一种湖泊沉积物中单酯磷组分的提取及磷核磁共振谱图分析方法技术

本申请属于环境化学分析测试方法技术领域，具体涉及一种湖泊沉积物中单酯磷组分的提取及磷核磁共振谱图分析方法。该方法包括如下步骤：步骤一，用Na2S溶液预处理湖泊沉积物提取浓缩液，得待测液1；步骤二，对待测液1进行

【技术实现步骤摘要】
一种湖泊沉积物中单酯磷组分的提取及磷核磁共振谱图分析方法
本专利技术属于环境化学分析测试方法
，具体涉及一种湖泊沉积物中单酯磷组分的提取及磷核磁共振谱图分析方法。
技术介绍
磷是水生生态系统关键的限制性营养元素之一，过量的磷导致藻类大量生长繁殖，引起水质恶化并危害生态系统安全。近年来，包括生活污水、工农业生产、土壤径流等过程携带的外源磷输入得到了一定的控制，湖泊内源磷的释放成为引起湖泊水质进一步恶化的关键因素。沉积物释放是湖泊内源磷污染重要的来源之一，而有机磷是湖泊沉积物中磷的重要组成部分。已有研究表明，有机磷(Po)在水生生态系统的磷循环中扮演重要角色，一些Po组分可通过酶水解等过程转化为生物可利用性活性磷酸盐，进而成为富营养化湖泊蓝藻水华持续暴发的重要磷源。当前，沉积物中有机磷分析方法包括磷31核磁共振技术(31P-NMR)、酶水解技术、基于同步辐射光源X射线吸收精细结构分析技术、液相色谱或离子色谱与电感耦合等离子发射光谱连用(HPLC-ICP-AES)及液相色谱或离子色谱与电子喷雾离子化质谱联用技术(HPLC-ESI-MS/MS)等。Worsfold等人在2008年发表的文章《Characterisationandquantificationoforganicphosphorusandorganicnitrogencomponentsinaquaticsystems:AReview》(AnalyticaChimicaActa.624(1):37-58(2008))中详细介绍了各种分析检测技术。近年来，31P-NMR作为定性定量分析手段在湖泊沉积物样品的磷组分研究中得到广泛运用，获得了一些沉积物磷组分的基本信息，如正磷酸盐、磷酸单酯、磷酸二酯、焦磷酸盐、多聚磷酸盐、磷脂和膦酸盐等在沉积物中的含量及部分结构组成信息。但是，湖泊沉积物提取液31P-NMR谱图单酯磷区域中含有大量不同结构的有机磷化合物，如肌醇六磷酸盐同分异构体包括肌-肌醇六磷酸盐、鲨-肌醇六磷酸盐和新-肌醇六磷酸盐，葡萄糖磷酸盐以及腺苷单磷酸盐等。这些单酯磷在液相31P-NMR谱图中的化学位移基本介于3.0ppm至6.5ppm小范围之内(以正磷酸盐化学位移定为6.0ppm为基础)。一方面，沉积物中有机磷含量较低；另一方面，这些有机磷峰受提取液中pH及顺磁性金属离子(如Fe3+等)影响，各峰之间相互重叠，峰展宽。这导致了沉积物提取液31P-NMR谱图中单酯磷区域的分辨率不高，甚至对谱图中单酯磷化合物的错误解析。尤其是我国幅员辽阔，不同湖泊沉积物基本性质差异很大，不同沉积物样品提取液中背景金属离子等含量差异很大，导致磷化学位移存在差异，尤其是31P-NMR谱图中单酯磷具体组分的判断造成了很大的困难或误判。为了消除磁性离子对31P核磁共振分析精确度的干扰，现有技术中已有相关报道，如中国专利《用31P核磁共振分析环境样品时消除磁性离子干扰的方法》即公开了一种采用8-羟基喹啉沉淀去除含磷提取液中大量的铁、锰等磁性离子，从而大幅度降低31P-NMR波谱峰宽，显著提高磷组分的鉴别及定量分析的方法。该方法消除磁性离子干扰的效果显著，且在处理过程中不造成磷组分的损失，操作简便、成本低。又如中国专利《一种钙质沉积物有机磷的提取及组成分析方法》即公开了一种先采用偏酸性的乙二胺四乙酸溶液对沉积物进行冲洗，络合去除部分铁锰等顺磁性金属离子，再结合传统方法使用NaOH+EDTA将沉积物中的有机磷提取出来，通过31P-NMR进一步分析提取液中有机磷的组成。该方法适用于金属元素Ca/(Fe+Al)＞0.7的钙质沉积物。虽然上述分析方法可一定程度上消除顺磁性金属离子对总有机磷31P核磁共振分析的干扰，但并未公开采用31P核磁共振分析单酯磷的具体方法。而且，一方面由于湖泊沉积物在采用碱液(NaOH、EDTA或其组合)连续长时间提取后获得，而这个长时间提取过程会造成一些不稳定单酯磷的降解；另一方面，一些不稳定的二酯磷也容易大量降解为单酯磷，所以，现在提取和前处理技术对于结合31P-NMR精确分析沉积物中单酯磷具有局限性。更为关键的是，现有技术中，对湖泊沉积物提取液31P-NMR谱图中单酯磷的解析主要采用以下方法：(1)以正磷酸盐化学位移为参考，调节单酯磷化学位移，参考已知文献报道各单酯磷化学位移，对各单酯磷进行定性和定量分析；(2)提取液中直接加入磷标准物质，如亚甲基二磷酸盐(MDPA，methylenediphosphonicacidsodium)，以该磷标准物质化学位移为参考，调节单酯磷化学位移并参考文献报道，对各单酯磷进行定性和定量分析；(3)与沉积物提取同步，设定一个加入有机磷标准样品的背景溶液，同步处理后，分析其中有机磷标准化合物化学位移，以此为参考并结合文献报道，判断沉积物提取液中各单酯磷组分。然而，实践证明，这些分析方法存在以下问题：(1)对比发现，以正磷酸盐化学位移为参考，不同文献报道31P-NMR谱图磷化合物化学位移均存在差异。尤其是单酯磷，由于化学位移集中且相互靠近，以正磷酸盐化学位移为参考，参照不同文献报道的化学位移会得出不同的分析结果；(2)提取液中直接加入磷标准物质，为不影响单酯磷的判别，往往采用远离单酯磷化学位移区域的标准物质，如MDPA，其化学位移为17-18ppm之间，远离单酯磷区域，以此为标准，参照文献报道，也无法准确判断31P-NMR谱图中相应化学位移对应的单酯磷化合物；(3)沉积物中提取液的离子浓度等均会影响磷化合物化学位移，与沉积物提取同步，设定一个加入有机磷标准样品的背景溶液获得的模拟标准样品，其离子浓度与有机质等均与沉积物提取液相差很大，实践证明，二者的化学位移差异很大，尤其是单酯磷区域。另外，湖泊类型多种多样，不同区域湖泊地质背景差异很大，沉积物基本性质如矿物组成等差异大，导致沉积物有机磷提取液中离子强度、有机质含量等背景值差异大，这直接导致不同沉积物提取液中31P-NMR谱图化学位移差异。因此，以上传统的分析方法中仍没有可靠的方法得到湖泊沉积物提取液31P-NMR谱图中单酯磷组分的准确的分析结果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种湖泊沉积物中单酯磷组分的提取及磷核磁共振谱图的分析方法，一方面，该方法可以消除顺磁性金属离子对湖泊沉积物中单酯磷组分的干扰，还能最大程度地避免由于有机磷自身的不稳定性引起的降解；另一方面，本申请提供的分析方法避免了单酯磷峰相互重叠及其不稳定性引起的分析结果误差。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种湖泊沉积物中单酯磷组分的提取及磷核磁共振谱图分析方法，其包括如下步骤：步骤一，用Na2S溶液预处理湖泊沉积物提取浓缩液，得待测液1；步骤二，对待测液1进行31P-NMR谱图分析；其中，步骤二的具体操作如下：(1)测得待测液1的31P-NMR谱图a；(2)配制50mmol/L的单酯磷标准化合物、二酯磷标准化合物和膦酸盐标准化合物溶液，将其加入步骤1中的待测液1后测得31P-NMR谱图b；(3)调节31P-NMR谱图a和b的正磷酸盐位移至6.00ppm，比对谱图a和b，确定沉积物中相同物质的峰2-3个，参照31P-NMR谱图b，调节31P-NMR谱图a的化学位移；(4)基于谱图b中的单酯磷标准化合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种湖泊沉积物中单酯磷组分提取及磷核磁共振谱图分析方法，其包括如下步骤：步骤一，用Na2S溶液预处理湖泊沉积物提取浓缩液，得待测液1；步骤二，对待测液1进行

【技术特征摘要】
1.一种湖泊沉积物中单酯磷组分提取及磷核磁共振谱图分析方法，其包括如下步骤：步骤一，用Na2S溶液预处理湖泊沉积物提取浓缩液，得待测液1；步骤二，对待测液1进行31P-NMR谱图分析；其中，步骤二的具体操作如下：(1)测得待测液1的31P-NMR谱图a；(2)配制50mmol/L的单酯磷标准化合物、二酯磷标准化合物和膦酸盐化合物溶液，将其加入步骤1中的待测液1后测得31P-NMR谱图b；(3)调节31P-NMR谱图a和b的正磷酸盐位移至6.00ppm，比对谱图a和b，确定沉积物中相同物质的峰2-3个，参照31P-NMR谱图b，调节31P-NMR谱图a的化学位移；(4)基于谱图b中的单酯磷标准化合物化学位移，确定谱图a中的单酯磷组分；(5)利用单酯磷的峰面积占总面积的比例及提取液中总磷的含量，计算各单酯磷的含量。2.根据权利要求1所述的方法，步骤一中所述的Na2S溶液的浓度为0.5-2mol/L。3.根据权利要求1或2所述的方法，步骤一中待测液1的制备方法具体如下：向湖泊沉积物提取浓缩液中加入Na2S的D2O溶液进行金属离子的沉淀及还原处理，处理后的浓缩液于4℃条件下，静置沉淀15-20h后，2000-10000g条件下，离心分离20-30min，得上清液，即为待测液1。4.根据权利要求1所述的方法，所述湖泊沉积物提取浓缩液采用以下方法提取并浓缩得到：1)采用NaOH与...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱元荣，吴丰昌，冯伟莹，陈海燕，郭飞，魏源，李会仙，孙福红，汪浩，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11