一种高原湖泊水体中溶解态黑碳与颗粒态黑碳溯源分析方法

1.本发明涉及溶解态黑碳与颗粒态黑碳分析方法技术领域，具体为一种高原湖泊水体中溶解态黑碳与颗粒态黑碳溯源分析方法。


背景技术：

2.黑碳是由生物质和化石燃料等不完全燃烧产生的含碳物质连续统一体。在扫描电镜下观察，黑碳呈现出亚微米级的颗粒物聚合体。黑碳表现为斥水性、低比电阻物质。黑碳涉及气候变化、元素循环、环境影响等诸多问题，是当前人们共同关注的焦点问题。自然环境中的黑碳广泛存在于不同的环境介质中，燃烧条件和燃料来源的不同，其环境行为及环境效应也具有明显差异。在过去很长一段时间内，科学家一直认为黑碳是疏水性的颗粒物，单纯以颗粒态的形式存在和迁移。水体中的黑碳以颗粒态和溶解态两种形态存在，是连接陆地土壤和湖泊底泥两个主要黑碳库的关键纽带，但溶解态黑碳曾一度“被忽视”。
3.高原湖泊作为溶解态黑碳陆-江-海迁移过程的重要媒介，厘清其中溶解态黑碳的时空分布规律及其来源通量，是深入认识溶解态黑碳环境地球化学行为的关键环节。生物质和化石燃料燃烧产生的黑碳在理化性质及放射性碳特性上存在较大的差异，单碳同位素组成的差异可以很好的追踪溶解态黑碳来源及其在环境介质中的赋存形式。自然界中放射性碳（
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c）在宇宙射线的作用下广泛分布，存在于空气中的
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co2，在植物光合作用作用下进入到生物圈及其各子生态系统。而生物圈中植物不间断的与大气环境保持着碳元素的动态交换，较好的固持着
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c 水平。目前市面上对高原湖泊水体中黑碳溯源分析时，分析流程多，分析时间长，且误差较大，亟需建立和优化。因此，利用
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c丰度的分析方法不仅能定性区分生溶解态黑碳的物质来源，还能定量分析不同来源对有机碳和元素碳的贡献比率，是准确解析水体中溶解态黑碳的来源和通量的有力工具。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种高原湖泊水体中溶解态黑碳与颗粒态黑碳溯源分析方法，以解决上述背景技术中提出的目前市面上对高原湖泊水体中黑碳溯源分析时，分析流程多，分析时间长的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高原湖泊水体中溶解态黑碳与颗粒态黑碳溯源分析方法，包括以下步骤：步骤一：进行采样，分别在入湖口岸、湖中心、净水区以及下游排水区采集水样，采样水体不少于25l，每隔14至16天采样一次，采样时长为24个月采样深度分为三类，分别为：表层、中层以及底层，将三类水样按照体积比为2:1:1的比例进行混合后，得水体样品；步骤二：对水体样品进行过滤，通过45至55μm孔径的尼龙筛绢进行过滤，以去除生物残屑和较大的生物体，再用高温0.7μm孔径石英纤维滤膜过滤，过滤后的石英纤维滤膜为滤膜样品，得滤膜样品和过滤水样；步骤三：通过固相萃取溶解态黑碳，用ph数值为2的浓盐酸调节上述过滤水样的ph
值，对固相萃取柱进行预处理，用甲醇活化固相萃取柱，将过滤水样加于固相萃取柱中，用正压或负压使过滤水样通过柱子，样品的流速小于3ml min-1
，固相萃取后使用ph=2的超纯水淋洗固相萃取柱柱床以达到洗涤盐份的目的,使过滤水样的ph值达到中性，最后用真空泵抽干柱床，得溶解态黑碳；步骤四：消解溶解态黑碳，用纯甲醇将固相萃取柱中上的溶解态黑碳洗脱至玻璃离心管中，在45至60℃下将高纯氮气浓缩至0.5ml并转移到2ml的聚四氟乙烯消解罐中，转移后用甲醇润洗4至5次离心管，使溶解态黑碳完全转移到消解罐中；在45至60℃下，使用高纯氮气吹干罐中溶解态黑碳，并加入65%的浓硝酸，将其密封后置于温度为170℃烘箱中烘干7h进行消解反应；消解反应完成冷却后，用高纯氮气在45至60℃条件下吹干；加入10μg2,2
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联苯二甲酸和2μgμl-1
甲醇溶液以及1ml甲醇和水的混合溶剂，最后转移到2ml的色谱进样瓶中用于液相色谱分析；步骤五：苯多羧酸和硝基苯多羧酸的分析、定性和定量，使用配备了四元泵、自动进样器和二极管阵列检测器的高效液相色谱系统，调节pda扫描波长范围、定量波长以及进样量，分别调节流动相a与流动相b，流动相梯度程序：5%流动相b保持30至45min，30至45min时将其升高到40%，45至50min时第二次升高到85%，保持5min,在50-55min时完成分离过程，最后清洗和平衡色谱柱30至40 min以备下一次进样，定性和定量时利用高效液相色谱-质谱联用仪，同时配备pda检测器，确定各目标化合物的保留时间、特征离子和pda光谱特征，然后与高效液相色谱图上各化合物的保留时间相比对，根据标样保留时间和pda光谱特征确认高效液相色谱图上的各目标化合物；步骤六：将苯多羧酸和硝基苯多羧酸中的c量转换成溶解态黑碳中的c量，即苯多羧酸和硝基苯多羧酸的c量乘以换算因子4，碳回收率25.8
±
6.8%的倒数，得到溶解态黑碳的量；步骤七：利用bpcas法分析滤膜样品中的颗粒态黑碳，分析方法需重复步骤四至六测得，得bpcas法分析结果；步骤八：采用热光反射法分析滤膜样品中的颗粒态黑碳，取3*3cm的的滤膜样品，放入热解吸室，在纯氦气环境下中按150℃至300℃，300至450℃，450至550℃的温度梯度进行加热，使滤膜样品上的颗粒态有机碳解吸气化，然后依次被载气带入氧化室，以二氧化锰催化，转化为二氧化碳，二氧化碳又进入还原炉内被转化为甲烷，最终甲烷被氦气载入气相色谱仪，用火焰离子化检测器进行检测，得热光反射法分析结果；步骤九：将bpcas法分析结果和热光反射法分析结果进行比较，建立这两种结果之间的换算关系；步骤十：用制备毛细管色谱馏分收集器收集在高效液相色谱系统分离和分析溶解态黑碳和颗粒态黑碳时黑碳的分子标志物，将收集的bpca组分转移到石英管中并密封，置于850℃和真空条件下至bpca中的c燃烧生成co2气体；应用密封锌还原法将co
2 还原成石墨，完成石墨制靶；测定
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c含量；最后根据生物质燃烧和化石燃料燃烧生成黑碳的
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c含量端元差异，结合同位素质量平衡即可计算出溶解态黑碳和颗粒态黑碳的溯源。
6.优选的，所述步骤1中表层为水面以下0至0.5m处、中层为1/2水深
±
0.25m处、底层为水底以上0至0.5m处，步骤2中石英纤维滤膜为通过6h的高温灼烧而得，其温度为400至470℃。
7.优选的，所述步骤4中甲醇和水的混合溶剂的混合比例为1：1。
8.与现有技术相比，本发明的有益效果是：采用苯多羧酸分子标志物法分析溶解态黑碳，该方法不仅可提供溶解态黑碳的定量信息，也可以提供溶解态黑碳的结构信息，为了增强与溶解态黑碳数据的可比性，同时利用bpcas法分析黑碳能提供黑碳结构和来源等方面的信息的优势，同时采用tor法分析颗粒态黑碳。将颗粒态黑碳热光反射法和颗粒态黑碳bpcas的结果进行比较，通过建立这两种方法得到的颗粒态黑碳含量之间的换算关系。为以后在不需要明晰颗粒态黑碳结构和来源的情况下，用热光反射法分析颗粒态黑碳，然后将颗粒态黑碳热光反射法的结果换算为颗粒态黑碳bpcas。在简化分析流程、缩短分析时间和减少分析成本的同时，提高了溶解态黑碳和颗粒态黑碳数据的可比性。
附图说明
9.图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
10.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
11.实施例1：一种高原湖泊水体中溶解态黑碳与颗粒态黑碳溯源分析方法，包括以下步骤：步骤一：进行采样，分别在入湖口岸、湖中心、净水区以及下游排水区采集水样，采样水体25l，每隔14天采样一次，采样时长为24个月采样深度分为三类，分别为：表层、中层以及底层，将三类水样按照体积比为2:1:1的比例进行混合后，得水体样品；步骤二：对水体样品进行过滤，通过45μm孔径的尼龙筛绢进行过滤，以去除生物残屑和较大的生物体，再用高温0.7μm孔径石英纤维滤膜过滤，过滤后的石英纤维滤膜为滤膜样品，得滤膜样品和过滤水样；步骤三：通过固相萃取溶解态黑碳，用ph数值为2的浓盐酸调节上述过滤水样的ph值，对固相萃取柱进行预处理，用甲醇活化固相萃取柱，将过滤水样加于固相萃取柱中，用正压或负压使过滤水样通过柱子，样品的流速小于3ml min-1
，固相萃取后使用ph=2的超纯水淋洗固相萃取柱柱床以达到洗涤盐份的目的,使过滤水样的ph值达到中性，最后用真空泵抽干柱床，得溶解态黑碳；步骤四：消解溶解态黑碳，用纯甲醇将固相萃取柱中上的溶解态黑碳洗脱至玻璃离心管中，在45℃下将高纯氮气浓缩至0.5ml并转移到2ml的聚四氟乙烯消解罐中，转移后用甲醇润洗4次离心管，使溶解态黑碳完全转移到消解罐中；在45℃下，使用高纯氮气吹干罐中溶解态黑碳，并加入65%的浓硝酸，将其密封后置于温度为170℃烘箱中烘干7h进行消解反应；消解反应完成冷却后，用高纯氮气在45℃条件下吹干；加入10μg2,2
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联苯二甲酸和2μgμl-1
甲醇溶液以及1ml甲醇和水的混合溶剂，最后转移到2ml的色谱进样瓶中用于液相色谱分析；步骤五：苯多羧酸和硝基苯多羧酸的分析、定性和定量，使用配备了四元泵、自动进样器和二极管阵列检测器的高效液相色谱系统，调节pda扫描波长范围、定量波长以及进样量，分别调节流动相a与流动相b，流动相梯度程序：5%流动相b保持30min，30min时将其升
高到40%，45min时第二次升高到85%，保持5min,在50min时完成分离过程，最后清洗和平衡色谱柱30min以备下一次进样，定性和定量时利用高效液相色谱-质谱联用仪，同时配备pda检测器，确定各目标化合物的保留时间、特征离子和pda光谱特征，然后与高效液相色谱图上各化合物的保留时间相比对，根据标样保留时间和pda光谱特征确认高效液相色谱图上的各目标化合物；步骤六：将苯多羧酸和硝基苯多羧酸中的c量转换成溶解态黑碳中的c量，即苯多羧酸和硝基苯多羧酸的c量乘以换算因子4，碳回收率25.8
±
6.8%的倒数，得到溶解态黑碳的量；步骤七：利用bpcas法分析滤膜样品中的颗粒态黑碳，分析方法需重复步骤四至六测得，得bpcas法分析结果；步骤八：采用热光反射法分析滤膜样品中的颗粒态黑碳，取3*3cm的的滤膜样品，放入热解吸室，在纯氦气环境下中按150℃至300℃，300至450℃，450至550℃的温度梯度进行加热，使滤膜样品上的颗粒态有机碳解吸气化，然后依次被载气带入氧化室，以二氧化锰催化，转化为二氧化碳，二氧化碳又进入还原炉内被转化为甲烷，最终甲烷被氦气载入气相色谱仪，用火焰离子化检测器进行检测，得热光反射法分析结果；步骤九：将bpcas法分析结果和热光反射法分析结果进行比较，建立这两种结果之间的换算关系；步骤十：用制备毛细管色谱馏分收集器收集在高效液相色谱系统分离和分析溶解态黑碳和颗粒态黑碳时黑碳的分子标志物，将收集的bpca组分转移到石英管中并密封，置于850℃和真空条件下至bpca中的c燃烧生成co2气体；应用密封锌还原法将co
2 还原成石墨，完成石墨制靶；测定
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c含量；最后根据生物质燃烧和化石燃料燃烧生成黑碳的
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c含量端元差异，结合同位素质量平衡即可计算出溶解态黑碳和颗粒态黑碳的溯源。
12.进一步，步骤1中表层为水面以下0.25m处、中层为1/2水深处、底层为水底以上0.25m处，步骤2中石英纤维滤膜为通过6h的高温灼烧而得，其温度为400℃。
13.进一步，步骤4中甲醇和水的混合溶剂的混合比例为1：1。
14.实施例2：一种高原湖泊水体中溶解态黑碳与颗粒态黑碳溯源分析方法，包括以下步骤：步骤一：进行采样，分别在入湖口岸、湖中心、净水区以及下游排水区采集水样，采样水体25l，每隔16天采样一次，采样时长为24个月采样深度分为三类，分别为：表层、中层以及底层，将三类水样按照体积比为2:1:1的比例进行混合后，得水体样品；步骤二：对水体样品进行过滤，通过55μm孔径的尼龙筛绢进行过滤，以去除生物残屑和较大的生物体，再用高温0.7μm孔径石英纤维滤膜过滤，过滤后的石英纤维滤膜为滤膜样品，得滤膜样品和过滤水样；步骤三：通过固相萃取溶解态黑碳，用ph数值为2的浓盐酸调节上述过滤水样的ph值，对固相萃取柱进行预处理，用甲醇活化固相萃取柱，将过滤水样加于固相萃取柱中，用正压或负压使过滤水样通过柱子，样品的流速小于3ml min-1
，固相萃取后使用ph=2的超纯水淋洗固相萃取柱柱床以达到洗涤盐份的目的,使过滤水样的ph值达到中性，最后用真空泵抽干柱床，得溶解态黑碳；步骤四：消解溶解态黑碳，用纯甲醇将固相萃取柱中上的溶解态黑碳洗脱至玻璃
离心管中，在60℃下将高纯氮气浓缩至0.5ml并转移到2ml的聚四氟乙烯消解罐中，转移后用甲醇润洗5次离心管，使溶解态黑碳完全转移到消解罐中；在60℃下，使用高纯氮气吹干罐中溶解态黑碳，并加入65%的浓硝酸，将其密封后置于温度为170℃烘箱中烘干7h进行消解反应；消解反应完成冷却后，用高纯氮气在60℃条件下吹干；加入10μg2,2
’‑
联苯二甲酸和2μgμl-1
甲醇溶液以及1ml甲醇和水的混合溶剂，最后转移到2ml的色谱进样瓶中用于液相色谱分析；步骤五：苯多羧酸和硝基苯多羧酸的分析、定性和定量，使用配备了四元泵、自动进样器和二极管阵列检测器的高效液相色谱系统，调节pda扫描波长范围、定量波长以及进样量，分别调节流动相a与流动相b，流动相梯度程序：5%流动相b保持40min，45min时将其升高到40%，50min时第二次升高到85%，保持5min,在55min时完成分离过程，最后清洗和平衡色谱柱40 min以备下一次进样，定性和定量时利用高效液相色谱-质谱联用仪，同时配备pda检测器，确定各目标化合物的保留时间、特征离子和pda光谱特征，然后与高效液相色谱图上各化合物的保留时间相比对，根据标样保留时间和pda光谱特征确认高效液相色谱图上的各目标化合物；步骤六：将苯多羧酸和硝基苯多羧酸中的c量转换成溶解态黑碳中的c量，即苯多羧酸和硝基苯多羧酸的c量乘以换算因子4，碳回收率25.8
±
6.8%的倒数，得到溶解态黑碳的量；步骤七：利用bpcas法分析滤膜样品中的颗粒态黑碳，分析方法需重复步骤四至六测得，得bpcas法分析结果；步骤八：采用热光反射法分析滤膜样品中的颗粒态黑碳，取3*3cm的的滤膜样品，放入热解吸室，在纯氦气环境下中按150℃至300℃，300至450℃，450至550℃的温度梯度进行加热，使滤膜样品上的颗粒态有机碳解吸气化，然后依次被载气带入氧化室，以二氧化锰催化，转化为二氧化碳，二氧化碳又进入还原炉内被转化为甲烷，最终甲烷被氦气载入气相色谱仪，用火焰离子化检测器进行检测，得热光反射法分析结果；步骤九：将bpcas法分析结果和热光反射法分析结果进行比较，建立这两种结果之间的换算关系；步骤十：用制备毛细管色谱馏分收集器收集在高效液相色谱系统分离和分析溶解态黑碳和颗粒态黑碳时黑碳的分子标志物，将收集的bpca组分转移到石英管中并密封，置于850℃和真空条件下至bpca中的c燃烧生成co2气体；应用密封锌还原法将co
2 还原成石墨，完成石墨制靶；测定
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c含量；最后根据生物质燃烧和化石燃料燃烧生成黑碳的
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c含量端元差异，结合同位素质量平衡即可计算出溶解态黑碳和颗粒态黑碳的溯源。
15.进一步，步骤1中表层为水面以下0.5m处、中层为1/2水深处、底层为水底以上0.5m处，步骤2中石英纤维滤膜为通过6h的高温灼烧而得，其温度为470℃。
16.进一步，步骤4中甲醇和水的混合溶剂的混合比例为1：1。
17.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。