中的营养盐含量，最终返算为孔隙水中各营养盐的含量。

莱州湾海域海水与孔隙水中氮素含量对比

应用范例2——河水 河水中营养盐的测定方法和过程与海水基本类似，但在细节上存在显著差异： 1、 河水中的总氮、硝态氮和活性硅酸盐含量显著高于海水，分析时应选取高浓度通道或大倍数稀释后再测，相应标准样品浓度也应相对进行调整。磷酸盐、氨氮、亚硝酸盐含量通常无显著差异。 2、 盐度的高低会对测定结果产生影响（俗称盐影效应）同时测定河水、河口处海水及常规海水样品时应注意样品间的盐度差异，在处理结果时进行盐度校正（详见HJ 442—2008 ）。 3、慎重对待污水！！！ 盐影效应导致的信号假偏小 盐影效应导致的信号假偏大

烟台周边河水、污水、海水营养盐对比

应用范例3——土壤 连续流动分析仪只能测定液体样品，而土壤为固体样品，因而在测定时需利用不同的溶液对土壤进行处理： 1、2 mol/L的KCl溶液：用于浸提土壤中的可交换态生源要素，主要是氨氮、硝态氮和亚硝酸态氮。（Tips： KCl应选取国药优级纯产品，否则会出现样品本底过高甚至超出仪器上限） 2、浓硫酸：用于提取土壤中的总凯氏氮（可转化为铵盐的氮）和总磷（含可溶性磷、矿化磷、有机磷等）。 研究意义：不同的土壤中生源要素的赋存形态不同，对应土壤的肥力和生源要素的可利用能力也有所不同。

测定方法 1、KCl浸提液：参照水体氨氮 硝氮等方法加以测定，但需要采用空白KCl溶液作为基底液，同时空白KCl溶液来配置标准溶液，一则实现基体匹配，二则消除盐影效应。 2、浓硫酸浸提液：按照1:20的比例定容至100mL，在线中和后参照氨氮和磷酸盐方法测定总凯氏氮和总磷。同样用1:20的作为基底液和配制标准。

黄河三角洲湿地盐碱土与常规土生源要素对比

应用范例4——植物 植物的特性：有机质含量高，无机成分含量低，生源要素也主要由有机形式存在。 测试对象：总磷、总凯氏氮。 前处理方法：0.05克干样，5mL浓硫酸380摄氏度消化，定容至100mL。 测试方法：参照土壤总磷和总凯氏氮。

黄河口碱蓬不同组织中N、P含量

一点个人经验——如何更高效 以测定海水中七项营养盐指标为例，每次测试需配制各种溶液20语种，涉及试剂和药品60余种，配制既费时又费力，还可能出现各种差错，如何破？ 例如测定氨氮时所需的一种络合试剂，含： EDTA 7.5g (很难溶） 柠檬酸钠 30g (超难溶） 硝普钠 0.125g （很不稳定） 加去离子水至250 mL，再加Brij-35 0.9g。

磨刀不误砍柴工 1、60g EDTA + 240g柠檬酸钠，加水至两升，配制成底液（可长期保存）。 3、15g Brij-35，加水配制成15%的水溶液。 使用时取一份硝普钠倒入试剂瓶，加入250mL底液，再加入6mL 15%溶液，摇匀即可使用，一分钟搞定。

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