X射線熒光光譜法分析海洋貝類生物碳匯潛力

(遼寧師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院 遼寧 大連 116029)

一、引言

近些年，隨著人類社會(huì)的發(fā)展，CO2等溫室氣體的排放日益增多，引發(fā)了全球性的環(huán)境問(wèn)題。如何減緩溫室效應(yīng)成為世界各國(guó)的主要議題。于是，1992年5月9日和1997年12月聯(lián)合國(guó)大會(huì)分別通過(guò)了《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》、《京都議定書》針對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家提出了不同的約束方案。近年來(lái)，更是通過(guò)了《巴黎協(xié)議》，旨在本世紀(jì)將全球平均氣溫上升幅度控制在2攝氏度以下。

海洋作為地球生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫(kù)，碳匯能力不容小覷。因此將漁業(yè)活中可以有助于碳匯進(jìn)程的或者將海水中的CO2直接或間接的轉(zhuǎn)移來(lái)降低溫室效應(yīng)的活動(dòng)稱為“碳匯漁業(yè)”。主要由三方面構(gòu)成：一即藻類等浮游植物的光合作用吸收水中溶解的碳生成有機(jī)碳形成碳匯；二是貝殼類生物生命活動(dòng)引發(fā)的鈣化形成CaCO3；三是復(fù)雜的食物鏈中高級(jí)生物對(duì)低級(jí)浮游生物和藻類的捕食形成碳匯的過(guò)程，并在捕獲后移出水體[1]。

徐晴晴[4]運(yùn)用堿度異常技術(shù)來(lái)測(cè)定浙江主要貝類厚殼貽貝的呼吸率和鈣化率。得出結(jié)論：海洋酸度，鹽度，溫度以及水質(zhì)均較大程度影響貝類的呼吸率和鈣化率。

二、研究方法

(一)X射線熒光光譜法及實(shí)驗(yàn)原理

X射線熒光光譜法因其儀器穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單快捷，分析結(jié)果速度快，自動(dòng)化程度高，且無(wú)需化學(xué)溶樣，從而避免了化學(xué)試劑污染帶來(lái)的誤差，目前已成為高效率的現(xiàn)代化化學(xué)元素分析技術(shù)。分析的元素種類為5B～92U，濃度范圍為10﹣3～10﹣6μg/g[6]。

用高能X射線或伽馬射線照射進(jìn)行過(guò)預(yù)處理的樣品，樣品元素中的原子受到激發(fā)會(huì)發(fā)射出具有一定特征的x射線譜，而根據(jù)Mosely定律：元素的x射線特征譜線波長(zhǎng)倒數(shù)的平方根與其原子序數(shù)成正比，與其激發(fā)的射線能量無(wú)關(guān)。譜線強(qiáng)度則與元素含量多少有關(guān)，所以只要測(cè)定特征譜線的波長(zhǎng)，就可以確定樣品中包含什么元素，只要測(cè)定譜線的強(qiáng)度，就可以確定元素的含量。

本實(shí)驗(yàn)采用波長(zhǎng)散射型X射線熒光光譜儀，所以根據(jù)布拉格衍射公式2dsinθ=nλ,對(duì)于一定晶面間距d的晶體，由檢測(cè)器轉(zhuǎn)動(dòng)的2θ角可以求出波長(zhǎng)λ，從而確定元素組成；根據(jù)公式x射線光子的能量E=hv=hc/λe,h=6.624×10-34為普朗克常數(shù)，v為光波頻率，c=3×108為光速，而強(qiáng)度為單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的光子總能量，用符號(hào)I表示，在x譜線分析中強(qiáng)度為單位時(shí)間內(nèi)探測(cè)器接受到的光子數(shù)單位為Kcps,特征x射線強(qiáng)度與照射電子束的電流和電壓有關(guān)，IK=Ci(V-VK)n，其中C,n為常數(shù)，n≈1.5～1.7，VK為臨界電壓，V一般是VK的3～5倍。由此可對(duì)樣品進(jìn)行定性和定量分析。

三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果

(一)樣品制備及與預(yù)處理

本次實(shí)驗(yàn)共采集到20種人工養(yǎng)殖貝類貝殼，產(chǎn)地為大連市周邊渤海和黃海區(qū)域。分別為中國(guó)蛤蜊，菲律賓蛤仔，等邊淺蛤，青蛤，文蛤，江戶布目蛤，紫石房蛤，毛蚶，海灣扇貝，櫛孔扇貝，紫貽貝，縊蟶，長(zhǎng)牡蠣，皺紋盤鮑，香螺，古氏灘棲螺，西格織紋螺，帶灘棲螺，短濱螺，扁玉螺，編號(hào)為1-20。

首先將樣品用蒸餾水反復(fù)洗凈去泥沙，分別去皮稱重，放置于坩堝。然后在恒溫為105℃的烘干箱中恒溫干燥120-150分鐘。烘干后再次進(jìn)行稱重。接著對(duì)樣品分別進(jìn)行粉碎研磨處理。最后將粉碎研磨好的樣品放入裝有聚乙烯環(huán)的模具中進(jìn)行加壓操作。定型后裝入樣品盒中進(jìn)行測(cè)量。

(二)定量分析測(cè)定

定量分析方法即將測(cè)量得到的特征X射線強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為濃度，數(shù)據(jù)主要受四種因素影響。Ci=KiIiMiSii表示待測(cè)元素，C為待測(cè)元素濃度，K為儀器校正因子，M為元素間吸收增強(qiáng)效應(yīng)校正值，I為射線強(qiáng)度，S為與樣品的物理形態(tài)有關(guān)的因素。定量分析方法主要有實(shí)驗(yàn)校正法和數(shù)學(xué)校正法兩大類?？紤]到基體效應(yīng)和譜線干擾對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，本實(shí)驗(yàn)采用數(shù)學(xué)校正法的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法進(jìn)行分析。

經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法為目前常用方法，憑經(jīng)驗(yàn)即配置標(biāo)準(zhǔn)樣品用多元回歸方程來(lái)求出濃度強(qiáng)度。因?yàn)樨悮ぶ饕煞譃樘妓徕}，所以本實(shí)驗(yàn)選取氟化鈉和碳酸鈣來(lái)配置標(biāo)樣。配置四種標(biāo)液，濃度分別為8.68%，9.86%，11.05%，12.00%。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示1-20的樣品碳強(qiáng)度(kcps)分別為27.55,27.73,27.45,27.46,27.44,28.45,27.79,2

7.55,27.89,28.02,28.70,27.94,26.80,29.03,28.75,29.82,28.29,28.03,28.77,27.85;碳含量分別為：

12.04%，12.11%，11.95%，12.05%，12.09%，12.25%，12.11%，12.08%，12.14%，12.18%，12.33%，12.18%，12.33%，12.18%，11.89%，12.38%，12.32%，12.61%，12.23%，12.17%，12.34%，12.10%。

(三)結(jié)果分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，貝類通過(guò)自身的呼吸作用和鈣化作用對(duì)碳匯有積極影響。定量分析得出的20種貝殼貝碳含量最大的為古氏灘棲螺，12.61%；最小的為長(zhǎng)牡蠣，11.89%；數(shù)值波動(dòng)不大，變化范圍小于2個(gè)百分點(diǎn)。20種貝類碳含量平均值為12.2%。螺類碳含量最大值的是古氏灘棲螺，12.61%；最小的是扁玉螺，12.10%。貝類含量最大的是皺紋盤鮑，12.38%，最小的是長(zhǎng)牡蠣，11.89%。所以螺類碳含量整體大于貝類。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，利用生物碳匯能力移出海洋中的碳是可行的，并且成本低，效果顯著，對(duì)于中國(guó)漁業(yè)發(fā)展好處良多。