[发明专利]一种沉积物中肌醇磷酸盐与腐殖酸相互作用的分析方法

说明书

技术领域

本发明属于环境化学分析测试方法领域，具体涉及一种水环境沉积物中肌醇磷酸盐与腐殖酸相互作用的分析方法。

背景技术

富营养化已经成为一个全球性的环境问题，并且成为水环境及水资源保护中最为活跃的研究领域之一。尤其是在我国，富营养化已经严重制约水资源的可利用性和可持续发展，尤其是湖泊富营养化问题。磷是引起蓝藻水华暴发的主要限制性营养盐，尤其是从湖泊生态系统演化及其富营养化过程中营养盐长期来源考虑。水环境中磷可分为无机磷和有机磷两部分。目前，针对水环境如湖泊沉积物中无机磷，主要为磷酸盐，进行了大量的研究，方法也较为成熟。有机磷是湖泊水环境中磷的重要组成部分，在我国不同区域湖泊沉积物中有机磷含量可占湖泊沉积物总磷的30％左右，富营养化湖泊中有机磷的比例甚至更高。

有机磷是水环境中磷循环的重要组成部分，尤其有机磷生物地球化学循环过程已经成为一些富营养化湖泊內源磷的重要来源之一，并且可能成为湖泊水体磷营养水平自我调节的重要因素之一(Zhu,Y.,Wu F.,He Z.,Guo J.,Qu X.,Xie F.,Giesy,J.,Liao H.,Guo F.Characterization of Organic Phosphorus in Lake Sediments by Sequential Fractionation and Enzymatic Hydrolysis.Environmental Science&Technology.47,7679-7687(2013))。然而，由于有机磷组成和结构特征复杂，与无机磷相比，到目前为止对有机磷的组成和生物地球化学循环过程及其与水体富营养化、蓝藻水华暴发过程的关系的认识还非常有限。

其中，肌醇磷酸盐是沉积物中有机磷最主要的组成部分之一。按分子中磷酸盐数量，肌醇磷酸盐包括肌醇一磷酸盐至肌醇六磷酸盐，还包括各类同分异构体如肌醇六磷酸盐中包括肌-肌醇六磷酸盐、鲨-肌醇六磷酸盐和新-肌醇六磷酸盐。其中，肌-肌醇六磷酸盐是最常见的同分异构体，一般称为植酸磷。与其他有机磷组分相比，肌醇磷酸盐类有机磷化学结构相对稳定，但其在水环境中生物地球化学循环过程的认识仍十分有限。一方面，认为水环境中一些肌醇磷酸盐具有很高的生物有效性，甚至可直接被水环境中一些微生物吸收利用；另一方面，认为肌醇磷酸盐在水环境中具有很高的稳定性，如肌醇磷酸盐中的植酸磷，其与金属离子如Al³⁺强烈螯合并沉淀，在沉积物中长期保存，认为是研究水环境古环境变化的指标之一。肌醇磷酸盐与有机质如腐殖酸相互作用，被认为是影响水环境中肌醇磷酸盐生物有效性的因素之一，推测具体机理包括两个方面：一方面，肌醇磷酸盐与腐殖酸等有机质以共价键方式相互结合，成为腐殖酸等大分子有机质一部分，难以进入生物酶活性点位而不易被降解；另一方面，腐殖酸等有机质以Al³⁺等金属为“桥键”，形成“肌醇磷酸盐—金属离子—有机质”的结构，也难以进入生物酶的活性点位而被生物降解和利用。腐殖酸是水环境中最常见的有机大分子，具有较强的稳定性，是水环境中有机质的主要组分。因此，研究肌醇磷酸盐与腐殖酸的相互作用，是认识水环境中肌醇磷酸盐生物地球化学过程关键环节，也是进一步揭示湖泊中有机磷生物地球化学特征及其对水环境营养盐水平影响的重要环节。

目前，关于对于肌醇磷酸盐与腐殖酸相互作用大多处于假设阶段，初步研究方法有体积排阻色谱、超滤等分离分析方法，但是这些方法也都存在分离过程复杂，多原始样品破坏程度大，分析结果也具有许多不确定因素。更重要的问题是，这些分析化学手段如体积排阻色谱等无法确定相互作用后形成的“肌醇磷酸盐-金属-腐殖酸”结构的生物稳定性，进而无法判断其在水环境中的可降解程度等。磷核磁共振技术是分析有机磷结构组分的强有力工具。然而，单独的核磁共振技术只能获得肌醇磷酸盐的结构信息，无法获得肌醇磷酸盐与腐殖酸相互作用信息。酶水解是湖泊中有机磷降解并被生物利用的主要生物化学途径。单独使用酶水解技术，并计算肌醇磷酸盐酶降解过程释放正磷酸盐含量，只能分析判断酶可水解部分肌醇磷酸盐(未与腐殖酸等有机质相互作用的肌醇磷酸盐)的含量，并分析判断肌醇磷酸盐的生物可降解程度即生物有效性。单独的酶水解技术无法水解全部的肌醇磷酸盐，主要是不能水解与腐殖酸等有机质相互作用的肌醇磷酸盐而获得其含量，因此，也无法对样品中肌醇磷酸盐的总含量进行分析。因此，单独的酶水解技术也不能评估未知样品中肌醇磷酸盐受腐殖酸的影响后，在水环境中降解程度和生物有效性的变化。