一种基于DGT/LA-ICP-MS的沉积物空隙水金属元素微区分布的分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于DGT/LA-ICP-MS的沉积物空隙水金属元素微区分布的分析方法，包括：将DGT固定内标115In元素；再将作用上115In的固定胶在待测金属标准溶液中作用，得到待测金属元素标准固定胶；对待测金属元素标准固定胶进行LA-ICP-MS分析，制作DGT-待测金属元素标准曲线；然后将已经固定上内标115In的DGT探针放入沉积物中测试，进行LA-ICP-MS分析，并绘制DGT-待测金属图像。本发明专利技术的DGT固定胶内标115In处理方法简单，使用单层固定胶进行LA-ICP-MS分析，提高了分析的精密度、准确度，能对多金属元素同时进行分析，并能获得高质量的金属元素化学图像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及环境微区分析
，具体涉及一种基于DGT/LA‐ICP‐MS的沉积物空隙水金属元素微区分布的分析方法。
技术介绍
湖泊沉积物贮存着的大量有机质、营养物质和氧化-还原敏感性元素，上述物质在沉积物中发生了强烈的再次矿化和生物地球化学过程。沉积物的微环境一般是小尺度的(从5μm到1.9mm)，其三维尺度的地球化学行为与同一深度相比较，具有明显的不同。它可能是一个洞、根、生物扰动、底栖生物的活动或是局部的微生物过程，其生物地球化学反应速率明显高(或低)于周边沉积物(Stockdale,A.；Davison,W.；Zhang,H.Micro-scalebiogeochemicalheterogeneityinsediments:Areviewofavailabletechnologyandobservedevidence.Earth-Sci.Rev.2009,92,81–97.)。铁是一种氧化还原的敏感元素，在地球化学过程中发挥重要作用。微生物铁还原涉及水合氧化铁的还原—微生物将其利用作为活性有机质氧化的底质(Hyacinthe,C.；Anschultz,P.；Carbonel,P.；Jouanneau,J.M.；Jorissen.,F.J.EarlydiageneticprocessesinthemuddysedimentsoftheBayofBiscay.Mar.Geol.2001,177,111-128.)，上述过程是Fe(II)溶解入湖泊沉积物空隙水的主要机制。并且其它的微量金属可以通过铁氧化物的还原性溶解(微生物铁还原过程)进入湖泊沉积物空隙水中(Fones,G..R.；Davison,W.；Hamilton-Taylor,J.；Thefine-scaleremobilizationofmetalsinthesurfacesedimentoftheNorth-EastAtlantic.Cont.Shelf.Res.2004,24,1485-1504.)。高空间分辨率测定方法常用来研究微环境(生境)的同质性/异质性、元素的成岩过程、微生物活动、人为污染物的归宿、沉积物/空隙水中的局部反应位点等。微传感器可以用来进行多种物质的1mm分辨率或更高分辨率的分析(Stockdale,2009)，主要包括：测氧的微电极技术(Revsbechetal.,1980)；测O2、pH和PCO2的光极技术(Gludetal.,1996；Hulthetal.,2002；Zhuetal.,2006)和用于测定化学物质的DGT技术(Warnkenetal.,2004；Davisonetal.,1997；Widerlundetal.,2007；Santneretal.,2010)。LA-ICP-MS(LaserAblation-InductivelyCoupledPlasma-MassSpectrometry，激光剥蚀-电感耦合等离子体-质谱)技术已经应用于生物组织(Seltzeretal.,2005；Wuetal.,2009)和地质样品(Liuetal.,2008；Chenetal.,2015)的定量测定，具有高的灵敏度、高的空间分辨率和样品制备的简易性等优点(Scarpellietal.,2015)。DGT(薄膜扩散梯度技术)主要过程为：在沉积物中产生了一个可控制的扰动，然后测定沉积物对此扰动的响应。DGT可以用来精确的以高分辨率测定诱导通量(F)和时间平均浓度(CDGT)，其结果可以用来研究地球化学反应(Warnkenetal.,2004；Davisonetal.,1997；Widerlundetal.,2007；Santneretal.,2010)。现有技术中，文献(Warnken,K.W.；Zhang,H.；Davison,W.Analysisofpolyacrylamidegelsfortracemetalsusingdiffusivegradientsinthinfilmsandlaserablationinductivelycoupledplasmamassspectrometry.Anal.Chem.2004,76,6077-6084.)公开了一种利用DGT/LA-ICP-MS对沉积物空隙水中金属元素微区测定的方法，他们采用两块SPR-IDA固定胶对金属元素进行激光剥蚀测定，具体方法是：在一块固定胶事先作用上内标元素(115In)，另一块固定胶安装在DGT上，在金属标准溶液或是沉积物中作用；然后将干燥后的两块固定胶重叠放置在一块进行激光剥蚀分析。上述方法虽然可以将内标元素和金属元素同时进行激光剥蚀分析。但是上述方法由于两块重叠的固定胶的厚度较大，要将激光能量调整到较高水平，才能将两块胶穿透进行两类元素的分析；另外，两块胶重叠放置时不能有空隙，面积形状要求高度一致；所以增加了固定胶干燥操作和激光剥蚀分析的难度，同时微区分析的精密度和准确度较低；并且，此方法采用网格点剥蚀法，分析速度较慢，所获得的沉积物空隙水金属图像面积较小，很难达到对沉积物空隙水金属元素微区分布和地球化学反应研究的需要。文献(Gao，Y.,vandeVelde,S.,WilliamsP.N.,Baeyens,W.,Zhang,H.TrendsinAnalyticalChemistry2015,66,63-71.)也公开了一种利用DGT/LA-ICP-MS对沉积物空隙水中金属元素微区测定的方法，该方法是采用单层SPR-IDA固定胶上的13C作为内标元素，但是，13C并不是56Fe的ICP-MS分析的最佳内标元素，对56Fe分析的最佳内标元素应为In或是Rh；并且，一些型号的LA-ICP-MS仪对13C的检测效果不佳，13C的cps信号不明显且其强度不够稳定，极大的限制了方法的使用。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的DGT/LA-ICP-MS操作难度较高、处理繁琐、精密度和准确度较低、分析速度慢、分析图像面积较小等缺陷，从而提供一种操作简单可靠、精密度和准确度高、分析速度快、分析图像面积较大(>8cm2)、检测效果好的基于DGT/LA-ICP-MS的沉积物空隙水金属元素微区分布的分析方法。为此，本专利技术的技术方案如下：一种基于DGT/LA-ICP-MS的金属元素微区分布的分析方法，包括步骤如下：(1)对DGT的固定胶进行内标115In预处理，得到内标115In固定胶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于DGT/LA‑ICP‑MS的沉积物空隙水金属元素微区分布的分析方法，其特征在于，包括步骤如下：(1)对DGT的固定胶进行内标115In预处理，得到内标115In固定胶；(2)用内标115In固定胶固定不同浓度的待测金属元素、干燥，得到待测金属元素标准胶；对待测金属元素标准胶进行LA‑ICP‑MS分析，测定待测金属元素/115In cps比值、及其对应的单位面积胶积累的待测金属元素的质量，并根据上述两种变量制作的DGT‑待测金属元素标准曲线；(3)将带有内标115In固定胶的DGT探针放入沉积物中进行测试，然后进行LA‑ICP‑MS分析，测定待测金属元素/115In cps比值，并根据DGT‑待测金属元素标准曲线计算出单位面积胶上积累的待测金属元素的质量，再根据DGT计算公式(3)得出DGT‑待测金属浓度CDGT，并绘制DGT‑待测金属图像；CDGT＝MΔg/DAt     (3)其中：t‑操作时间(s)；A‑暴露胶的面积(cm2)；D‑扩散胶中溶质的扩散系数(cm2s‑1)；Δg‑扩散层厚度(cm)；M‑吸收的溶质的质量(ng)，也就是固定胶上积累的待测元素的质量。

【技术特征摘要】
1.一种基于DGT/LA-ICP-MS的沉积物空隙水金属元素微区分
布的分析方法，其特征在于，包括步骤如下：
(1)对DGT的固定胶进行内标115In预处理，得到内标115In固
定胶；
(2)用内标115In固定胶固定不同浓度的待测金属元素、干燥，
得到待测金属元素标准胶；对待测金属元素标准胶进行LA-ICP-MS
分析，测定待测金属元素/115Incps比值、及其对应的单位面积胶积累
的待测金属元素的质量，并根据上述两种变量制作的DGT-待测金属
元素标准曲线；
(3)将带有内标115In固定胶的DGT探针放入沉积物中进行测
试，然后进行LA-ICP-MS分析，测定待测金属元素/115Incps比值，
并根据DGT-待测金属元素标准曲线计算出单位面积胶上积累的待测
金属元素的质量，再根据DGT计算公式(3)得出DGT-待测金属浓
度CDGT，并绘制DGT-待测金属图像；
CDGT＝MΔg/DAt(3)
其中：t-操作时间(s)；A-暴露胶的面积(cm2)；D-扩散胶中溶质的
扩散系数(cm2s-1)；Δg-扩散层厚度(cm)；M-吸收的溶质的质量(ng)，
也就是固定胶上积累的待测元素的质量。
2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述待测金
属元素为铁、锰、铅、镉、锌或铜。
3.根据权利要求1或2所述的分析方法，其特征在于，所述固
定胶为SPR-IDA胶。
4.根据权利要求1-3任一项所述的分析方法，其特征在于，所
述内标115In预处理的方法，包括步骤如下：
将圆形DGT或DGT探针的固定胶去氧后，在无氧环境下，放在
20～60μgL-1的115In标准溶液中15～36小时；所述115In标准溶液中
NaCl为0.01molL-1，pH为4.7～5.4。
5.根据权利要求4所述的分析方法，其特征在于，还包括：同
时检测固定胶的115In的M/A值，保证M/A值的精密度<4％，方法包
括如下：
对DGT探针的固定胶上的不同区段进行切割，对切割出的胶条
进行酸洗脱，并用ICP-MS测定洗脱液中115In浓度，然后计算出M/A
值，保证不同区段的M/A值的精密度<4％；
对多个圆形DGT的固定胶进行酸洗脱，并利用ICP-MS测定洗
脱液中115In浓度，然后计算出M/A值，保证每个固定胶的M/A值的
精密度<4％。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王圣瑞，吴志皓，倪兆奎，赵海超，焦立新，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11