海水中溶解态痕量铁氧化还原形态原位分析仪的研发及应用

As a bioessential trace element, iron (Fe) plays an essential role in the processes of photosynthesis, respiration, chlorophyll synthesis and nitrogen fixation of marine phytoplankton. Although the concentration of Fe in the seawater is very low, and the most bioavailable ferrous iron (Fe(II)) stays at ultra low level, it regulates the oceanic primary productivity and has an impact on the CO2 exchange between the interface of atmosphere and ocean, and even on the global change. However, Fe(II) is prone to being oxidized in seawater, and no analytical technique could be used to measure trace level Fe(II) and Fe(III) simultaneously. Without a breakthrough in the oceanic Fe analytical technique, it seems impossible to make a further progress in studying the role of Fe in the biogeochemical cycle. In this study, a novel flow analytical technique and photometric detection will be combined to develop an analytical method and an analyzer, which will be used for in-situ simultaneous measurement of dissolved Fe(II) and Fe(III) in seawater; calibration method for the analyzer is also to be established; an automated filtration technique for in-situ seawater filtration is to be developed, which may make a breakthrough for in-situ analyzer deployment and ensure the comparability of dissolved iron data obtained; the in-situ Fe redox species analyzer is to be coupled to the in-situ filtration technique, and deployed in a well-designed manner that will avoid the contamination autonomously; it will be used to preliminarily observe the diurnal variations of the two Fe redox species in the seawater of Jiulongjiang Estuary and adjacent region. The proposed in-situ Fe redox species analyzer will be easy for deployment, high in sensitivity and stability, which could be an essential technique support for oceanic iron research.

铁（Fe）是生物生命活动的必需元素，在植物的光合作用、呼吸作用、叶绿素合成和固氮等生理过程中尤其不可或缺。海水中Fe的浓度极低，最具生物有效性的二价铁（Fe(II)）更低，但却控制着海洋初级生产力，进而影响大气-海洋的二氧化碳交换甚至全球变化。Fe(II)在海水中极易被氧化，现有的技术尚无法同时测定痕量Fe(II)和三价铁（Fe(III)）。为深入探索Fe在海洋生物地球化学中的角色，需突破现有的分析方法。本项目旨在将光度法与流动分析相结合，研发原位同步观测海水中溶解态Fe(II)和Fe(III)的方法及分析仪，建立校正方法；开发原位过滤技术，突破原位分析仪应用的瓶颈，保证测得数据的可比性；将原位分析仪与原位过滤技术联用，设计自主式避污布放方案，进行海试应用，初步获取九龙江河口及周边海水中Fe的周日变化规律。所研发的原位分析仪布放简单、运行稳定、灵敏度高，可望为海洋铁的研究提供技术支撑。

铁（Fe）是生物生命活动的必需元素，在植物的光合作用、呼吸作用、叶绿素合成和固氮等生理过程中尤其不可或缺。海水中Fe的浓度极低，最具生物有效性的二价铁（Fe(II)）更低，但却控制着海洋初级生产力，进而影响大气-海洋的二氧化碳交换甚至全球变化。Fe(II)在海水中极易被氧化，现有的技术尚无法现场同时测定痕量二价铁（Fe(II)）和三价铁（Fe(III)）。为深入探索Fe在海洋生物地球化学中的角色，需突破现有的分析方法。.本项目针对河口、近岸和大洋等不同复杂程度水体中不同浓度Fe的现场分析方法和仪器的不足，将光度法与流动分析技术相结合，建立了4种痕量Fe的分析方法，研发了相应的样机并应用于分析河流及其河口、近岸和大洋海水中的痕量Fe。主要包括：（1）建立了检出限可达0.02nmol/L、适用于检测大洋海水中超痕量Fe的流动注射-固相萃取-化学发光法，并参加了1个GEOTRACES测试航次和2个GEOTRACES认证的航次，首次获得了西太平洋详细的dFe分布数据，揭示了大气沉降、陆源输入、海底热液对该海域溶解态Fe分布的重要影响。（2）建立了分析海水中超痕量Fe(II)和Fe(II+III)的NTA树脂在线分离-流动注射-长光程催化分光光度法，改进了试剂的配制方法，提高了稳定性，无需富集、检出限即可达到0.04nmol/L，测得南海SEATS站的dFe浓度与历史数据吻合，有望成为超痕量Fe分析的利器。（3）建立了测定近岸海水中痕量Fe(II)和Fe(II+III)的反相流动双注射-长光程分光光度法，设计了一套并联双通道可换膜过滤器，首次获取了福建沿海表层水中溶解态Fe(II)和Fe(II+III)的浓度分布。（4）为了进一步减少试剂消耗并消除盐度变化的影响，本项目还提出了双环流技术，再与顺序注射结合，开发了自动化便携式分析仪，并成功地应用于九龙江及其河口表层水中溶解态Fe(II)和Fe(II+III)的走航观测。.在本项目的资助下，申请人已发表高水平SCI论文2篇，授权专利1项，申请发明专利2项，另有1篇论文已投稿，2篇正在撰写中。此外，研发的样机中已有2台申请列入实验室共享仪器清单，接受校内外科研人员的预约使用，做到实用型的创新突破。