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)境問題。如何減緩溫室效應(yīng)成為世界各國的主要議題。于是，1992年5月9日和1997年12月聯(lián)合國大會分別通過了《聯(lián)合國氣候變化框架公約》、《京都議定書》針對發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家提出了不同的約束方案。近年來，更是通過了《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，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)移來降低溫室效應(yīng)的活動稱為“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引發(fā)的鈣化形成CaCO3；三是復(fù)雜的食物鏈中高級生物對低級浮游生物和藻類的捕食形成碳匯的過程，并在捕獲后移出水體[1]。

徐晴晴[4]運(yùn)用堿度異常技術(shù)來測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，操作簡單快捷，分析結(jié)果速度快，自動化程度高，且無需化學(xué)溶樣，從而避免了化學(xué)試劑污染帶來的誤差，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)行過預(yù)處理的樣品，樣品元素中的原子受到激發(fā)會發(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)的射線能量無關(guān)。譜線強(qiáng)度則與元素含量多少有關(guān)，所以只要測定特征譜線的波長，就可以確定樣品中包含什么元素，只要測定譜線的強(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,對于一定晶面間距d的晶體，由檢測器轉(zhuǎn)動的2θ角可以求出波長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)度為單位時間內(nèi)通過單位面積的光子總能量，用符號I表示，在x譜線分析中強(qiáng)度為單位時間內(nèi)探測器接受到的光子數(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。由此可對樣品進(jìn)行定性和定量分析。

三、實(shí)驗(yàn)過程及結(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)行測量。

(二)定量分析測定

定量分析方法即將測量得到的特征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表示待測元素，C為待測元素濃度，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。考慮到基體效應(yīng)和譜線干擾對實(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

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，貝類通過自身的呼吸作用和鈣化作用對碳匯有積極影響。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%；最小的為長牡蠣，11.89%；數(shù)值波動不大，變化范圍小于2個百分點(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%，最小的是長牡蠣，11.89%。所以螺類碳含量整體大于貝類。從長遠(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，對于中國漁業(yè)發(fā)展好處良多。