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MEL海洋环境监测仪器研发团队近期成果
发布日期:2018-6-13      浏览次数:2599

MEL海洋环境监测仪器研发团队近期成果

(海洋痕量营养盐、痕量金属及总碱度现场分析系统)

海洋环境监测仪器研发团队集结了环境分析化学和海洋化学领域的教授和工程师,以解决海洋科学问题为目标导向和驱动力,卓有成效地发展了海水中痕量营养盐、金属元素和海水碳酸盐体系核心参数的测定方法,解决了系列关键技术问题,研制了相应的走航连续观测分析系统。系统具有稳定可靠、应用性强的特点,性能达到国际先进水平。

氮、磷、铁、锰是海洋生物生长所必需的营养元素,相关数据的准确获取,在海洋生物地球化学研究中至关重要。铝是多种海洋生物地球化学过程的示踪元素。然而,国内外已有的营养元素和金属元素的商品仪器的检出限较高,无法满足大洋寡营养海域研究的需求。海水总碱度是碳酸盐系统的四大参数之一,受控于酸碱缓冲体系,因环境影响产生的变化很小,高精度的现场测定方法成为技术关键,但至今国际上尚无可用于现场的高精度总碱度测定系统。因此,研发监测仪器,构建相应的分析系统,提供海洋研究的技术支撑,必要且急迫。

在营养元素和金属元素的测定方面,研发团队针对海洋现场的恶劣环境,吸收分析化学和仪器仪表领域的创新成果,从选择分析方法入手,采用流动分析、双环流、固相萃取、催化分光法、长光程分光法、荧光法等技术,辅以各种方法去除界面峰和流路气泡的影响,降低检出限,提高选择性,突破了大洋表层海水中超痕量活性磷、硝氮/亚硝氮、铵氮、铁、锰、铝现场测定的技术瓶颈。在此基础上搭建的仪器平台具有灵敏度高、分析速度快、基底干扰小、反应体系稳定等优点,满足实验室和船载走航测定的需求。在总碱度测定方面,采用环流分析流路和分光光度法测定pH等技术,配以专利的流通池及自制的二氧化碳去除器和恒温装置,实现了自动化单点滴定,并研制成功可用于实验室和船载走航测定的自动化总碱度测定系统,获取高时空分辨的总碱度数据

2012年在南海科考航次中,采用海水痕量铵氮船载分析系统,首次获得了南海时间序列站铵氮的剖面分布及琼东上升流区域表层海水中铵氮的分布。2013年在厦门五缘湾铵氮的连续观测中,获得了周日变化曲线。2014年近海海洋环境科学国家重点实验室的氮循环组和碳循环组应用该系统,在西北太平洋和中国南海获取了1000多个宝贵的现场实验数据。氮循环组采用痕量铵氮分析方法,于西北太平洋进行了8个剖面的铵氮测定。2013-2014年间,海水痕量铁锰分析系统结合洁净采样方法,应用于东海科考航次和福建九龙江河口的船载走航观测,首次获得了长江口和九龙江口表层海水中溶解态Fe(II)Fe(II+III)的分布及九龙江口表层海水中溶解态锰的分布。2014-2016年间,对采自南海SEATS站位的海水样品进行了分析,获得SEATS站位溶解态锰和溶解态铝的垂直分布。20156月对九龙江河口和厦门近岸海水中的溶解态铝进行走航式观测,首次获得研究区域海水中溶解态铝的浓度分布。20165-6月,使用全自动痕量活性磷分析仪在南中国海进行走航测定,2周内获取了该区域表层痕量溶解态活性磷的2000多个高精度走航数据。20147月和11月,海水总碱度测定仪由近海海洋环境科学国家重点实验室的碳循环组走航应用,在西太平洋和中国南海首次获取现场实验数据。20179月,山东大学翟惟东教授课题组利用走航总碱度测定仪,对南黄海的海水总碱度进行监测。201710月,美国特拉华大学蔡卫君教授课题组利用走航总碱度测定仪,监测了墨西哥湾的海水总碱度。20178月,采用自动碳酸根分析仪在南中国海进行走航测定,13天内获取了该区域表层碳酸根浓度的3100多个高精度走航数据和2个垂直剖面数据,数据分布符合海洋学规律。

除了海洋痕量营养盐、金属元素及总碱度现场分析系统,研发团队近年来在近岸、河口及江河的常量营养盐的现场快速连续分析方法及仪器方面,也取得了系列成果并进行了成功应用。如随手拈来营养盐快速测定、多元素顺序测定、总磷总氮在线消解测定等系统、基于渗透泵的采样器,均研发成功并获得现场应用和验证。2016-2017年间,进行了九龙江河口和厦门近岸海水中多营养元素的走航观测或定点连续观测。201711-12月,采用自动铵氮分析仪在九龙江北溪环境监测站进行河水在线监测,2周内获得了1800多个数据,铵氮浓度与溶解氧呈现镜像关系。 

所研发的各系统均得到了科学检验、现场应用和推广,并开始在国家重点实验室的原创科研中发挥作用,所获取的数据已经用于海洋学规律的研究为海洋科学研究提供了不可替代的技术支持。近10年来,研究成果凝集成40多篇SCI论文和多项国家发明专利研发的分析系统获得了广泛认可和正面评价,为国内外多家科研单位试用、定制或购置。

研发团队成员包括:袁东星教授、李权龙教授、马剑副教授、刘国坤副教授、陈进顺高级工程师、黄勇明工程师,以及一批自聘研究助理。目前,团队主持着多项海洋监测仪器相关的在研项目,包括:中央财政资助的国家重点实验室仪器研发专项一项,国家重点研发计划项目一项,国家重点研发计划项目课题一个,国家面上基金两项;并参与国家重点研发计划两项,与香港城市大学海洋污染国家重点实验室合作项目一项,在研总经费达1400多万元。

  

走航式痕量活性磷测定仪现场照()与南海表层溶解态活性磷测定结果()

  

走航式痕量锰测定仪()与厦门近岸表层溶解态锰()及盐度()测定结果

  

走航式总碱度测定仪()与南海表层总碱度()及盐度()测定结果

 

在香港海域走航监测铵氮                                     在大亚湾海域布放采样器