Fe( II) 是溶解態(tài)鐵的重要組成部分，參與海 洋多種生物酶的合成，進(jìn)而影響海洋初級(jí)生產(chǎn) 力及全球 C、N 等物質(zhì)循環(huán)。海水中 Fe( II) 比 Fe ( III) 溶解度更高，且與有機(jī)配體的絡(luò)合常數(shù)在 105 ～ 108 之間，更有利于生物吸收。然而 FeII) 在海水中的氧化半衰期僅為 2 ～ 3 min，氧 化產(chǎn)生的 Fe3 + 進(jìn)一步水解形成沉淀而被去除，使 其含量極低且分析困難。因此，分析海水中 Fe ( II) 的關(guān)鍵在于如何減少氧化及降低方法的檢出 限，提高測量靈敏度并實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場測量。

1 材料與方法

1． 1 實(shí)驗(yàn)裝置

Fe( II) 分析系統(tǒng)由蠕動(dòng)泵( Ismatec，瑞士) 、暗 盒 式 化 學(xué) 發(fā) 光 儀 ( waterville analytical，WA ) 、 “WA”軟件信號(hào)接收儀( 計(jì)算機(jī)) 和樣品管組成。 樣品管將試劑及樣品瓶、蠕動(dòng)泵、暗盒發(fā)光儀、廢 液缸連接起來( 圖 1) 。WA 發(fā)光儀密閉不透光， 內(nèi)部由樣品混合池( A) 和正對(duì)混合池的光電倍增 管( photomultiplier tube，PMT) ( B) 組成。測定時(shí)， 海水樣品和 luminol 試劑按 1∶ 1 的體積比分別流 入混合池后反應(yīng)發(fā)光，由正上方 PMT 檢測光信號(hào) 并發(fā)射藍(lán)牙信號(hào)，隨后被計(jì)算機(jī)接收并記錄。樣 品流速、積分時(shí)間、數(shù)據(jù)點(diǎn)頻率等參數(shù)通過蠕動(dòng)泵 開關(guān)及“WA”軟件進(jìn)行設(shè)置。

1． 2 主要試劑

本實(shí)驗(yàn)中所使用藥品、試劑及樹脂均來自 Sigma 公司，藥品及試劑純度為痕量金屬級(jí)。 Fe( II) 儲(chǔ)備液( 3 mmol /L) : 根據(jù) Elrod 等的研究，當(dāng) pH ≤2 時(shí)，水 體 中 的 Fe ( III) 會(huì) 向 Fe( II) 轉(zhuǎn)化，因此參考文獻(xiàn)步驟，稱取一定質(zhì) 量的( NH4 ) 2Fe( SO4 ) 2·6H2O 固體于 0． 2 mol /L 的 HCl 中溶解，得到 3 mmol /L 的 Fe( II) 儲(chǔ)備液， 使 pH 在 2 以下，以維持 Fe( II) 儲(chǔ)備液的穩(wěn)定， 4℃下避光保存且每月更換。 Fe( II) 使用液( 1 μmol/L) : 由 pH = 2 的 Milli-Q 水稀釋上述 Fe( II) 儲(chǔ)備液得到，于使用前新配制。 MOPS 使用液( 0． 1 mol /L) : MOPS 是一種酸 性有機(jī)緩沖試劑，有效緩沖范圍為 pH 6． 5 ～ 7． 9， 在此 pH 范圍內(nèi)可以在 5 min 內(nèi)避免 Fe( II) 的氧化。與 HCl 相比，MOPS 自身性質(zhì)穩(wěn)定，不與海 水中活性物質(zhì)及有機(jī)質(zhì)反應(yīng)，適 用 于 海 水 中 Fe( II) 的研究。將 MOPS 固體溶解于純水中，用 1 mol /L 的 NaOH 調(diào)節(jié)至所需 pH，得到 0． 1 mol /L 的 MOPS 溶液，然后用 Chelex-100 樹脂除去其中 的金屬雜質(zhì)進(jìn)行純化。Chelex-100 樹脂的清洗參 照 Price的步驟?？瞻缀Ｋ? 使用酸洗的特氟龍涂層 GOFLO 瓶 采樣器采集東海海水( 29． 21511° N，125． 40556° E) ，潔凈工作臺(tái)（上海博迅SW-CJ-1FD單人單面垂直凈化工作臺(tái)）中過濾( 0． 2 μm) 并冷凍保存，該 條件下能夠維持海水中有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定。使用前恢 復(fù)至常溫并在黑暗條件下放置 10 h 以上，以保 證海水中可能存在的 Fe ( II) 被 全 部 氧 化 為 Fe( III) 且不存在其他 Fe( II) 來源，作為條件實(shí)驗(yàn) 中 Fe( II) 的空白海水備用。

2 結(jié)果與討論

為研究各試劑、空白海水的發(fā)光信號(hào)對(duì)測定 靈敏度的影響，分別: ( a) 測定未添加 Fe( II) 時(shí)的空白信號(hào)值，即各試劑及空白海水的發(fā)光信號(hào); ( b) 測定添加 Fe( II) 后的信號(hào)值，在上述各試劑 和空白海水中分別添加 4 nmol /L Fe( II) 后，其信 號(hào)值如何變化，并計(jì)算與( a) 步驟所得信號(hào)的比 。試劑流速影響樣品、試劑從進(jìn)樣到混合池的 時(shí)間間隔，流速太小會(huì)增大 Fe( II) 的氧化損失。 綜合考慮混合池體積、Fe( II) 氧化損失、試劑成本 等因素，我們?cè)O(shè)置蠕動(dòng)試劑流速范圍在 1 ～ 8 mL / min 之間，測定含相同 Fe( II) 濃度的海水中發(fā)光 信號(hào)隨流速的變化情況，并利用曲線方程計(jì)算 Fe( II) 濃度數(shù)值，比較其精密度。結(jié)果表明發(fā)光 靈敏度隨流速的增大而增加，二者呈現(xiàn)一元二次 函數(shù)關(guān)系。檢驗(yàn)流速( 1、3、5、7、8 mL /min) 對(duì)發(fā) 光信號(hào) I-Fe( II) 濃度工作曲線擬合度的影響，結(jié) 果表明工作曲線的相關(guān)系數(shù)( Ｒ2 ) 均在 0． 999 以 上。

3 結(jié)論

( 1) 條件探究實(shí)驗(yàn)表明 MOPS 加入量、緩沖 pH、luminol 濃度、試劑流速、積分時(shí)間等因素對(duì)Fe( II) 的測定影響較小，但會(huì)顯著改變發(fā)光靈敏 度的 大 小。本文最佳實(shí)驗(yàn)條件為: 緩 沖 pH 為 7． 2、MOPS 加 入 量 為 2 mmol /L，流 速 為 3 mL / min、信號(hào)積分時(shí)間為 200 ms、luminol 濃度為 1mmol /L。該方法測得東海海水的檢出限為 116 pmol /L，線性范圍為 0． 116 ～ 150 nmol /L。重復(fù) 7 次測定 Fe( II) 濃度為 4． 0000 nmol /L 的海水的平 均 濃 度 為 4． 0543 nmol /L，回 收 率 為 96% ～ 107% ，測定的精密度 ＲSD 為 3． 58% ( n = 7) ，t 檢 驗(yàn)結(jié)果表明平均值與標(biāo)準(zhǔn)值之間無顯著性差異 ( P = 0． 95) 。
( 2) 本文在現(xiàn)有方法基礎(chǔ)之上，采用有機(jī)緩 沖試劑 MOPS 代替無機(jī) HCl 加入到海水樣品中以 延緩 Fe( II) 的氧化，并測得中國近海中 Fe( II) 的 含量分布。主要改進(jìn)如下: ( a) 首次對(duì)有機(jī)緩沖 試劑 MOPS 的用量及緩沖 pH 進(jìn)行詳細(xì)探討，研 究其對(duì)不同 Fe( II) 濃度的海水的測定影響; ( b) 優(yōu)化各實(shí)驗(yàn)條件，包括 MOPS 的用量及緩沖 pH、 luminol 濃度、試劑流速、積分時(shí)間等，以滿足中國 近海海水中 Fe( II) 的分析要求。
( 3) 本文將該系統(tǒng)應(yīng)用到中國近海青島沿岸 Fe( II) 的實(shí)際測定中，驗(yàn)證了該方法在中國近海 研究中的可行性，且豐富了中國近海 Fe( II) 的數(shù) 據(jù)，為進(jìn)一步研究中國近海溶解態(tài)鐵的形態(tài)及生 物化學(xué)過程奠定了基礎(chǔ)。