一種二維、高分辨測(cè)定濕地土壤和沉積物中活性磷分布的方法
【專(zhuān)利摘要】一種二維、高分辨測(cè)定濕地土壤和沉積物中活性磷分布的方法，將改進(jìn)型ZrO2磷固定膜組裝到DGT裝置中，放入濕地土壤或沉積物后，活性磷以自由擴(kuò)散方式穿過(guò)濾膜，隨即被磷固定膜同步捕獲；將固定膜放入85℃熱水中熱處理5天，然后放入著色劑中著色，利用掃描儀對(duì)著色后的薄膜進(jìn)行高分辨、二維掃描，利用ImageJ軟件將掃描獲得的圖像顏色轉(zhuǎn)成灰度，再根據(jù)建立的磷固定膜對(duì)磷積累量與表面灰度的校正曲線(xiàn)，將得到的灰度轉(zhuǎn)化成磷積累量，利用Fick第一擴(kuò)散定律計(jì)算得到濕地土壤或沉積物剖面中對(duì)應(yīng)位置的活性磷含量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種二維、高分辨測(cè)定濕地土壤和沉積物中活性磷分布的 方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境科學(xué)和地球科學(xué)領(lǐng)域，涉及一種對(duì)土壤、沉積物等環(huán)境介質(zhì)中活 性磷的二維、高分辨測(cè)定技術(shù)，該技術(shù)能夠簡(jiǎn)易地在毫米和亞毫米尺度上獲取濕地土壤、沉 積物剖面中活性磷（DRP)的二維分布特征。

【背景技術(shù)】
[0002] 磷是水生生物生長(zhǎng)的重要營(yíng)養(yǎng)元素，是水體初級(jí)生產(chǎn)力和富營(yíng)養(yǎng)化的主要限制性 因子。外源磷進(jìn)入濕地和湖泊水體后，大部分積累于濕地土壤和沉積物中，并在一定條件下 重新釋放進(jìn)入上覆水，維持水體的富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。在外源磷輸入得到遏制的情況下，濕地土 壤或沉積物磷污染是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因。濕地土壤和沉積物中磷的釋放潛力 與其在水-土和沉積物-水界面的分布有密切的關(guān)系。通常，由于界面處物理、化學(xué)和生 物性質(zhì)上的巨大差異，造成磷在該界面附近可能存在強(qiáng)烈的濃度梯度分布，由此驅(qū)動(dòng)磷在 濕地土壤與上覆水或沉積物與上覆水之間進(jìn)行交換。所以獲取磷在沉積物-水微界面間 的分布信息，是評(píng)價(jià)沉積物磷活性及其向水體釋放的重要依據(jù)。活性磷或溶解態(tài)反應(yīng)性磷 (Dissolved reactive phosphorus, DRP)是用鑰藍(lán)比色法測(cè)定得到的磷，絕大部分為磷酸 根磷，還包括少量能在酸性條件下發(fā)生水解的有機(jī)磷和多聚磷化合物?；钚粤资浅练e物中 最具活性的磷，其在沉積物剖面中的含量和分布直接影響著水體的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。獲取活性磷 在沉積物中的含量和空間分布信息，對(duì)于研究和評(píng)價(jià)水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)具有十分重要的意義。
[0003] 由于分析方法的限制，通常只能得到活性磷在沉積物剖面中的一維垂向分布信 息。然而，沉積物性質(zhì)在橫向空間上同樣存在著非常大的差異，依據(jù)一維活性磷數(shù)據(jù)已不能 滿(mǎn)足對(duì)水體科學(xué)研究和評(píng)價(jià)的需要，迫切需要發(fā)展活性磷的二維獲取技術(shù)，同時(shí)獲取活性 磷在沉積物剖面中的橫向和垂向分布信息。另一方面，常規(guī)分辨率（lmm-lcm)的活性磷數(shù) 據(jù)不能準(zhǔn)確反映其在沉積物中的空間變化，迫切需要提高分辨率，在100 μ m-lmm尺度獲取 活性磷的空間分布信息。
[0004] 薄膜擴(kuò)散梯度（Diffusive gradients in thin films,DGT)測(cè)定技術(shù)是一種非破 壞性、原位獲取沉積物中污染物分布和活性的新技術(shù)。該技術(shù)裝置主要由固定膜和擴(kuò)散膜 疊加組成（圖1)，兩者均由凝膠配置而成，其中固定膜通過(guò)向凝膠加入能吸附污染物離子 的固定劑配置而成。當(dāng)DGT裝置放入沉積物中，污染物離子以擴(kuò)散方式穿過(guò)擴(kuò)散膜，隨即被 固定膜捕獲，并在擴(kuò)散膜上形成線(xiàn)性梯度分布，擴(kuò)散膜與固定膜接觸一端的離子濃度維持 為零，與介質(zhì)接觸一端的濃度U為： 「 ? r - MAg
[0005] ^DGT - I) Μ y, /
[0006] 上式中Μ為固定膜上目標(biāo)離子的積累量（yg)，Ag為擴(kuò)散層厚度（cm)，Dg為離子 在擴(kuò)散膜中的擴(kuò)散速率（cm2/s)，A為固定膜的面積（cm2)，t為擴(kuò)散時(shí)間（s)，C DGT即是通過(guò) DGT分析得到的沉積物中離子的含量（103μ g/L)。
[0007] 對(duì)于溶解態(tài)活性磷二維分布的獲取，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)2011103235556通過(guò)采用改進(jìn) 型二氧化鋯磷固定膜，結(jié)合比色分析技術(shù)，已實(shí)現(xiàn)沉積物活性磷（DRP) 二維分布的獲取。
[0008] 基于DGT，現(xiàn)有的溶解態(tài)活性磷二維分布的獲取方法包括LA ICP-MS分析技術(shù)和 切片-提取-測(cè)定的方法。LAICP-MS是將激光束聚焦于樣品表面，使之熔蝕氣化，由載氣將 樣品微粒送入等離子體中電離，再經(jīng)質(zhì)譜系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量過(guò)濾，最后用接收器分別檢測(cè)不同 質(zhì)荷比的離子。該技術(shù)具有較高的空間分辨率（< 10 μ m)。切片-提取-測(cè)定方法是對(duì)固 定膜沉積物-水界面上下部分進(jìn)行二維、亞毫米切片，用NaOH提取各切片中的活性磷，采用 微量比色方法測(cè)定提取液中活性磷含量，換算成各切片中的活性磷固定量，通過(guò)Fick第一 擴(kuò)散定律計(jì)算得到沉積物剖面中對(duì)應(yīng)位置的活性磷濃度，并作出二維分布圖。
[0009] 切片-提取-測(cè)定方法操作麻煩，耗時(shí)耗力，效率低下，易丟失部分切片造成信息 丟失，造成對(duì)濕地土壤或沉積物磷空間分布信息的錯(cuò)誤判斷。LA ICP-MS技術(shù)儀器非常昂 貴，絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)都不具備，同時(shí)樣品前處理程序繁瑣，需要具備一定的專(zhuān)業(yè)技能。
[0010] 基于DGT技術(shù)獲取沉積物中污染物的空間分布，提高DGT技術(shù)的空間分辨率 和操作的簡(jiǎn)易性一直是人們期望解決的技術(shù)問(wèn)題。電腦密度成像（Computer-Imaging Densitometry, CID)技術(shù)是一種利用掃描儀將固定膜表面掃描成圖像，圖像經(jīng)ImageJ等軟 件處理后，轉(zhuǎn)換成灰度的技術(shù)。該技術(shù)能高效快速地獲取特定離子的二維、高分辨分布特 征，大大提高工作效率，同時(shí)技術(shù)實(shí)施的難度大大降低，因此可以很好的彌補(bǔ)上述方法的不 足，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0011] CID技術(shù)已在研究硫（S2_) 二維含量分布領(lǐng)域得到了快速發(fā)展，Teasdale等（1999) 結(jié)合DGT和電腦成像密度計(jì)量技術(shù)（CID)來(lái)分析溶解態(tài)硫的二維含量分布，且分辨率最高 可以達(dá)到100 μ m(Teasdale et al. , 1999)。利用CID對(duì)S2-的分析,主要利用了沉淀的原 理，事先制作含Agl顆粒的凝膠固定膜，當(dāng)組裝有該固定膜的DGT裝置暴露于S2-溶液時(shí)，溶 液中的S2_以擴(kuò)散的方式穿過(guò)擴(kuò)散膜，隨即與固定膜上的Agl反應(yīng)生成Ag2S沉淀。由于Ag 2S 是黑色，固定膜表面顏色將加深，顏色深淺可反映 S2-在固定膜上的積累量，因此可根據(jù)固 定膜表面的顏色變化（或灰度變化）對(duì)固定膜上S2-的積累量進(jìn)行定量分析。
[0012]目前，還沒(méi)有CID分析磷的公開(kāi)報(bào)道。相比硫的測(cè)定，發(fā)展CID磷測(cè)定的難度要大 很多，這是因?yàn)椴荒芾妙?lèi)似于硫沉淀的原理建立用于測(cè)磷的CID技術(shù)。溶液中磷的測(cè)定 一般采用比色的方法，最為經(jīng)典的方法是鑰藍(lán)法，其次是孔雀綠法，但兩種方法的顯色反應(yīng) 均在強(qiáng)酸性條件下進(jìn)行，如按照溶液的顯色原理建立CID技術(shù)，必須要解決兩個(gè)問(wèn)題：凝膠 固定膜在強(qiáng)酸性條件下保持穩(wěn)定的形狀，同時(shí)固定劑不會(huì)溶解；其次，固定膜表面磷與顯色 劑發(fā)生反應(yīng)時(shí)，磷和生成的有色物質(zhì)不會(huì)擴(kuò)散?，F(xiàn)有用于DGT測(cè)定磷的商業(yè)化固定膜主要 以氫氧化鐵為固定劑，氫氧化鐵在強(qiáng)酸性條件下將發(fā)生溶解，因此不適合發(fā)展CID技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)合DGT和CID技術(shù)，簡(jiǎn)易地獲取沉積物或濕地土壤 中溶解態(tài)活性磷二維分布的方法。
[0014] 本發(fā)明的上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0015] 一種二維、高分辨測(cè)定濕地土壤和沉積物中活性磷分布的方法，其特征在于，所述 的方法將薄膜擴(kuò)散梯度（DGT)技術(shù)與電腦成像密度計(jì)量（CID)技術(shù)結(jié)合，將包含Zr02的磷 固定膜組裝成DGT裝置，垂直放置在土壤或沉積物中提取土壤或沉積物剖面中的活性磷， 取出磷固定膜后將磷固定膜置于去離子水中熱處理，加入磷顯色劑顯色；利用CID技術(shù)掃 描顯色后的磷固定膜并得到表面灰度值，根據(jù)建立的磷固定膜表面磷累積量與表面灰度值 的校正曲線(xiàn)，將得到的表面灰度值轉(zhuǎn)化成磷累積量，通過(guò)Fick第一擴(kuò)散定律計(jì)算得到沉積 物剖面中對(duì)應(yīng)位置的活性磷濃度，并作出活性磷二維分布圖。
[0016] 本發(fā)明方法基于DGT技術(shù)原理，采用二氧化鋯磷固定膜提取沉積物中的活性磷， 并結(jié)合CID技術(shù)，對(duì)固定膜進(jìn)行灰度掃描，再用事先建立的Zr02磷固定膜表面磷累積量與 表面灰度的校正曲線(xiàn)，將得到的灰度轉(zhuǎn)化成磷累積量，實(shí)現(xiàn)高分辨地獲取沉積物活性磷的 二維分布。本發(fā)明使用Zr02固定膜，由于Zr02耐酸性非常強(qiáng)，在鑰藍(lán)顯色等強(qiáng)酸性環(huán)境下 Zr02顆粒不會(huì)溶解，同時(shí)固定膜能夠保持穩(wěn)定的形狀，因此，利用該膜可發(fā)展用于磷測(cè)定的 CID技術(shù)。
[0017] 所述的磷固定膜優(yōu)選為改進(jìn)型Zr02聚丙烯酰胺凝膠薄膜，所述的磷固定膜表面均 勻分布粒徑< 5 μ m的二氧化鋯顆粒。該磷固定膜的制備方法可參見(jiàn)2011103235556。
[0018] 所述的DGT裝置包括固定膜和厚度僅有0. 1-0. 13mm的微孔濾膜（孔徑優(yōu)選為 0. 45微米），微孔濾膜作為擴(kuò)散層。
[0019] 所述方法中，DGT裝置在土壤或沉積物中放置時(shí)間為1天，保持上覆水3_5cm。
[0020] 取出磷固定膜后，將磷固定膜熱處理。由于磷固定膜中的Zr02固定劑對(duì)磷的吸附 能力隨著溫度上升而增加，對(duì)固定膜進(jìn)行熱處理，可促使磷在固定膜中被進(jìn)一步吸附和固 定，避免顯色過(guò)程中磷和有色物質(zhì)的擴(kuò)散，這對(duì)于保持CID分析的高分辨優(yōu)勢(shì)是必要的。反 之，如果不進(jìn)行熱處理，顯色過(guò)程中磷和有色物質(zhì)不能持續(xù)被固定到原有位置，甚至有部分 擴(kuò)散到溶液，造成CID分析獲得的信息失真。
[0021] 進(jìn)行熱處理的方法是將磷固定膜置于去離子水中，85°C恒溫處理120h以上。熱處 理的效果可以從圖2至圖4中看出來(lái)。將已吸收磷的固定膜與未吸收磷的固定膜用雙面膠 固定到一起（圖2)，放入顯色劑中進(jìn)行著色。已吸收磷固定膜未進(jìn)行熱處理時(shí)，在著色30 至90分鐘后，空白膜與已吸收磷固定膜接觸的邊緣灰度明顯升高，隨著距離延長(zhǎng)降低，但 空白膜的整體灰度值與著色前相比有明顯的增加，說(shuō)明在已吸收磷固定膜著色時(shí)，有磷和 有色物質(zhì)擴(kuò)散，對(duì)空白膜產(chǎn)生了污染（圖3、4)。當(dāng)對(duì)已吸收磷固定膜進(jìn)行熱處理后，隨著處 理時(shí)間的延長(zhǎng)，空白膜邊緣灰度降低，梯度變緩。當(dāng)熱處理時(shí)間延長(zhǎng)至120h后，空白膜的灰 度與著色前相比未有明顯的增加，說(shuō)明已吸收磷固定膜在著色時(shí)，沒(méi)有出現(xiàn)磷和有色物質(zhì) 的擴(kuò)散。
[0022] 熱處理后再將薄膜再放入顯色劑中進(jìn)行顯色，顯色劑可采用磷鑰藍(lán)比色法中所使 用的顯色劑，由鑰酸銨儲(chǔ)備液加抗壞血酸（lOOmL ： 1.5g)稀釋10倍后制得。優(yōu)選地，顯色 溫度控制在35 °C，顯色時(shí)間為45min。
[0023] 基于CID技術(shù)，利用掃描儀對(duì)著色后的薄膜進(jìn)行掃描，利用軟件，如ImageJ等將掃 描獲得圖像的顏色轉(zhuǎn)成灰度，再利用事先建立的Zr02膜表面的磷累積量與表面灰度的校正 曲線(xiàn)，將得到的灰度轉(zhuǎn)化成磷累積量。
[0024] 更為詳細(xì)地描述所述的技術(shù)方案，具體包括如下步驟：
[0025] (1)改進(jìn)型磷固定膜制備：將含水率為45-55%的二氧化鋯粉末和丙烯酰胺溶液 按質(zhì)量體積比1 : 3?1 : 6混勻，研磨后超聲破碎，靜置除去沉淀物后，加入丙烯酰胺溶 液體積的1/1600?1/1400的四甲基二乙胺和1/40?1/60的10% (wt)的過(guò)硫酸銨溶 液，混合均勻后將混合液注入玻璃模具中，低于室溫下水平放置，待鋯粉自由沉降后，升溫 至40?60°C，直至混合液形成凝膠膜，在去離子水中浸泡12小時(shí)以上，得到改進(jìn)型磷固定 膜；
[0026] (2)DGT裝置組裝：將改進(jìn)型磷固定膜、微孔濾膜依次疊加后組裝成DGT裝置；
[0027] (3)充氮：將DGT裝置放入盛有去離子水的容器中，向水中充純氮1?!以上以保證 去除DGT裝置中含有的氧；
[0028] (4)DGT裝置放置：將DGT裝置垂直插入土壤或沉積物中，保留3_5cm暴露于上覆 水中，放置1天后，取出磷固定膜并標(biāo)記土壤界面或沉積物-上覆水界面；
[0029] (5)膜熱處理：磷固定膜接觸磷溶液一面朝上置于裝有去離子水的玻璃容器中， 放入85°C恒溫烘箱中，5天后取出；
[0030] (6)膜顯色：將熱處理后的磷固定膜取出，加入磷顯色劑，35°C恒溫顯色45min ；
[0031] (7)掃描和灰度獲?。豪脪呙鑳x將著色后的磷固定膜進(jìn)行掃描，分辨率設(shè)置為 300dpi (相當(dāng)于 0. 169mmX0. 169mm)?600dpi (相當(dāng)于 0. 0423mmX0. 0423mm)，將掃描獲得 的表面圖像轉(zhuǎn)成灰度；
[0032] (8)建立所述的磷固定膜表面磷累積量與表面灰度的校正曲線(xiàn)；
[0033] (9)數(shù)據(jù)處理：根據(jù)磷固定膜表面磷累積量與表面灰度的校正曲線(xiàn)，將灰度值換 算成單位面積磷累積量；
[0034] 再根據(jù)Fick第一定律將磷固定膜表面累積量換算成對(duì)應(yīng)位置土壤或沉積物中活 性磷的含量： " ΜΑ?ξ Λ·ι
[0035] C 1 =-----xlO --/
[0036] 上式中，Μ為膜單位面積的累積量，單位為μ g/cm2，Δ g為擴(kuò)散膜厚度，單位為cm ； D。為磷酸根離子在擴(kuò)散膜中的擴(kuò)散系數(shù),單位為cm2/s ；t為放置時(shí)間,單位為s，CDeT為活性 磷濃度，單位為μ g/L ；
[0037] 最后，作出CDGT的二維分布圖。
[0038] 本發(fā)明方法結(jié)合CID技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)DGT固定膜上磷積累量的二維、高分辨的快速測(cè) 定，再將獲得的磷積累量換算成濕地土壤或沉積物中對(duì)應(yīng)位置的活性磷含量。本發(fā)明的優(yōu) 點(diǎn)及有益效果包括：
[0039] 1)直接采用厚度更薄的濾膜作為擴(kuò)散層，簡(jiǎn)化了 DGT裝置，同時(shí)提高了單位時(shí)間 DGT的吸收量，縮短了放置時(shí)間，節(jié)省了材料。
[0040] 2)能夠快速獲取活性磷的二維空間分布信息。2011103235556中對(duì)沉積物中活性 磷空間分布信息的獲取采用切片-提取-測(cè)定的方法，本發(fā)明比現(xiàn)有技術(shù)簡(jiǎn)單快速，利用 CID技術(shù)直接掃描灰度值，不需測(cè)定，節(jié)約了大量時(shí)間。
[0041] 3)獲得活性磷空間信息的分辨率高。本發(fā)明的空間分辨率可達(dá) 0. 0423mmX0. 0423mm,比切片-提取-測(cè)定方法得到的0. 45mmX0. 45mm高將近一個(gè)數(shù)量 級(jí)。通過(guò)熱處理可避免著色過(guò)程中磷和有色物質(zhì)的擴(kuò)散，這使得空間分辨率進(jìn)一步提高，掃 描所得的精細(xì)的活性磷二維數(shù)據(jù)能夠非常準(zhǔn)確的反映活性磷在沉積物中的空間變化。
[0042] 4)采用CID技術(shù)可成批處理樣品，快速獲得數(shù)據(jù)信息，提高工作效率，可同時(shí)直觀 獲得不同剖面磷的分布信息。
[0043] 5)對(duì)儀器設(shè)備的要求低，有利于推廣應(yīng)用。本發(fā)明方法只需增加一臺(tái)合適的掃描 儀和相應(yīng)的軟件（如Imagejl. 46)，在一般實(shí)驗(yàn)室均可配置；所需其他儀器設(shè)備均為實(shí)驗(yàn)室 DGT技術(shù)的常規(guī)配置，因此本發(fā)明方法在一般實(shí)驗(yàn)室均可實(shí)現(xiàn)，有利于推廣應(yīng)用。
[0044] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以具體實(shí)施 方式為限，而是由權(quán)利要求加以限定。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0045] 圖1是DGT裝置示意圖。圖中1為磷改進(jìn)型固定膜，2為濾膜。
[0046] 圖2用于測(cè)試磷固定膜著色過(guò)程是否擴(kuò)散的裝置設(shè)計(jì)示意圖。將已吸收磷的固定 膜與未吸收磷的固定膜用雙面膠固定到一起，放入顯色劑中進(jìn)行著色。已吸收磷的固定膜 熱處理的時(shí)間從0延長(zhǎng)至120h，著色時(shí)間從30min延長(zhǎng)至90min。
[0047] 圖3是按照?qǐng)D2設(shè)計(jì)獲得的已吸收磷固定膜與空白膜著色后的圖片。
[0048] 圖4是按照?qǐng)D2設(shè)計(jì)獲得的空白膜灰度變化圖。
[0049] 圖5是利用本發(fā)明方法獲得的太湖沉積物剖面活性磷的分布圖。（5a)活性磷剖面 分布；（5b)和（5c)為圖5a中b和c處局部濃度升高的放大立體圖。

【具體實(shí)施方式】
[0050] 根據(jù)本發(fā)明方法，獲取太湖沉積物中活性磷活性磷的二維分布數(shù)據(jù)。將DGT裝置 放入太湖東太湖沉積物中，1天后取出，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，取出固定膜進(jìn)行熱處理，然后著色-掃 描，將灰度值換算成磷的累積量，獲得沉積物剖面中活性磷含量和空間分布。
[0051] 具體操作包括：
[0052] (1)改進(jìn)型磷固定膜制備：將含水率為45-55%的二氧化鋯粉末和丙烯酰胺溶液 按質(zhì)量體積比1 : 3?1 : 6混勻，研磨后超聲破碎，靜置除去沉淀物后，加入丙烯酰胺溶 液體積的1/1600?1/1400的四甲基二乙胺和1/40?1/60的10% (wt)的過(guò)硫酸銨溶 液，混合均勻后將混合液注入玻璃模具中，低于室溫下水平放置，待鋯粉自由沉降后，升溫 至40?60°C，直至混合液形成凝膠膜，在去離子水中浸泡12小時(shí)以上，得到改進(jìn)型磷固定 膜；
[0053] (2)DGT裝置組裝：將改進(jìn)型磷固定膜、微孔濾膜依次疊加后組裝成DGT裝置；
[0054] (3)充氮：將DGT裝置放入盛有去離子水的容器中，向水中充純氮1?!以上以保證 去除DGT裝置中含有的氧；
[0055] (4)DGT裝置放置：將DGT裝置垂直插入土壤或沉積物中，保留3_5cm暴露于上覆 水中，放置1天后，取出磷固定膜并標(biāo)記土壤界面或沉積物-上覆水界面；
[0056] (5)膜熱處理方法：固定膜接觸磷溶液一面朝上置于裝有去離子水的玻璃容器 中，放入85 °C恒溫烘箱中，5天后取出。
[0057] (6)膜著色方法：將熱處理后的固定膜取出，加入40mll ： 10磷顯色劑，35°C恒溫 顯色45min。
[0058] (7)掃描和灰度獲?。豪脪呙鑳x將著色后的薄膜進(jìn)行掃描，分辨率設(shè)置為 300dpi (相當(dāng)于 0. 169mmX0. 169mm)-600dpi (相當(dāng)于 0. 0423mmXQ. 0423mm),利用 ImageJ 軟件將掃描獲得的顏色轉(zhuǎn)成灰度。
[0059] (8)建立的Zr02膜對(duì)磷累積量與表面灰度的校正曲線(xiàn)：
[0060] y = -167. 3e-x/6 51+214· 6
[0061] 上式中，χ為膜單位面積的累積量，單位為μ g/cm2，y為對(duì)應(yīng)的灰度值。
[0062] (9)數(shù)據(jù)處理：根據(jù)Zr02膜對(duì)磷累積量與表面灰度的校正曲線(xiàn)，將灰度值換算成 磷單位面積累積量Μ(即上式中的χ)，單位為μ g/cm2 ；
[0063] 再根據(jù)Fick第一定律將該累積量換算成對(duì)應(yīng)沉積物中活性磷的含量： Γ ? r 腳
[0064] ^dgt ~ y) , Λ I。
[0065]上式中，Ag為擴(kuò)散膜厚度，單位為cm山8為磷酸根離子在擴(kuò)散膜中的擴(kuò)散系數(shù)， 單位為cm2/s ；t為放置時(shí)間,單位為s, CDGT為活性磷濃度,單位為μ g/L ；
[0066] 最后，作出CDGT的二維分布圖。
【權(quán)利要求】
1. 一種二維、高分辨測(cè)定濕地土壤和沉積物中活性磷分布的方法，其特征在于，所述的 方法將薄膜擴(kuò)散梯度技術(shù)與電腦成像密度計(jì)量技術(shù)結(jié)合，將包含Zr02的磷固定膜組裝成 DGT裝置，垂直放置在土壤或沉積物中提取土壤或沉積物剖面中的活性磷，取出磷固定膜后 將磷固定膜置于去離子水中熱處理，加入磷顯色劑顯色；掃描顯色后的磷固定膜并得到表 面灰度值，根據(jù)建立的磷固定膜表面磷累積量與表面灰度值的校正曲線(xiàn)，將得到的表面灰 度值轉(zhuǎn)化成磷累積量，通過(guò)Fick第一擴(kuò)散定律計(jì)算得到沉積物剖面中對(duì)應(yīng)位置的活性磷 濃度，并作出活性磷二維分布圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維、高分辨測(cè)定濕地土壤和沉積物中活性磷分布的方法， 其特征在于，所述的DGT裝置包括磷固定膜和厚度0. 10-0. 13mm的微孔濾膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維、高分辨測(cè)定濕地土壤和沉積物中活性磷分布的方法， 其特征在于，所述的磷固定膜為改進(jìn)型Zr02聚丙烯酰胺凝膠薄膜，膜表面均勻分布粒徑 < 5 μ m的二氧化鋯顆粒。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維、高分辨測(cè)定濕地土壤和沉積物中活性磷分布的方法， 其特征在于，所述方法中，DGT裝置在土壤或沉積物中放置時(shí)間為1天，保持上覆水3-5cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維、高分辨測(cè)定濕地土壤和沉積物中活性磷分布的方法， 其特征在于，所述的熱處理的方法，是將磷固定膜置于去離子水中，85°C恒溫處理120h以 上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維、高分辨測(cè)定濕地土壤和沉積物中活性磷分布的方法， 其特征在于，所述顯色溫度控制在35°C，顯色時(shí)間為45min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維、高分辨測(cè)定濕地土壤和沉積物中活性磷分布的方法， 其特征在于，所述的磷顯色劑為磷鑰藍(lán)比色法中所使用的顯色劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一所述的二維、高分辨測(cè)定濕地土壤和沉積物中活性磷分布 的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟： (1)改進(jìn)型磷固定膜制備：將含水率為45-55%的二氧化鋯粉末和丙烯酰胺溶液按質(zhì) 量體積比1 : 3?1 : 6混勻，研磨后超聲破碎，靜置除去沉淀物后，加入丙烯酰胺溶液體 積的1/1600?1/1400的四甲基二乙胺和1/40?1/60的10% (wt)的過(guò)硫酸銨溶液，混合 均勻后將混合液注入玻璃模具中，低于室溫下水平放置，待鋯粉自由沉降后，升溫至40? 60°C，直至混合液形成凝膠膜，在去離子水中浸泡12小時(shí)以上，得到改進(jìn)型磷固定膜； (2)DGT裝置組裝：將改進(jìn)型磷固定膜、微孔濾膜依次疊加后組裝成DGT裝置； (3)充氮：將DGT裝置放入盛有去離子水的容器中，向水中充純氮12h以上以保證去除 DGT裝置中含有的氧； (4)DGT裝置放置：將DGT裝置垂直插入土壤或沉積物中，保留3-5cm暴露于上覆水中， 放置1天后，取出磷固定膜并標(biāo)記土壤界面或沉積物-上覆水界面； (5)膜熱處理：磷固定膜接觸磷溶液一面朝上置于裝有去離子水的玻璃容器中，放入 85°C恒溫烘箱中，5天后取出； (6)膜顯色：將熱處理后的磷固定膜取出，加入磷顯色劑，35°C恒溫顯色45min ； (7)掃描和灰度獲?。豪脪呙鑳x將著色后的磷固定膜進(jìn)行掃描，分辨率設(shè)置為300? 600dpi，將掃描獲得的表面圖像轉(zhuǎn)成灰度； (8)建立所述的磷固定膜表面磷累積量與表面灰度的校正曲線(xiàn)； (9)數(shù)據(jù)處理：根據(jù)磷固定膜表面磷累積量與表面灰度的校正曲線(xiàn)，將灰度值換算成 單位面積磷累積量； 再根據(jù)Fick第一定律將磷固定膜表面累積量換算成對(duì)應(yīng)位置土壤或沉積物中活性磷 的含量： CDGT =^^xl03DGT Dgt 上式中，M為膜單位面積的累積量，單位為yg/cm2，Λ g為擴(kuò)散膜厚度，單位為cm ;Dg為 磷酸根離子在擴(kuò)散膜中的擴(kuò)散系數(shù)，單位為cm2/s ；t為放置時(shí)間，單位為s，CDCT為活性磷濃 度，單位為μ g/L ； 最后，作出CDCT的二維分布圖。
【文檔編號(hào)】G01N21/25GK104048924SQ201310077255
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月12日
【發(fā)明者】丁士明, 王燕 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所