有机质、pH和顺磁性离子对沉积物中有机磷液相31P核磁共振分析方法影响研究

The solution 31P nuclear magnetic resonance (NMR) technique is nowadays a relatively scientific and efficient method for analyzing the organic phosphorus (Po) compounds in sediment. However, there is no uniform standard for the analysis methods and there are problems of low extraction efficiency and detection interferences from paramagnetic ions in the existing methods. The complicated physical and chemical natures of the sediment in the freshwater ecosystems make important factors of influencing the extraction efficiency and the picture quality of the solution 31P-NMR. On account of the main factors of influencing the analysis efficiency of organic phosphorus in sediment, including organic matter, pH and paramagnetic ions, and aiming to optimize and construct a set of relatively universal methodology of the solution 31P-NMR to analyze the sediment Po, sediments from different types of freshwater ecosystems are researched based on the solution 31P-NMR technique in this program, in order to give insight into the mechanisms of how organic matter, pH and paramagnetic ions (Fe and Mn) in different kinds of sediments influence the analysis efficiency of the nuclear magnetic resonance, to optimize the constructed solution 31P-NMR analysis method, to establish a relatively universal sediment-oriented methodology of the solution 31P-NMR analysis and to lay a foundation for the further knowledge on the phosphorus biogeochemical cycle in sediment and its influencing factors.

液相31P核磁共振技术是目前分析沉积物中有机磷化合物较为科学有效的手段，但国际上并没有统一的分析方法，并且现有的方法存在提取效率低、顺磁性离子干扰检测等问题。淡水生态系统沉积物复杂的理化性质，成为影响液相31P核磁共振分析提取效率和图谱质量的重要因素。针对当前沉积物有机磷分析中影响分析效率的主要因素，包括有机质、pH和顺磁性离子，同时也为了优化构建一套较为普适的沉积物中有机磷液相31P核磁共振分析方法，本项目以我国不同类型淡水生态系统沉积物为研究对象，基于液相31P核磁共振技术，探讨不同类型沉积物中有机质、pH和顺磁性离子（Fe、Mn）对核磁共振分析效率的影响机理，对已构建的液相31P核磁共振分析方法进行优化，构建较为普适的沉积物性质导向型的有机磷液相31P核磁共振分析方法，为深入认识沉积物中磷的生物地球化学循环过程和影响因素奠定基础。

有机磷（Organic phosphorus, Po）是指环境中含有碳-磷键的有机化合物。它们通过直接利用或矿化等方式参与动植物及微生物的新陈代谢过程，有力的支撑了生态系统健康而有序的发展。认识沉积物中Po的形态特征和转化过程，不仅是我国淡水生态系统水体富营养化控制的关键，也是水化学领域学科发展的重要方向。液相31P核磁共振技术（31P NMR）是目前分析沉积物中Po化合物较为科学有效的手段，但国际上并没有统一的分析方法，并且现有的方法存在提取效率低、顺磁性离子干扰检测等问题。淡水生态系统沉积物复杂的理化性质，成为影响液相31P NMR分析提取效率和图谱质量的重要因素。针对当前沉积物Po分析中影响分析效率的主要因素，包括有机质、pH和顺磁性离子，同时也为了优化构建一套较为普适的沉积物中Po液相31P NMR分析方法，本项目选择巢湖、鄱阳湖、泸沽湖、洱海、滇池、青海湖、呼伦湖等四大湖区的代表性湖泊，系统研究了有机质、pH和顺磁性离子（Fe、Mn）对核磁共振分析效率的影响机理，优化了沉积物中Po的提取配比，基本构建了适合于不同沉积物理化性质的液相31P NMR分析方法；在优化构建液相31P NMR分析方法体系的同时，探讨了核磁共振分析过程中提取过程对磷酸单脂和磷酸二酯的影响，提出了不同降解情况下的沉积物中磷酸单脂和磷酸二酯的含量核算结果，为进一步完善沉积物中Po的液相31P NMR分析方法奠定了基础；基于核磁共振方法的构建，探讨了植物残体腐解驱动的沉积物-水界面的Po转化过程及其影响因素，提出了富营养化水体外源磷阻断后可能存在的沉积物中Po的内生循环机制。该项目优化构建了较为普适的沉积物中Po液相31P NMR分析方法，探讨了图谱解析过程中不同Po组份的降解和核算方法，揭示了植物残体腐解驱动的沉积物-水界面的Po循环转化机制，以上研究为深入认识淡水生态系统Po的生物地球化学循环过程及其影响因素提供了重要手段，为研发科学高效的淡水生态系统营养盐调控技术提供了科学支撑。