海洋沉积物中挥发性脂肪酸的测定方法优化及在胶州湾海域的应用

第54卷 第4期 2024年4月
中国海洋大学学报
P E R I O D I C A L O F O C E A N U N I V E R S I T Y O F C H I N A
54(4):098~105
A p
r .,2024海洋沉积物中挥发性脂肪酸的测定方法优化
及在胶州湾海域的应用
❋
岳书香
1,2,3
,庄光超
1,2❋❋
,赵 敏1,2
,杨桂朋1,
2,3
(1.中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心和海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室,山东青岛266100
;2.崂山实验室海洋生态与环境科学功能实验室,山东青岛266237;3.中国海洋大学化学化工学院,山东青岛266100
)摘 要: 本文优化了一种简便且实用的方法测定沉积物孔隙水中的V F A s ,使用2-硝基苯肼将水样中V F A s 衍生化,并利用配备紫外检测器的液相色谱在400n m 处进行检测分析㊂对标准曲线的线性和乙酸盐的空白进行了合理优化,
标准曲线线性相关系数均高于0.999,乙酸盐的检出限由5μm o l /L 降低至0.5μm o l /L ㊂乳酸盐㊁
甲酸盐和丙酸盐的检出限分别为0.2㊁0.3和0.3μm o l /L ㊂该方法检出限较低,
精密度较高,已成功应用于胶州湾的孔隙水样品测定㊂关键词: 挥发性脂肪酸;乙酸盐;衍生化;液相色谱法;沉积物孔隙水;胶州湾
中图法分类号: P 734 文献标志码: A 文章编号: 1672-5174(2024)04-098-08
D O I : 10.16441/j
.c n k i .h d x b .20230042引用格式: 岳书香,庄光超,赵敏,等.海洋沉积物中挥发性脂肪酸的测定方法优化及在胶州湾海域的应用[J ].中国海
洋大学学报(自然科学版),2024,54(4):98-105.
Y u e S h u x i a n g ,Z h u a n g G u a n g c h a o ,Z h a o M i n ,e t a l .O p t i m i z a t i o n o f d e t e r m i n a t i o n m e t h o d o f v o l a t i l e f a t t y
a c i d s i n m a r i n e s e d i m e n t s a n d i t s a p p l i c a t i o n i n J i a o z h o u B a y [J ].P e r i o d i c a l o f O c e a n U n i v e r s i t y o
f C h i n a ,2024,54(4):98-105. ❋ 基金项目:国家自然科学基金项目(42076031);国家重点研究发展计划项目(2022Y F E 0136300);中央高校基本科研业务费项目(202041008
,1901013187);山东省泰山学者工程项目(t s q
n 2019057)资助S u p p o r t e d b y t h e N a t i o n a l N a t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n o f C h i n a (42076031);t h e N a t i o n a l K e y R e s e a r c h a n d D e v e l o p m e n t P r o g
r a m (2022Y F E 0136300);t h e F u n d a m e n t a l R e s e a r c h F u n d s f o r t h e C e n t r a l U n i v e r s i t i e s (202041008,1901013187);t h e T a i s h a n S c h o l a r
P r o j e c t o f S h a n d o n g P r o v i n c e (t s q n 2019057)收稿日期:2023-02-06;修订日期:2023-04-12
作者简介:岳书香(1999 ),女,硕士生,主要从事海洋生物地球化学研究㊂E -m a i l :y u e s h u x i a n g
@s t u .o u c .e d u .c n ❋❋ 通信作者:庄光超(1985 ),男,教授㊂E -m a i l :z g
c @o u c .e
d u .c n 海洋占据地球表面约71%的面积,
是地球上最大的生态系统㊂海洋沉积物中埋藏着大量的微生物,其
生物量与整个海洋水体中的生物量相当[
1
]㊂作为沉积物中微生物的重要能量来源,挥发性脂肪酸(V F A s
)是海洋沉积物中厌氧代谢和有机质降解的关键化合物,是生物大分子与最终再矿化产物甲烷和二氧化碳的重
要中间产物[
2
]㊂沉积物中乙酸盐主要是通过高分子量有机物的发
酵和乙酰辅酶A 途径H 2还原C O 2的过程产生的[3
]㊂有机物在厌氧条件下发酵,初级发酵产生V F A s
㊁低分子醇类㊁H 2和C O 2,
而含有两个碳原子以上的V F A s 可通过二次发酵生成乙酸盐㊁H 2和C O 2[4
]㊂在一些沉积物中,除C O 2外的无机离子受体(如硝酸盐㊁F e 3+
和硫酸盐)不能被利用时,后续的H 2消耗主要由产甲烷菌和产乙酸菌主导[
4-5
]㊂乙酸盐的降解需要合适的氧化剂,如氧气㊁N O -3㊁S O 2-4㊁
F e 3+和M n 4+
等㊂在这些氧化还原过程中,乙酸盐可以被多种微生物用作底物,如
硫酸盐还原菌[6]和产甲烷菌[7
],主要是产甲烷菌㊂如
果这些氧化剂不可用,乙酸盐可得到积累,直到有合适的电子受体可以使用[
8
]㊂一般认为在没有无机电子受体的情况下,乙酸盐主要被产甲烷菌利用[
9
]
㊂图1 乙酸作为海洋沉积物碳循环中心示意图
[10
]F i g .1 S c h e m a t i c r e p
r e s e n t a t i o n o f a c e t a t e a s a c e n t r e o f c a r b o n c y c l i n g
i n m a r i n e s e d i m e n t s [10
]
4期岳书香,等:海洋沉积物中挥发性脂肪酸的测定方法优化及在胶州湾海域的应用
孔隙水中的V F A s浓度决定了沉积物微生物群落特定代谢过程的能量可用性[11-13],测定沉积物中的V F A s浓度及其深度剖面,有助于解释沉积物中相关微生物过程的分布特征㊁控制因素及能量代谢途径[14-16]㊂此前已有许多方法可用于测定沉积物孔隙水中V F A s 浓度,但都有一定的局限性㊂表1总结了已有的测定沉积物孔隙水中V F A s的方法,以及每种方法测定的V F A s种类㊁检出限及其优缺点㊂P a r k e s和T a y l o r[17]在1983年采用离子色谱电导率检测方法对海洋沉积物孔隙水中的有机酸进行了分析,该方法需要先通过真空蒸馏将样品中的有机酸与无机盐分离,乙酸和丙酸的检出限为1~2μm o l/L,但不能对甲酸㊁丁酸及戊酸进行定量分析㊂K i n g[18]使用酶法对孔隙水中乙酸盐浓度进行了测定,检出限可达100n m o l/L,但该方法不能用于测定其他有机酸㊂Y a n g等[19]利用静态扩散池将海水中的有机酸进行预浓缩,然后使用气相色谱法对乙酸进行定量分析,该方法的检出限为低纳摩尔范围内㊂M u e l l e r-H a r v e y和P a r k e s[20]使用衍生化方法对海洋沉积物孔隙水进行了前处理,使用H P L C对C2 C5有机酸进行了测定,检出限为0.5μm o l/L,但由于存在干扰峰,该方法不能对乙酸盐进行定量分析㊂此外,V a i r a v a m u r t h y和M o p p e r[21]使用衍生化方法对孔隙水样品进行前处理,随后使用气相色谱结合氮选择性检测器对衍生化后的物质进行分析,检出限为亚微摩尔㊂相比之下,A l b e r t和M a r t e n s[22]利用高效液相色谱测定孔隙水中V F A s的方法,可用于分析C1 C5范围内的V F A s,且有较高的灵敏度和较低的检出限㊂该方法能够满足测定海洋沉积物孔隙水中V F A s 浓度的需求,本文通过方法优化和改进,建立衍生化结合液相色谱仪对海洋沉积物孔隙水中V F A s的测定方法,并使用此方法对胶州湾沉积物孔隙水中的V F A s 进行了测定㊂
表1沉积物孔隙水中V F A s的测定方法㊁种类㊁检出限及优缺点
T a b l e1 D e t e r m i n a t i o n m e t h o d s,t y p e s,d e t e c t i o n l i m i t s,a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s o f V F A s i n s e d i m e n t p o r e w a t e r
方法M e t h o d
种类
S p e c i e s
检出限/(μm o l/L)
D e t e c t i o n l i m i t
优缺点A d v a n t a g e s
a n d d i s a d v a n t a g e s
参考文献
R e f e r e n c e
离子色谱法(电导率检测)①乙酸盐㊁丙酸盐1~2测定种类少,检出限高[17]酶法②乙酸盐0.1检出限低,但测定种类少[18]
气相色谱法(静态扩散池预浓缩)③乙酸盐低纳摩尔测定种类少,检出限高[19]
高效液相色谱法(衍生化)④C2 C5(乙酸盐除外)0.5不可测定乙酸盐,且检出限高[20]
气相色谱法(氮选择性检测器)⑤C1 C5亚微摩尔检出限高[21]
高效液相色谱法(优化后)⑥C1 C5低纳摩尔测定种类齐全,且检出限低[22]注:①I o n c h r o m a t o g r a p h i c m e t h o d(c o n d u c t i v i t y d e t e c t i o n);②E n z y m a t i c a p p r o a c h;③G a s c h r o m a t o g r a p h y(p r e c o n c e n t r a t i n g t h e a c i d v i a s t a t i c d i f f u-s i o n c e l l);④H i g h p e r f o r m a n c e l i q u i d c h r o m a t o g r a p h y(H P L C)(d e r i v a t i z a t i o n);⑤G a s c h r o m a t o g r a p h y(a n i t r o g e n s e l e c t i v e d e t e c t o r);⑥H P L C(a f-t e r o p t i m i z a t i o n).
1仪器试剂与色谱条件
1.1主要仪器与试剂
岛津L C-16P制备液相色谱仪(日本岛津公司)㊂S P D-16紫外可见检测器(日本岛津公司)㊂H1750R高速冷冻离心机(湖南湘仪公司)㊂X D B-C8分析色谱柱(美国安捷伦公司)㊂P R P-1H P L C保护柱(瑞士H a m-i l t o n公司)㊂
乳酸钠溶液(60%)㊁甲酸钠(99%)㊁乙酸钠(99%)㊁丙酸钠(99%)㊁正丁醇(99.7%,色谱纯)㊁四丁基氢氧化铵(40%)㊁溴化十四烷基三甲基铵(99%)㊁2-硝基苯肼(97%)㊁N-(3-二甲基氨基丙基)-N -乙基碳二亚胺盐酸盐(E D C)㊁吡啶(99.8%)㊁磷酸(85%,色谱纯),以上试剂均经上海s i g m a公司购买㊂盐酸(优级纯,南京化学试剂有限公司)㊁K O H(85%,国药集团化学试剂有限公司)㊂
1.2色谱分析
色谱柱:A g i l e n t Z O R B A X E c l i p s e X D B-C8分析柱(4.6m mˑ250m m,5μm);保护柱:A g i l e n t Z O R-B A X E c l i p s e X D B-C8保护柱(4.6m mˑ12.5m m, 5μm),主要作用为过滤杂质,并保护色谱柱;富集浓缩保护柱:H a m i l t o n P R P-1H P L C保护柱,主要起富集浓缩的作用㊂
流动相A和B成分相似,1L流动相A主要包括2.5%正丁醇㊁50m m o l/L乙酸钠㊁2m m o l/L四丁基氢氧化铵(T B A O H)㊁2m m o l/L溴化十四烷基三甲基铵(T D T M A B r)和0.5g硅胶,加入硅胶的主要目的是保护色谱柱填料㊂溶液混合均匀后用磷酸调节p H至4.5㊂流动相B和A的区别在于B中T D T M A B r的浓度为50m m o l/L,其他物质浓度均一致㊂流动相需用
99
中国海洋大学学报2024年
0.45μm聚醚砜滤膜过滤㊂
液相配备0.5m L定量环,进样方式为手动进样,为了确保将定量环中的液体全部置换,需要用注射器吸取1.5~2m L的样品(将定量环中的液体全部置换需要至少三倍定量环体积的样品)㊂紫外检测器设定波长为400n m㊂液相色谱中流速可影响色谱峰的分离㊁峰型和保留时间,A g i l e n t X D B-C8反相液相色谱柱的最佳流速为1m L/m i n㊂为了保持色谱柱的最佳性能,将流速设定为1m L/m i n㊂经过大量实验,最终设定的洗脱程序如表2所示㊂流动相由初始100%A在5m i n内逐渐过渡至100%B,持续25m i n,在1m i n内由100%B过渡为100%A,持续14m i n,分析总时间为45m i n㊂表2洗脱程序
T a b l e2E l u t i o n P r o c e d u r e
时间
T i m e/m i n A/%B/%流速
F l o w r a t e/(m L/m i n)
010001
501001
3001001
30.9910001
4510001
2衍生化方法优化及评价
2.1衍生化方法
因V F A s本身无紫外吸收,标准溶液和样品中的V F A s需经过衍生化处理才能实现对其定量检测的目的㊂在水溶液中,有机酸可与2-硝基苯肼(N P H)偶联生成2-硝基苯肼衍生物,这些衍生物可与甲醇-水或乙腈-水溶剂体系分离,并能在可见光400n m波长处被检测到㊂因此,本实验使用N P H作为衍生化试剂,紫外检测器吸收波长设定为400n m㊂
此外,p H是衍生化成功的一个重要条件㊂在衍生化之前,加入吡啶-盐酸缓冲溶液使样品的p H控制在3.5~5范围内㊂在此p H范围内,溶液衍生化后的颜色为橙红色,表明衍生化过程成功㊂若衍生化后的样品颜色为橙黄色,表明溶液p H偏低,衍生化失败㊂样品中的C O2会影响衍生化过程中的p H,导致样品衍生化失败㊂此外,N P H可将C O2衍生化,产生一种不稳定的衍生物,与有机酸的色谱峰共洗脱㊂为保证样品衍生化成功,在加入吡啶-盐酸缓冲溶液后使用N2吹扫4~5m i n即可消除C O2的影响㊂
样品的前处理步骤如下:
(1)配制吡啶-盐酸比例为1ʒ1的缓冲溶液,在2m L水样中添加0.2m L吡啶-盐酸缓冲液(添加试剂体积为样品体积的10%),混合后用N2吹扫4~5m i n㊂
(2)配制0.1m o l/L N P H的盐酸溶液,盐酸浓度为0.25m o l/L㊂添加0.2m L该溶液于水样中,涡旋混合㊂
(3)配制0.3m o l/L E D C溶液,添加0.2m L E D C 溶液,涡旋混合㊂
(4)将上述样品置于黑暗处衍生化1.5h㊂
(5)配制6m o l/L H C l溶液,添加0.2m L该溶液于样品中,涡旋混合㊂
(6)1m i n后,添加0.2m L40%K O H(w/v)溶液,涡旋混合㊂
(7)70ħ水浴加热10m i n后,冷却㊁离心,取上清液进行液相分析㊂离心机的温度㊁转速和时间分别设置为25ħ㊁5000r㊃m i n-1和5m i n㊂
为保证衍生化方法的准确性,对衍生化方法进行了优化,步骤(5)为实验优化后添加的步骤,具体优化过程见2.2.1㊂
2.2方法优化
2.2.1标准曲线线性优化实验过程中使用M i l l i Q 水配制标准溶液,标准溶液进行衍生化处理后可上机测定并绘制标准曲线㊂经液相测定,乙酸盐的标准曲线并没有良好的线性㊂经过多次实验,排除了人为的操作污染,可能是衍生化试剂导致㊂为保证标准溶液和样品衍生化完全,加入的衍生化试剂是远远过量的㊂而流动相A和B中均含有50m m o l/L的乙酸钠,样品中未反应完全的衍生化试剂可将流动相中的乙酸钠衍生化,造成一个不稳定的空白峰面积㊂在衍生化过程结束后加入0.2m L6m o l/L的盐酸溶液可使E D C试剂失活,从而避免衍生化试剂将流动相中的乙酸钠衍生化㊂为探究未反应完全的衍生化试剂是否会对标准曲线的线性造成影响,设计了相关的对照实验㊂以未在衍生化结束后加入盐酸溶液的标准溶液作为对照组,加入盐酸后的标准溶液作为实验组㊂对照组和实验组中不同浓度下乙酸的峰面积如表3所示㊂
表3对照组和实验组中不同浓度下乙酸盐的峰面积
T a b l e3P e a k a r e a s o f a c e t a t e a t d i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o n s
i n t h e c o n t r o l a n d e x p e r i m e n t a l g r o u p s
浓度
C o n c e n t r a t i o n
/(μm o l/L)
峰面积(对照组)
P e a k a r e a
(C o n t r o l g r o u p)
峰面积(实验组)
P e a k a r e a
(E x p e r i m e n t a l g r o u p)
0132098769161343
5136763329738897
101584324510717185
201802101211573293
502038271115234123
1003233821220226231
001
4期
岳书香,等:海洋沉积物中挥发性脂肪酸的测定方法优化及在胶州湾海域的应用
实验组中乙酸盐的空白峰面积降低了30.6%,
表明流动相中的乙酸钠能够与衍生化试剂发生反应㊂为探究加入盐酸对改进标准曲线的线性是否有效,对以上两组实验绘制了线性图表,标准曲线如图2所示
㊂
图2 对照组和实验组的标准曲线
F i g .2 S t a n d a r d c u r v e s f o r c o n t r o l a n d e x p e r i m e n t a l g r o u p
s 实验组的标准曲线线性较好,线性相关系数为
0.9968,而对照组的线性相关系数为0.9733
,标准曲线线性较差㊂为避免实验的偶然性,重复7次实验,线
性相关系数分别为0.9921㊁0.9973㊁0.9896㊁0.9924
㊁0.9978㊁0.9945和0.9951,平均值为0.9941
㊂表明在衍生化过程结束后加入盐酸可改进标准曲线的线性,线性相关系数大都在0.99以上㊂因此,
为保证标准曲线的良好线性,在衍生化过程结束后,需要加入
0.2m L 6m o l /L 的盐酸溶液㊂
此外,加入盐酸也能降低乙酸盐的空白峰面积㊂
此时乙酸盐的检出限为5μm o l /L ,而沉积物孔隙水中乙酸盐的浓度为微摩尔级别,该检出限并不能满足沉
积物孔隙水中乙酸盐浓度的测定㊂如何降低乙酸盐的空白成为了需要重点解决的问题㊂
2.2.2乙酸盐的空白优化 衍生化过程中加入的试
剂种类繁多,可能增加乙酸盐的空白峰面积㊂于S i g m a 公司购买的N P H 试剂含有较多杂质,用于配制溶液时并不能完全溶解,需要进行纯化㊂采用冷冻干燥的方
式对N P H 进行纯化,冷冻干燥的具体步骤为:将N P H 粉末充分溶解在70ħ水中,过滤掉不溶的杂质,将得到的滤液进行冷冻,待滤液冷冻完全后放入冷冻干燥机进行冷冻干燥,24h 即可㊂冷冻干燥后得到的N P H
粉末用于配制溶液时即可完全溶解㊂此外,高纯度吡啶试剂中的有机酸污染比较严重,因此需要对吡啶进行蒸馏纯化㊂吡啶沸点为115.2ħ,蒸馏时取115ħ左右的馏分㊂为探究以上实验是否能够降低乙酸盐的
空白峰面积,将纯化后的N P H 和吡啶均用于配制试
剂,得到的乙酸盐标准曲线如图3所示
㊂
图3 乙酸盐的标准曲线
F i g
.3 A s t a n d a r d c u r v e f o r a c e t a t e 使用纯化后的试剂配制溶液,乙酸盐的空白峰面积降低了62.0%,同时标准曲线的线性也得到了提升,线性相关系数为0.9992,高于0.999
㊂后续进行多次实验,标准曲线的线性相关系数均高于0.999
,表明以上的优化过程是有效的㊂此时乙酸盐的检出限降低至
原来的十分之一,为0.5μm o l /L ㊂
2.3方法评价
对乳酸盐㊁乙酸盐㊁甲酸盐和丙酸盐的混合标准溶液经衍生化处理并进行液相分析,最终得到的四种
V F A s 标准色谱图如图4所示㊂
色谱峰洗脱先后顺序为乳酸盐㊁乙酸盐㊁甲酸盐和
丙酸盐,保留时间分别为9.6㊁10.8㊁11.9和13.6m i n
㊂配制一定梯度的甲酸钠㊁乙酸钠㊁丙酸钠和乳酸钠
混合标准溶液,得到的各V F A s 标准曲线线性相关系
数均需大于0.999㊂配制1μm o l /L 的标准溶液,对标准溶液进行衍生化处理,按照具体色谱条件进行分析,当日平行进样7次,记录峰面积,计算精密度(R S D )㊂实验得到的乳酸盐㊁乙酸盐㊁甲酸盐和丙酸盐的保留时间㊁回归方程㊁线性相关系数㊁检出限和精密度等如表4所示㊂
四种V F A s 的标准曲线线性良好,
线性相关系数均大于0.999,精密度均在10%以内,有较好的重现性㊂这四种物质中,乳酸盐的空白峰面积小,检出限最低,为0.2μm o l /L ㊂而乙酸盐的空白峰面积在经过实验优
化和试剂纯化后仍不可忽略,实验中得到的最低检出
限为0.5μm o l /L ㊂丙酸盐的空白较低,
其检出限可达0.3μm o l /L ㊂甲酸盐的重现性好,
且空白低,检出限为0.3μm o l /L ㊂在A l b e r t 和M a r t e n s [2
2
]的方法中,乳酸盐㊁乙酸盐和甲酸盐的精密度分别为3.8%㊁1.3%和
1
01
中国海洋大学学报2024年
1.9%,检出限为低纳摩尔范围(由于空白的不确定性,最低约为500n m o l/L),没有对丙酸盐的精密度和检出限进行探究㊂优化后的方法具有较高的精密度和较低的检出限,可用于海洋沉积物孔隙水V F A s浓度的测定
㊂
图4四种V F A s的液相色谱图
F i g.4L i q u i d c h r o m a t o g r a m o f f o u r V F A s
表4乳酸盐㊁甲酸盐㊁乙酸盐㊁丙酸盐的保留时间㊁回归方程㊁检出限和精密度
T a b l e4 R e t e n t i o n t i m e,r e g r e s s i o n e q u a t i o n,d e t e c t i o n l i m i t s,a n d p r e c i s i o n o f l a c t a t e,f o r m a t e,a c e t a t e a n d p r o p i o n a t e
V F A s保留时间①/m i n回归方程②线性相关系数③检出限④/(μm o l/L)相对标准偏差⑤/%乳酸盐⑥9.6y=116468x+1249.10.99990.28.1
乙酸盐⑦10.8y=99354x+9247530.99970.51.9
甲酸盐⑧11.9y=95818x+2056290.99980.31.2
丙酸盐⑨13.6y=102493x+465300.99990.37.5
注:①R e t e n t i o n t i m e;②R e g r e s s i o n e q u a t i o n;③L i n e a r l y d e p e n d e n t c o e f f i c i e n t;④D e t e c t i o n l i m i t;⑤R e l a t i v e s t a n d a r d d e v i a t i o n;⑥L a c t a t e;⑦F o r m a t e;
⑧A c e t a t e;⑨P r o p i o n a t e.
3方法应用
胶州湾位于山东省青岛市内,是一个半封闭海湾,
面积为320k m2,是中国较大的优良港湾㊂于2020年
12月27日前往胶州湾大沽河口进行了沉积物采样工
作,该区域内的优势植被为互花米草㊂A取样点位于
大沽河河口潮间带地区(36.28ʎN,120.22ʎE),如图5
所示㊂采样点处于河口区,沉积速率较快,有机质相对
新鲜且易降解㊂选取采样点A的四个采样站位进行采
样,获得的沉积物是典型的潮间带沉积物,使用R h i z o n
采样器抽取孔隙水进行测定分析㊂
利用以上的操作方法,对胶州湾的部分孔隙水样品
的V F A s进行测定,孔隙水在进行实验前需用0.22μm
聚醚砜滤膜过滤,按照上述实验步骤进行衍生化处理,
经衍生化后的样品用注射器吸取注入液相色谱进行分
析,样品的液相色谱图如图6所示㊂
孔隙水样品的色谱图中存在较多杂峰,但不会对
目标色谱峰造成影响,且乳酸盐㊁乙酸盐和甲酸盐的保
留时间与标准相似㊂此外,实验测得的数据如表5所
示㊂
由表5可知,胶州湾沉积物孔隙水中主要检测到
乙酸盐和甲酸盐,且乙酸盐浓度均高于甲酸盐浓度㊂
乙酸盐的浓度变化范围为2.2~17.4μm o l/L,均高于
检出限,且乙酸盐的精密度为1.9%,可以满足测定胶
州湾河口沉积物孔隙水中乙酸盐浓度的测定要求㊂甲
酸盐浓度的变化范围为0.4~6.5μm o l/L,其中三个样
品的甲酸盐浓度低于检出限(0.3μm o l/L),甲酸盐的
精密度为1.2%,表明该方法可满足该区域多数孔隙水
样品中甲酸盐浓度的测定㊂
沉积物孔隙水中乙酸盐的浓度反映了生物生产及
消耗作用的平衡㊂生物生成乙酸盐的途径主要是厌氧
发酵及产乙酸菌利用C O2和H2自养产乙酸㊂乙酸盐
浓度受产乙酸菌㊁产甲烷菌㊁硫酸盐还原菌㊁反硝化菌
和铁锰还原菌等多种微生物控制㊂不同站位沉积物中
乙酸盐的浓度有差异,主要受硫酸盐还原过程㊁甲烷产
生过程和硝酸盐还原过程和铁锰还原过程的影响㊂201
4期
岳书香,等:
海洋沉积物中挥发性脂肪酸的测定方法优化及在胶州湾海域的应用
图5 胶州湾沉积物采样站位图
F i g .5 L o c a t i o n o f s e d i m e n t s a m p l i n g s t a t i o n s i n J i a o z h o u B a y
表5 胶州湾地区部分样品的甲酸盐和乙酸盐浓度数据T a b l e 5 F o r m a t e a n d a c e t a t e c o n c e n t r a t i o n d a t a o f
s o m e s a m p l e s i n t h e J i a o z h o u B a y a
r e a 站位
①
深度②
/c m 甲酸盐浓度③
/(μ
m o l /L )乙酸盐浓度④
/(μ
m o l /L )02.111.0站位1
S t a t i o n 1
36.211.561.0
17.43B .D .4.1站位2S t a t i o n 2
61.35.99
1.37.815
2.17.3120.42.2站位3S t a t i o n 3
152.16.5
213.611.20B .D .4.830.5
2.76B .D .2.8站位4
S t a t i o n 4
90.93.3121.913.9152.110.8215.3
13.8注:B .D .表示浓度低于检出限㊂B .D .i n d i c a t e s t h a t t h e c o n c e n t r a t i o n
b e l o w t h e d e t e
c t i o n l i m i t .①S t a t i o n ;②D e p
t h ;③T h e c o n c e n t r a t i o n o f f o r m a t e ;④T h e c o n c e n t r a t i o n o f a c e t a t e .
该区域乙酸盐表层低底层高的分布特征表明表层沉积物中有足够的的电子受体,乙酸盐被微生物迅速消耗,保持在较低的水平㊂而随着深度的增加,乙酸盐的生成过程超过消耗过程,导致乙酸盐的积累㊂而甲酸盐
主要来源于有机质发酵过程,不同站位的有机质发酵
速率不同,导致了甲酸盐的浓度差异
㊂
图6 样品的液相色谱图
F i g .6 L i q u i d c h r o m a t o g r a m o f t h e s a m p
l e 4 结语
本文对衍生化结合液相色谱测定海洋沉积物孔隙
水中V F A s 的方法进行了优化,通过加入盐酸和纯化衍生化试剂,改善了标准曲线的线性,降低了乙酸盐的
检出限㊂四种V F A s 的线性相关系数均高于0.999
,乙酸盐的检出限由5μm o l /L 降低至0.5μm o l /L ,
乳酸盐㊁甲酸盐和丙酸盐的检出限分别为0.2㊁0.3和
0.3μm o l /L ㊂使用此方法对胶州湾沉积物孔隙水中的
V F A s 进行了测定,乙酸盐的浓度变化范围为2.2~
17.4μm o l /L ,甲酸盐的浓度变化范围为0.4~
6.5μm o l /L ,
乙酸盐浓度均高于甲酸盐浓度㊂此方法具有较高的灵敏度和较低的检出限,可用于海洋沉积
物孔隙水中V F A s 的浓度测定㊂
3
01
中国海洋大学学报2024年
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401
4期岳书香,等:海洋沉积物中挥发性脂肪酸的测定方法优化及在胶州湾海域的应用
501
O p t i m i z a t i o n o f D e t e r m i n a t i o n M e t h o d o f V o l a t i l e F a t t y A c i d s i n
M a r i n e S e d i m e n t s a n d I t s A p p l i c a t i o n i n J i a o z h o u B a y
Y u e S h u x i a n g1,2,3,Z h u a n g G u a n g c h a o1,2,Z h a o M i n1,2,Y a n g G u i p e n g1,2,3
(1.F r o n t i e r s S c i e n c e C e n t e r f o r D e e p O c e a n M u l t i s p h e r e s a n d E a r t h S y s t e m,a n d K e y L a b o r a t o r y o f M a r i n e C h e m i s t r y
T h e o r y a n d T e c h n o l o g y,M i n i s t r y o f E d u c a t i o n,O c e a n U n i v e r s i t y o f C h i n a,Q i n g d a o266100,C h i n a;2.L a b o r a t o r y f o r M a r i n e E c o l o g y a n d E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e,L a o s h a n L a b o r a t o r y,Q i n g d a o266237,C h i n a;3.C o l l e g e o f C h e m i s t r y a n d
C h e m i c a l E n g i n e e r i n g,O c e a n U n i v e r s i t y o f C h i n a,Q i n g d a o266100,C h i n a)
A b s t r a c t: V o l a t i l e f a t t y a c i d s(V F A s)a r e t h e k e y c o m p o u n d s d u r i n g o r g a n i c m a t t e r d e g r a d a t i o n a n d a n a e r o b i c m e t a b o l i s m i n m a r i n e s e d i m e n t s.D e t e r m i n a t i o n o f t h e V F A s c o n c e n t r a t i o n i n s e d i m e n t a r y p o r e w a t e r s c a n h e l p t o i n v e s t i g a t e t h e d i s t r i b u t i o n,c o n t r o l l i n g f a c t o r a n d m i c r o b i a l a c t i v i t y.T h e e x i s t-i n g m e t h o d s f o r t h e d e t e r m i n a t i o n o f V F A s i n s e d i m e n t p o r e w a t e r h a v e l o w s e n s i t i v i t y a n d h i g h d e t e c-t i o n l i m i t.I n t h i s s t u d y,a s i m p l e a n d p r a c t i c a l m e t h o d w a s o p t i m i z e d f o r t h e d e t e r m i n a t i o n o f V F A s i n s e d i m e n t p o r e w a t e r.S a m p l e s w e r e a n a l y z e d u s i n g l i q u i d c h r o m a t o g r a p h y w i t h a U V d e t e c t o r a t400n m t h r o u g h d e r i v a t i z a t i o n o f V F A s w i t h2-n i t r o p h e n y l h y d r a z i n e.T h e l i n e a r i t y o f t h e s t a n d a r d c u r v e a n d t h e b l a n k c o n c e n t r a t i o n o f a c e t a t e w e r e o p t i m i z e d.T h e l i n e a r c o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n t s o f t h e s t a n d a r d c u r v e w e r e b o t h h i g h e r t h a n0.999,a n d t h e d e t e c t i o n l i m i t o f a c e t a t e w a s r e d u c e d f r o m5μm o l/L t o0.5μm o l/L.T h e d e t e c t i o n l i m i t s o f l a c t a t e,f o r m a t e a n d p r o p i o n a t e w e r e0.2,0.3a n d0.3μm o l/L, r e s p e c t i v e l y.W i t h l o w d e t e c t i o n l i m i t a n d h i g h p r e c i s i o n,t h i s m e t h o d h a s b e e n s u c c e s s f u l l y a p p l i e d t o t h e d e t e r m i n a t i o n o f p o r e w a t e r s a m p l e s i n J i a o z h o u
B a y.
K e y w o r d s:v o l a t i l e f a t t y a c i d s;a c e t a t e;d e r i v a t i z a t i o n;l i q u i d c h r o m a t o g r a p h y;s e d i m e n t p o r e w a t e r;
J i a o z h o u B a y
责任编辑徐环。