细菌反硝化法测试硝酸盐氮、氧同位素的研究与应用

为了验证细菌反硝化法对水体中硝酸盐氮、氧同位素组成测定的适用性、重现性及准确性, 在不同时间(2019年7月28日、8月19日、8月26日)利用反硝化细菌分别将海水、湖水和自来水样品中的硝酸盐转化为氧化亚氮（N₂O）, 并进行氮、氧同位素测定。结果表明, 不同时间段3个批次实验的硝酸盐氮同位素校准曲线斜率都接近理论值1, 相关性系数均高于0.999, 说明反硝化细菌在将样品中的硝酸盐全部还原为N₂O的过程中氮同位素分馏效应很小; 同一样品3个批次测定的硝酸盐的氮同位素值基本相同, 表明细菌反硝化法对硝酸盐氮同位素的测定在长时间周期内具有很好的重现性和准确性。3个批次氧同位素校准曲线斜率稳定在0.61～0.63之间, 相关性系数均高于0.99, 单批次内海水、湖水和自来水3类样品中硝酸盐氧同位素比值的标准偏差范围在0.18‰～0.69‰之间, 表明经过氧同位素校准曲线的校正, 可以准确反映样品中硝酸盐氧同位素组成; 同一样品3个批次测定的氧同位素值差异较大, 其变化范围为1.33‰～16.38‰, 可能是由于样品储存过程中硝酸盐与水之间发生的氧同位素交换作用所致。     

锌镉还原法测定海水硝酸盐的改进

提出在锌镉法中添加含氨的氯化铵溶液,称铵锌镉还原法,其还原率94.3%,精密度2.0%,比锌镉法还原率和精密度高,无盐效应,又有锌镉法操作简便之优点.铵锌镉法反应机理:由于氨使Zn2+形成络合物,NH4+电离出H+,二者使N03-还原更完全.     

三价钛还原法分析硝酸根氮氧同位素的方法研究

本研究利用三价钛还原法将标准样品、海水、湖水和雨水中硝酸根转化为N₂O测试其氮氧同位素值,并优化实验条件（NO^-₃浓度、试剂量、反应时间和温度等）。结果表明：4 cm³硝酸根水样（浓度约为20 μmol/dm³）,加入100 mm³TiCl₃溶液（浓度为150 g/dm³）,25 ℃反应24 h,NO^-₃还原为N₂O的平均转化率为86.3%（n=5）。5种丰度硝酸根氮氧同位素标样校准曲线斜率分别为0.947和0.617,相关系数R²分别为0.999和0.994;方法检出限的NO^-3浓度为2.5 μmol/dm³,其δ¹⁵N的标准偏差小于0.7‰(n=5),δ¹⁸O_VSMOW值的标准偏差小于2.5‰(n=5);20 μmol/dm³硝酸根样品δ¹⁵N的标准偏差小于0.5‰（n=5),δ¹⁸O_VSMOW值的标准偏差小于1.0‰（n=5）。该方法测定3种不同类型水样δ¹⁵N的标准偏差分别为0.3‰、0.6‰和0.5‰;δ¹⁸O_VSMOW的标准偏差分别为2.1‰、2.0‰和1.6‰。三价钛还原法分析水体中硝酸根氮氧同位素操作步骤简单,测试效率高,但氧同位素结果需要系统校正。     

超声波锌(卷)-镉法测定天然水中的硝酸盐

硝酸盐的测定方法很多,目前常采用镉－铜法和锌－镉法［２］。镉－铜法还原率高,无盐误差,为目前国际上公认的测定硝酸盐的标准方法［３］,但测定速度较慢,还原柱的前处理工作较为繁琐。锌－镉法测定硝酸盐简便快速,但其还原享受盐度影响很大,在淡水中其还原率仅为２０％左右。于志刚等［１］发现锌－镉法在盐度１０～７５时还原率保持恒定为７４％,从而采取向样品中加入固体海盐的方法来消除盐误差,获得较好结果。但该方法存在的问题是振荡采用往复式振荡器,体积庞大不适合现场操作。作者采用超声波振荡法,并对试验条件进行了改…     

天然海水硝酸盐氮同位素组成的蒸馏法测定

建立了测定天然海水中硝酸盐氮同位素组成的蒸馏法,该方法主要是在碱性条件下利用戴氏合金将海水中的硝酸盐还原为氨,后利用稀盐酸吸收生产的氨,将得到的氨吸收液浓缩后干燥结晶,利用同位素比值质谱仪测定所得晶体的氮同位素组成。研究中开展了戴氏合金添加量及氨吸收溶液在不同条件下干燥结晶对氮同位素测值的影响研究。结果表明,戴氏合金添加量为3.0 g及60 ℃下直接干燥结晶为最佳的实验条件。所建立的氨蒸馏法氮空白值仅为(0.90±0.19) μmol,低于此前文献报道的氮空白值;氮同位素组成(δ15N)空白值为(-14.7±4.1)×10-3。运用所建立的氨蒸馏法实测得到的硝酸盐δ15N值与氨扩散法、硝酸盐直接测定法得到的数值非常吻合,进一步证明所建立氨蒸馏法的可靠性。改进后的氨蒸馏法适用于硝酸盐浓度在2~50 μmol/dm3内的天然海水硝酸盐氮同位素组成的测定,方法的标准偏差为±0.3×10-3。     

球形棕囊藻同化吸收硝酸盐的氮氧稳定同位素分馏研究

球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)赤潮是一种全球范围的生态灾害,而硝酸盐稳定同位素技术是研究海洋富营养化与赤潮暴发机制的前沿技术。为将该技术应用于球形棕囊藻赤潮暴发机制方面的研究,首先需了解其同化吸收硝酸盐的稳定同位素分馏特征。为此开展了球形棕囊藻室内培养实验,获取培养过程中氮、磷、硅等营养盐的浓度及硝酸盐氮、氧稳定同位素(δ¹⁵N-NO₃^-、δ¹⁸O-NO₃^-)等参数的变化特征,计算球形棕囊藻同化吸收硝酸盐的稳定同位素分馏系数。结果显示,NO₃^-和PO₄^3-浓度随培养时间均呈现先明显下降后稳定的特征,同时伴随直径2~3mm的囊体出现并生长至2~3cm。NH₄⁺浓度先后两次出现升高,推测可能是受到有机氮矿化过程的补充所致。随NO₃^-浓度降低,δ¹⁵N和δ¹⁸O的值分别在第13天和第7天达到相对峰值。经计算,球形棕囊藻同化吸收硝酸盐过程δ¹⁵N和δ¹⁸O分馏系数分别为3.32‰±0.38‰和3.12‰±0.59‰,而前者的分馏系数呈逐渐降低的特点,原因可能是随球形棕囊藻生长,发生酶还原的NO₃^-较参与跨膜运输的NO₃^-比例逐渐升高。研究首次给出了球形棕囊藻同化吸收硝酸盐过程的氮、氧稳定同位素分馏系数及其变化特征,补充了海洋微藻同位素分馏数据库,为稳定同位素技术研究球形棕囊藻赤潮暴发的营养机制提供了重要的基础数据。     

基于镀铜镉柱海水中硝酸盐氮的检测技术的研究

镀铜镉柱还原——重氮偶氮染色法在检测海水领域具有重要的位置,算法的不断创新优化成为海水水质检测质量的的关键.本研究以硝酸钾作为标准溶液,海水作溶剂做相关实验,并且在实际海水检测应用中得到良好的效果.通过对实验原理的分析及实验过程的探究,确定了本研究的最佳还原与显色条件.并采用偏最小二乘法(partial least s...     

ＧａｓｂｅｎｃｈⅡ ＩＲＭＳ升级Ｎ２Ｏ预富集装置测定海水硝酸盐的氮氧同位素

本研究研制了由气压棒、气体控制阀、不锈钢管冷阱、石英毛细管冷阱、杜瓦瓶、化学阱等构成的Ｎ２Ｏ预富集装置,通过扩展ＧａｓｂｅｎｃｈⅡ功能控制冷阱的升降,改造气体回路、进样针和样品盘,实现Ｎ２Ｏ的预富集以及ＧａｓｂｅｎｃｈⅡ自动进样与ＩＲＭＳ联机测定．通过将海水中的硝酸盐经化学方法转化成Ｎ２Ｏ,建立了海水硝酸盐氮、氧同位素的分析方法．研究表明,所建立方法对海水硝酸盐氮、氧同位素的分析具有很好的精度,硝酸盐δ１５Ｎ、δ１８Ｏ及峰面积的相对标准偏差分别小于１％、３％和５％．对采自南极普里兹湾海水样品中硝酸盐氮、氧同位素的分析结果与文献报道值吻合,也与海水硝酸盐氮、氧同位素组成的变化规律相一致,证明所建立的技术方法可成功运用于海水硝酸盐氮、氧同位素的分析．     

国产沸石的改性处理及其在海水硝酸盐氮同位素预处理中的应用

使用多种改性方法对几种国产天然沸石进行改性处理,提高其铵氮吸附率,制备符合海水硝酸盐氮同位素预处理要求的沸石。发现重力筛选可提高沸石铵氮吸附率16%以上,钠改性及酸改性后钠改性可提高沸石铵氮吸附率80%以上,微波改性和超声波改性均可进一步提高沸石铵氮吸附率。改性处理后,几种沸石在酸性条件下对低浓度铵氮吸附率达90%以上,其氮同位素分馏较美国UOP沸石分馏系数更小,且更稳定。改性后的国产沸石更适于海水硝酸盐氮同位素预处理。应用改性后沸石对长江口海域硝酸盐水样进行了分析,结果表明,改性后沸石可以应用于海水中溶解态硝酸盐的氮同位素分析,为海水中溶解态氮的来源问题及循环机理研究等提供了有效信息。     

稳定碳、氮同位素在生态系统研究中的应用

在简要介绍了稳定同位素测定方法之后 ,对稳定碳、氮同位素在生态系统领域中关于系统的碳源、能量流动、营养结构、污染物的生物放大作用及系统稳定性变化的应用研究作了较为系统的论述 ,并对稳定碳、氮同位素在赤潮研究、环境污染治理、生态动力学建模及有机分子化合物系列示踪技术等方面的应用提出展望     

海水中溶解态铵盐氮同位素分析的预处理方法

以蒸馏法为基础, 研究了适合海水中铵盐稳定氮同位素分析的预处理方法。对蒸馏法预处理过程中的最佳蒸馏时间、沸石的选取、铵盐最适浓度范围等分别进行改进和优化, 获得稳定、高效的海水中铵盐氮稳定同位素分析预处理方法。结果表明: 最佳蒸馏时间为50 min, 铵盐的回收率为(97±5.8)%。测定了不同沸石对不同浓度氨氮的吸附率, 筛选出酸性条件下铵氮吸附效率较高且稳定的康华科技沸石; 确定铵盐的最佳适用浓度范围为2～10 μmol/L, 在该浓度范围内氮回收率94%～99%,氮分馏系数为0.1‰～0.8‰。将此方法应用于长江口海域水样分析, 结果表明, 这一方法可以应用于河口中铵盐的氮同位素分析, 能够为河口中溶解态氮的来源及循环机理等研究提供有效信息。     

厦门海域秋、冬季溶解有机氮时空分布及总溶解态氮的组成

根据2015年10月(秋季)和2016年1月(冬季)对厦门海域开展的2次水质调查,研究了该海域中溶解有机氮(DON)的时空分布特征及总溶解态氮(TDN)的组成,并探讨了DON与环境要素的相关性及其来源.结果表明:厦门海域DON浓度平均值冬季大于秋季,表层高于底层,整体呈内湾、河口区较高,湾口区低的分布格局.秋季DON浓度的空间分布为同安湾西海域九龙江口邻近海域东南海域大嶝海域,冬季为西海域同安湾九龙江口邻近海域东南海域大嶝海域.该海域秋、冬季DON浓度占比(CDON/CTDN)分别为56%和53%,DON浓度占比整体呈湾口区大、河口区及内湾小的分布特征.相关性分析表明,该海域秋、冬季表、底层DON浓度与盐度均呈极显著负相关,与磷酸盐、硅酸盐含量为极显著正相关,与叶绿素a、溶解氧、p H值存在一定相关性.厦门海域DON的来源主要有九龙江河流、城市生活污水、工农业废水等陆源输入和浮游植物活动等海源生成.     

The nitrogen isotopic composition of dissolved nitrate in the Yangtze River (Changjiang) estuary,China

The nitrogen isotopic composition of dissolved nitrate (δ¹⁵N-NO₃⁻) in surface water of the Yangtze River estuary was determined in four seasons of 2006. δ¹⁵N-NO₃⁻ ranged from 0.4‰ to 6.5‰ and varied with seasons and geographic regions, reflecting the dynamics of nitrogen cycling in the estuarine ecosystem. δ¹⁵N-NO₃⁻ was markedly lower in February than in other seasons and exhibited conservative mixing, which was probably attributed to the NO₃⁻ being sourced from the atmospheric deposition and agricultural fertilizer. In the upper estuary, the influence of riverine inputs was important during all surveys. In the turbidity maximum zone, nitrification was found with nitrate depleted in ¹⁵N in May, whereas denitrification resulting in heavy δ¹⁵N-NO₃⁻ played an important role in August. More enriched δ¹⁵N-NO₃⁻ values coinciding with losses of nitrate concentrations based on the conservative mixing model were found in the adjacent marine area in May, and may reflect obvious phytoplankton assimilation of dissolved nitrate. In this manner, δ¹⁵N-NO₃⁻ may be a sensitive indicator of nitrogen sources and biogeochemical processing existing in this estuary in conjunction with the variations of dissolved nitrate and other environmental factors.     

泉州湾溶解无机氮的含量分布组成及其与环境因子的关系

分析了泉州湾溶解无机氮(DIN)春季的含量分布、组成、潮周期及其与环境因子的关系.根据高值区判断洛阳江口以县区农田养殖输入硝酸氮(NO_3~--N)为主,而晋江口以市区生活污水输入氨氮(NH_4~+-N)为主,DIN含量的平面分布受NO_3~--N与NH_4~+-N共同控制.DIN的平均组成为NO_3~--N最高,NH_4~+-N其次,NO_2~--N远低于二者,NH_4~+-N平均占比达35%左右,DIN的组成未达到热力学平衡.根据DIN含量与溶解氧(DO)及化学需氧量(COD)的相关性分析,推测三氮转换不仅受到氧化还原过程的影响,还受更为复杂的来源、人类活动及生物过程等的影响;根据DIN含量与盐度的关系,NO_3~--N及NO2--N均呈现保守行为,NH_4~+-N淡水端有一定的增加现象,DIN含量与盐度的关系受NO_3~--N和NH_4~+-N共同控制;DIN含量还受到悬浮物含量、温度、盐度及p H值等环境因子的控制,结合DIN含量与叶绿素a的相关性及分布情况,可推测春季DIN主要来源不是浮游植物分解.不同站位DIN含量的潮期变化相似,基本上都表现为涨潮冲淡作用下含量降低而落潮后回升.除此之外,泉州湾DIN含量的年际增长及超标均比较严重,需要采取相应的治理措施.     

基于切向超滤技术的胶体有机碳和无机氮分离及物源初探

利用切向超滤技术对九龙江口天然水体中胶体相(1 kDa～0. 45μm)、真溶解相(1 kDa)和"溶解相"(0. 45μm)的溶解有机碳和无机氮进行了分离与提取,初步探讨了水环境因子对其理化特性的影响机制,进而探讨了它们的来源和转化.结果表明,切向超滤过程的膜空白和质量平衡符合技术要求;溶解有机碳、亚硝酸盐氮、氨氮、硝酸盐氮和无机氮存在形式以真溶液相(1 kDa)为主,其在胶体相中的质量浓度分别为0. 207～0. 810 mg/dm3、0. 001～1. 870μg/dm3、ND～2. 08μg/dm3、0. 62～79. 30μg/dm3和1. 07～81. 10μg/dm3;胶体态溶解有机碳(COC)含量主要受陆源输入控制.     

Determination of experimentally enriched15N in nitrate nitrogen based on an improved method of azo dye formation

A method has been developed for determination of¹⁵N isotope ratio in nitrate nitrogen, which is a major analytical step in tracer experiments for studies of nitrate metabolism in the marine environment. The method is based on diazotization of nitrite with sulfanilic acid following reduction of nitrate to nitrite by a cadmium-copper column. The diazonium compound is then subject to the azo coupling reaction with 2-naphthol, and the azo dye formed is extracted by a solid phase extraction column. The dye eluted from the column is collected, and total nitrogen and¹⁵N content of the dye are determined by mass spectrometry. Sulfanilic acid can also remove preexisting nitrite by heating the sample under acidic conditions before passing through the cadmium-copper reduction column. The average recovery of nitrate nitrogen was 86%. A procedure for reducing the background nitrogen that derives from the analytical operations has been developed; background nitrogen was limited to about 0.25 μg-atomN. The variation in the background nitrogen levels reflects the range of error in¹⁵N determination of nitrate nitrogen by this method. Application of the present method to a¹⁵NO₃ ⁻ isotope dilution experiment for determination of nitrification rate in sea water is demonstrated.     

长江口海域悬浮颗粒有机物的稳定氮同位素季节分布与关键生物地球化学过程

对2010年2、5、8、11月份长江口海域水体中的悬浮颗粒物进行稳定氮同位素分析。根据不同季节、不同区域内悬浮颗粒有机物的稳定氮同位素组成(δ15 Np)值的变化研究水体中氮的迁移、转化等生物地球化学过程,揭示其环境行为,从而对该海域的氮循环机制进行探索。研究发现:长江口海域悬浮颗粒物的稳定氮同位素组成具有较宽的分布范围,δ15 Np值分布范围为-1.1‰~8.6‰,具有明显的时空分布特点,反映了不同程度的陆源输入和氮的生物地球化学过程的影响。其中,2月份生物反应较弱,δ15 Np分布体现了陆源和海源的混合特征;5月和11月份上层水体δ15 Np随叶绿素a升高而降低,指示了生物的同化吸收作用;8月和11月δ15 Np和总溶解无机氮呈现极显著正相关关系,说明该海域发生了氮的矿化再生。     

海水中硝酸盐铜镉柱还原测定操作步骤的优化研究

本文比较了硝酸盐测定的铜镉柱还原法在两个规范中技术指标和操作工艺的差异.针对本实验室具体条件,对该测定方法的某些步骤(如镉柱制备、蠕动泵、流速选择、加氯化铵缓冲液方法等)进行优化研究,选择适宜的改进方法,以便将硝酸盐铜镉柱还原测定方法结合进本实验室已有的营养盐测定系统中.