一種檢測底泥沉積物中生物硅含量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，涉及一種能準(zhǔn)確、有效、快速檢測底泥沉積物中生物硅含 量的方法，通過底泥的前處理與最終測試方法，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測試，實(shí)現(xiàn)快速提取水體環(huán)境變 化信息。
【背景技術(shù)】
[0002] 生物硅（BSi，BiogenicSilica)又稱之為生物蛋白石（簡稱蛋白石）。它是湖泊、 河流、海洋沉積物的重要組成部分，它絕大部分來源于死亡硅藻殼的沉積。硅藻是一種浮游 植物（Phytoplankton)，它是具有光合色素的，植物體無根、莖、葉分化的，具單細(xì)胞生殖器 官的低等植物，硅藻生活在各種類型的水體中。目前，硅藻已記錄超過10萬個(gè)具有特征性 的種。
[0003] 生物硅領(lǐng)域的研究過去主要集中在海洋沉積物的研究中，用來指示海洋表層生產(chǎn) 力的變化。在地質(zhì)學(xué)中，生物硅研究的主要作用是地層的劃分對比和古環(huán)境的恢復(fù)，是劃分 某些地層的主要依據(jù)：（1)記錄水體中可溶硅的歷史性變化；（2)全球硅循環(huán)研究中不可或 缺部分；（3)在古氣候?qū)W研究中的替代指標(biāo)作用；(4)生物硅的古湖沼學(xué)意義。目前，用于生 物硅含量的測試方法歸納主要有7種，分別是：（1)直接X射線衍射法；（2)間接X射線衍射 法；（3)紅外分光法；(4)全巖化學(xué)元素計(jì)算法；（5)差異濕法；（6)微體化石計(jì)數(shù)法；（7)堿 溶分光光度法。這些方法各有特點(diǎn)，應(yīng)用也廣，但普遍存在測試精度低、測試時(shí)間長、測試成 本高等缺點(diǎn)；且局限于地質(zhì)學(xué)、石油化工，應(yīng)用領(lǐng)域窄。
[0004] 生物硅的研究作用是通過根據(jù)現(xiàn)代湖泊水體中硅藻群與其分布、生態(tài)和環(huán)境之間 的相互關(guān)系，進(jìn)行水體信息的歷史類比，結(jié)合其他微體古生物、化學(xué)元素、穩(wěn)定同位素、礦 物、有機(jī)化合物以及核素測年資料，重建不同時(shí)代水體環(huán)境的變化歷史。由于以下原因，生 物硅研究不僅在地質(zhì)學(xué)研究，也在現(xiàn)代環(huán)境科學(xué)與工程中能起到重要的作用：（1)在湖泊 水體中硅藻豐度極高，同樣在湖泊沉積物中硅藻的濃度也非常高。在適合的環(huán)境條件下甚 至可以形成幾乎全由硅藻殼體組成的硅藻土沉積；（2)水體的化學(xué)成分、鹽度、pH值、營養(yǎng) 成分、光照、溫度、濁度和深度等環(huán)境條件的微小變化，都可能改變硅藻的組合、分異度、優(yōu) 勢種和濃度等；(3)與其他藻類或微體化石相比，硅藻的硅質(zhì)殼體易于在沉積物中保存下 來；(4)硅藻的分布范圍很廣，從淡化湖泊到高鹽度鹽湖，從貧營養(yǎng)類湖泊到富營養(yǎng)化湖泊 都可能發(fā)育硅藻；（5)由于硅藻的分類是根據(jù)殼體特征來進(jìn)行的，所以化石硅藻與現(xiàn)生硅 藻容易鑒定。生物硅的研究近年來在以下8個(gè)方面得到迅速發(fā)展：（1)系統(tǒng)分類；（2)與環(huán) 境因子的關(guān)系；（3)湖泊酸化；(4)富營養(yǎng)化；（5)氣候變化；(6)轉(zhuǎn)換函數(shù)；（7)再沉積作用 和溶解作用；(8)生物硅與色素對比分析等。傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測與分析多是針對水體物理、化 學(xué)、生物指標(biāo)進(jìn)行，很少涉及到沉積物底泥中生物指標(biāo)的分析，生物硅測試方法的建立可為 水環(huán)境監(jiān)測及水環(huán)境治理工程方案的制定起到重要作用。
[0005]目前，關(guān)于底泥生物硅的檢測方法多集中在海洋底泥之中，未見涉及到河流、湖 泊、水庫等淡水水體的報(bào)道。對于底泥生物硅的檢測難度主要集中在：測試時(shí)間長、測試結(jié) 果不準(zhǔn)、本發(fā)明首次提供了一種適用于淡水水體底泥沉積物中生物硅含量的檢測方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種檢測底泥沉積物中生物硅含量的方法， 該方法準(zhǔn)確、快速、有效，能夠在較短時(shí)間內(nèi)，更準(zhǔn)確快速地測試生物硅含量，研究水體底泥 的環(huán)境信息，對監(jiān)測與控制水體（重要水源地、湖泊、河流、水庫等淡水水體）富營養(yǎng)化均可 以準(zhǔn)確、迅速、有效地加以運(yùn)用。申請人通過樣品前處理與最終實(shí)驗(yàn)測試方法的改進(jìn)，完善 了湖泊沉積生物硅實(shí)驗(yàn)室測定方法，克服了過去測試方法中的不便、繁復(fù)、失敗、誤差較大 導(dǎo)致的精度低等缺點(diǎn)。
[0007] 為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：
[0008] -種檢測底泥沉積物中生物硅含量的方法，包括以下步驟：
[0009] (1)冷凍一干燥：樣品-80°c冷凍48h，干燥后樣品含水率保持在1 % -5%，樣品放 置在自封口袋內(nèi)密封，室溫（25- 28°C)平衡12 - 24h，過100-150目篩；
[0010] ⑵稱取樣品180- 200mg放入50mL聚丙烯離心管中；
[0011] (3)加入4-5mL9%-11%的H202(必須當(dāng)天配置）于管中，靜置30-40min，然 后再加4一61^1.00-1.5〇111〇1/1!0^，超聲401^^(220-24(^)振蕩25-3〇11^11 ;
[0012] (4)加18 - 20mL去離子水，在離心率4200- 4500g下離心5 - 8min后倒掉上清 液，沉積物質(zhì)不可擾動(dòng)，如果出現(xiàn)沉積物質(zhì)擾動(dòng)，重復(fù)步驟2- 3次；將含有沉積物質(zhì)的離心 管置于50- 60°C烘箱中烘10- 12h;
[0013] (5)準(zhǔn)確吸取36.0- 40.0mL2mol/LNa2C03于步驟（4)烘干后的離心管中，超聲 40kHz(220- 240w)振蕩5-8min后放在80- 85°C的水浴鍋中（加蓋）恒溫加熱；
[0014] (6)以2-3h為間隔，用塑料棒人工手動(dòng)攪拌溶液，5-6h后取出管子，并迅速在 4200一4500g下離心 5-lOmin；
[0015] (7)快速移出4-6mL上清液，并保存在聚丙烯管中以備測定；
[0016] (8)經(jīng)過以上步驟，沉積物中生物硅已經(jīng)完全溶解，可通過在光學(xué)顯微鏡檢查沉積 物殘?jiān)幸巡淮嬖诠柙鍤?，定性檢測完成后采用硅鉬藍(lán)比色法進(jìn)行定量檢測。
[0017] 以上所述的方案中，樣品貯存與檢測過程中不與玻璃器皿接觸。如果用到玻璃器 皿，先進(jìn)行全程序空白試驗(yàn)，用扣除空白的方法消除玻璃器皿的干擾。配制試劑用水應(yīng)為蒸 餾水。
[0018] 以上所述的方案中，所述的底泥為取自重要水源地、河流、湖泊或水庫等淡水水體 中的底泥。
[0019] 所述的硅鉬藍(lán)比色法，包括以下步驟：
[0020] (1)利用HC1調(diào)節(jié)溶液pH值至6. 80-7. 20,在形成黃色硅鉬雜多酸后采用加入1， 2,4-氨基萘酚磺酸還原劑時(shí)，被還原至硅鉬藍(lán)，采用硅鉬藍(lán)比色法進(jìn)行比色測試，從而提高 測試靈敏度；
[0021] (2)還原劑的配制，溶解500mg1-氨基-2-萘酸-4-磺酸（1 一amino一 2一 naphthol一4一sulfonicacid)和lgNa2S03于水中，可加溫，然后將溶液加入含有30g NaHSOj^ 150mL水溶液中，過濾入聚乙烯溶液中，放入冰箱避光保存，如果發(fā)現(xiàn)溶液顏色變 深停止使用重新配制；
[0022] (3)二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)溶液，取每毫升含1.OOmg二氧化硅的貯備液10.OOmL移入 1000mL容量瓶中，稀釋到標(biāo)線，用聚乙烯瓶密封保存。此溶液中每毫升含10.Oyg二氧化 娃；
[0023] (4)其他試劑配制，鉬酸銨試劑：溶解10g鉬酸銨于水中（攪拌并微熱），稀釋至 100mL，如有不溶物可過濾，用氨水調(diào)解至pH7-8。1+1鹽酸溶液5mL。草酸溶液，75g/L:溶解 7. 50g草酸于水中，稀釋至100mL。二氧化硅貯備液：稱取高純石英砂（二氧化硅）0. 2500g 置于鉑坩堝（30- 50mL)中，加入無水碳酸鈉4g，混勻，放入馬弗爐在1000°C熔融lh，取出 冷卻后放入塑料燒杯中用熱水浸取，用水洗干凈坩堝與蓋，移入250mL容量瓶中，用水稀釋 至標(biāo)線，混勻。貯于聚乙烯中，密封保存，此溶液每毫升含1. 〇〇mg二氧化硅。
[0024] (5)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制，取二氧化硅標(biāo)準(zhǔn)溶液0、0· 10、0·50、1·00、3·00、5·00、7·00、 10. 00mL，分別移于50mL比色管中，加水稀釋至標(biāo)線。迅速依次加入1+1鹽酸溶液1.OmL與 鉬酸銨試劑2.OmL，充分混勻，然后放置10- 15min。加入2.OmL草酸溶液，充分混勻。5- 10min后，在分光光度計(jì)吸收峰為650-660nm處，用10mm比色皿，以水為參比，測定吸光度。 經(jīng)空白校正后繪制校準(zhǔn)曲線。
[0025] (6)水樣的測定，取適量清澈透明水樣（或經(jīng)0· 45μm濾膜過濾）于50mL比色管 中，按照與校準(zhǔn)曲線繪制相同的操作方法進(jìn)行測定。如果水樣具有顏色，則取水樣2份，1份 測試用，另外1份不加鉬酸銨，其余操作均與校準(zhǔn)曲線繪制相同。由前者測得的吸光度，減 去不加鉬酸銨的水樣的吸光度后，查得最終含量，消除色度的干擾。
[0026] 以上所述方案中，優(yōu)選的：
[0027](1)冷凍一干燥：_80°C冷凍48h，干燥后樣品含水率保持在3 %，樣品放置在自封 口袋內(nèi)密封，26°C平衡24h，過120目篩；
[0028] (2)稱取樣品200mg放入50mL聚丙烯離心管中；
[0029] (3)加入5mL10%的H202 (w/v;必須當(dāng)天配置）于離心管中，靜置30min，然后再加 51^1111〇1/1!0^，超聲40詘2(220-24(^)振蕩3〇11^11 ;
[0030] (4)加20mL去離子水，在離心率4300g下離心5min后倒掉上清液，沉積物質(zhì)不 可擾動(dòng)，如果出現(xiàn)沉積物質(zhì)擾動(dòng)，可重復(fù)加水離心2- 3次，將含有沉積物質(zhì)的離心管置于 55°C烘箱中烘10h;
[0031] (5)準(zhǔn)確吸取40.0!1^2111〇1/1似2〇) 3于步驟（4)的離心管中，超聲40詘2(220- 240w)振蕩5min后放在83°C的水浴鍋中（加蓋）恒溫加熱；
[0032] (6)以2h為間隔攪拌溶液，5h后取出管子，并迅速在4300g下離心5min;
[0033] (7)快速移出5mL上清液，并保存在聚丙烯管中以備測定；
[0034] 利用上述最佳參數(shù)方法，最小檢出濃度為40μg/L，檢出上限為2mg/L。
[0035] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0036] (1)本發(fā)明在堿溶分光光度法基礎(chǔ)上做了部分改進(jìn)，利用硅鉬藍(lán)比色法測定生物 硅含量，精度較高。傳統(tǒng)的測試方法多采用硅鉬黃法，在一定的酸度下，硅酸與鉬酸銨生成 黃色的硅鉬雜多酸Hs[Si(M0207) 6]，即硅鉬黃，可以進(jìn)行硅的比色測定。但硅鉬黃不穩(wěn)定，靈 敏度也不高，硅鉬黃光度法最低檢出濃度僅為0. 4mg/L，測定上限僅為25mg/L。所以，必須 用還原劑將它還原成藍(lán)色的硅鉬雜多酸，也就是硅鉬藍(lán)。最后，利用硅鉬藍(lán)比色法測定溶解 硅含量，硅鉬藍(lán)光度法最小檢出濃度為40μg/L，檢出上限為2mg/L。
[0037] (2)測試時(shí)間較短，通過冷凍干燥機(jī)對樣品進(jìn)行前處理后一步提取，可實(shí)現(xiàn)1天內(nèi) 對樣品的測試，得到最終測試數(shù)據(jù)。過去采用的主要是普通干燥法，通常都是在〇°c以上或 更高的溫度下進(jìn)行。一般來說，干燥后所得的產(chǎn)品出現(xiàn)體積縮小、質(zhì)地變硬，易揮發(fā)成分會(huì) 損失，熱敏性的物質(zhì)發(fā)生變性、失活，甚至發(fā)生了氧化。因此，干燥后的產(chǎn)品與干燥前相比， 在性狀上有很大的差別。對于底泥而言，采用冷凍干燥機(jī)凍干以后，干燥后的底泥疏松多 孔，呈海綿狀，加水后溶解迅速而完全，幾乎立即恢復(fù)原來的性狀。
[0038] (3)數(shù)據(jù)可靈活轉(zhuǎn)換，測試出的數(shù)據(jù)為百分含量，既可以獨(dú)立使用；也可以迅速的 轉(zhuǎn)化為質(zhì)量數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)與其他物理、化學(xué)、生物指標(biāo)的質(zhì)量數(shù)據(jù)的生物學(xué)統(tǒng)計(jì)平臺上的 大數(shù)據(jù)綜合分析，實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測。
[0039] (