[发明专利]一种水体原位富集磷酸盐装置

说明书

一种水体原位富集磷酸盐装置，滤柱由塑料壳体内从前向后顺次设置大孔吸附树脂、隔网和吸附材料组成，该壳体的进水口大于出水口，该壳体的出水口上安装有滤网，挡板经四个卡扣卡固在壳体进水口上，且挡板中部设置有圆形滤网；滤柱放置在铁网箱内：滤柱壳体上的两个金属环，经多根连杆焊接固定在铁网箱内。铁网箱下部和上部分别固定有固定绳和牵引绳。本装置直接在河水中原位取样，不需单独采集和搬运水样，具有省时、低成本和磷酸盐富集效率高等特点。

技术领域

本发明涉及水生态系统中磷酸盐富集装置，特别是用作河流中的 一种水体原位富集磷酸盐装置。

背景技术

磷是造成水体富营养化的主要因素之一，在水生态系统中发挥着 重要作用。研究水中磷的来源对于了解水中磷污染和保护水生生态系 统具有重要意义。随着同位素技术的发展，磷酸盐氧同位素(δ¹⁸O_P) 的检测逐渐应用在环境水体磷来源、迁移和转化的识别中。测定磷酸 盐氧同位素前需要对样品中的磷酸盐进行提取和纯化，生成一定量的 磷酸银用于同位素测定，这个过程称为前处理。前处理过程在磷酸盐 氧同位素测量中尤为重要，关系到同位素测定结果的准确性和识别结 果的可靠性。然而，目前的样品前处理技术主要适用于磷酸盐浓度较 高的海水及沉积物。相比之下，流域地表水体的磷酸盐浓度比较低， 而同位素测试至少需要10-20mg磷酸银，为了获得测试所需的足够 多磷酸银，需采样大量淡水水样进行磷酸银富集。因此，磷酸盐氧同 位素预处理的难度大、效率低，极大地限制了磷酸盐氧同位素在流域 水体污染源识别中的实际应用。虽然近年来许多专家学者围绕磷酸盐 前处理与纯化过程提出了一些简化方法，预处理效率也有所提升，但 由于淡水中磷酸盐浓度较低和各种杂质的影响所导致的预处理时间 长、水样采集量大、后续纯化处理步骤繁琐、回收率低等问题依然存 在，未真正实现预处理的便捷性。

因此，针对上述淡水水体磷酸盐氧同位素预处理中的问题，本发 明创新了淡水水体磷酸盐采集与富集方法和装置。该装置在保证最终 Ag₃PO₄固体纯度的情况下，省去了预处理过程中需采集大量水样的 要求，节省了采样时间，实现了便捷性，解决了流域淡水水体磷酸盐 的富集问题，可实现淡水河流和湖泊磷酸盐氧同位素的有效测定，为 淡水河流和湖泊基于稳定同位素技术的磷污染来源识别提供技术支 持。

目前已发现的磷同位素有23种，但稳定同位素只有³¹P，其余均 为放射性同位素，含量低、半衰期短，限制了其在磷源追踪和磷循环 利用方面的应用。自然界中，磷主要以磷酸盐的形式存在，PO₄^3-中的 P和O结合较稳定。在地表温度和pH范围内，P-O键在没有生物作用的情况下不易断裂。基于此，磷酸盐氧同位素(δ¹⁸O_P)可被用作 磷在生物地球化学循环研究中的理想示踪剂。

传统的磷酸盐氧同位素预处理方法为镁盐共沉淀法。该法具体步 骤为：向样品中添加氢氧化钠和氯化镁，生成絮状氢氧化镁沉淀，吸 附、浓缩磷酸盐；为去除阴离子的干扰，得到的Mg(OH)₂-PO₄^3-沉淀 经硝酸溶解后，加入硝酸铈溶液生成磷酸铈，再用阳离子交换树脂除 去Ce³⁺；调节溶液pH，加入硝酸银生成磷酸银沉淀，烘干待测。整 个处理流程大约需要3-5天，而且最后的磷酸银样品杂质较多，纯度 不高。

镁盐共沉淀法耗时长，效率低，尤其是富集磷酸盐需要大量采样 和繁琐的浓缩步骤，当水样中存在有机物和其他杂质时，还会影响Ag₃PO₄的生成，干扰δ¹⁸O_P的测量。因此，国内外学者不断对磷酸盐 氧同位素预处理方法和装置进行改进和优化，归纳如下：