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科研动态

腹有泵阀,自观沧海|基于注射泵的集成式水环境分析仪

2022/08/20点击次数:

近日,厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室、环境与生态学院马剑教授课题组在国际期刊Analytical Chemistry上在线发表了题为“Real-time Underway Mapping of Nutrient Concentrations of Surface Seawater Using an Autonomous Flow Analyzer”的研究论文,首次将自主研发的第二代基于注射泵的集成式水环境分析仪integrated Syringe-Pump-Based Environmental Water Analyzer,iSEA-II)应用于河口、海湾,实现了营养盐五参数的同步走航观测。该仪器具有快速简便、用户友好、环境友好、多目标同时测定等优点,可为河口-近海-大洋的海洋生物地球化学研究提供关键技术支撑。

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应用iSEA-II在九龙江口和厦门湾所开展营养盐五参数同步走航观测的结果

受人类活动和全球变化影响,河口-近海富营养化、缺氧、酸化等生态环境问题突出。近海生态系统对全球环境变化十分敏感,是国际“未来地球(Future Earth)”研究计划的聚焦点。“工欲善其事,必先利其器”,为加强河口-近海区域环境生物地球化学过程与生态过程等基础科学研究,需对营养盐形态(氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、活性磷酸盐和硅酸盐)进行现场高精度、高时空分辨率的自动测定。

流动分析技术日趋成熟,因其仪器结构简单、适用性高等特点,逐渐成为海洋环境参数自动测定的主要手段,目前已发展出连续流动分析、流动注射分析、顺序注射分析、序批式分析等多种分析流路。近年来,马剑教授课题组潜心钻研基于注射泵和多位选择阀的序批式分析技术,致力于研发通用型、全固态、自动化的iSEA系统,取得了系列成果。

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不同类型的流动分析流路


本研究通过对原有系统的优化与升级,与自动在线过滤系统相结合,建立了全新的营养盐在线监测系统(简称iSEA-II系统)。该系统具有快速简便、用户友好、环境友好、多参数同时测定等优点,主要性能如下:

结构紧凑,集成分析模块、检测模块及人机交互模块具有即插即用、操作简便的特点,适用于海洋调查的现场环境;

自动化程度高,自主研发的软件可实现自动绘制工作曲线、自动质量控制、自动稀释高浓度样品、自动进行数据的处理、保存和传输、自动启停和异常报警等功能,适用于长时间的全自动连续监测;

测定速度快,测定范围宽,可克服盐度干扰,适用于营养盐浓度和盐度变化较大的河口-海湾区域的走航观测;

样品和试剂消耗量小,对于单个样品单参数测定,样品和试剂消耗量分别少于500 μL、50 μL,适用于小体积样品的测定。

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iSEA-II系统应用流程图


本研究通过集成分析化学、电子学、仪器科学、环境科学、海洋化学等多个学科方法,突破了海水化学参数现场分析方面的技术瓶颈,实现了获取高时空分辨率、高准确度的营养盐多参数同步走航观测数据的目标,提升了海洋环境现场监测与能力。

本研究的第一作者为厦门大学博士生方腾越,通讯作者为马剑教授,共同作者包括硕士生薄光永和本科生张自洁。厦门大学海洋监测与信息服务中心陈能汪教授、陈纪新博士、胡伟祥和黄龙强为本研究提供技术支持,陈钊英和黄水英为本研究提供了后勤帮助。福建台湾海峡海洋生态系统国家野外科学观测研究站(T-SMART)共享航次为本研究提供了应用平台。本研究获得了福建省杰出青年基金、福建省海洋经济发展专项基金的支持。


论文来源

Fang T., Bo G., Zhang Z., Ma J. (2022). Real-time Underway Mapping of Nutrient Concentrations of Surface Seawater Using an Autonomous Flow Analyzer. Analytical Chemistry 94, 11307-11314.

论文链接

https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c02000