天然有机质芳香化度的检测方法及检测装置制造方法及图纸

一种天然有机质芳香化度的检测方法及检测装置，该检测方法包括：将定量样品溶液、载液混合，所述载液用于为样品溶液提供碱性环境；将上述混合液与氧化剂溶液混合，所述氧化剂溶液用于氧化样品溶液；对上述得到的混合物采用检测单元进行检测。本发明专利技术具有设备简单、廉价、需要样品量少、灵敏度高、检测速度快、检测通量高等优点，适用于天然水体、土壤及沉积物中NOM芳香度或腐殖化度的评价。

Detection Method and Detection Device of Aromaticity of Natural Organic Matter

【技术实现步骤摘要】
天然有机质芳香化度的检测方法及检测装置
本专利技术属于天然有机质芳香化度检测领域，具体涉及一种天然有机质芳香化度的检测方法及检测装置。
技术介绍
天然有机质(NOM)是由生物残体、生物分泌物或生物残体经过物理、化学、生物分解产生的天然有机物质的总称。NOM在大气、水体及土壤等地表各圈层均广泛分布，有着重要的环境地球化学意义。有机质中的糖类、脂类等容易被微生物利用，并最终矿化转化成CO2，但一些物质如木质素类、多酚类、单宁类不容易被微生物利用，而且能够发生氧化偶联反应以及与重金属或矿物表面形成稳定的络合物等行为更难被降解或矿化。尽管目前学界对于传统方法提取的腐殖酸是否真实存在仍存在很大的争议。但是对于有机质在分解的过程中，能够形成更不容易降解的有机质或者选择性的保留一些难降解的有机质，这一腐殖化过程普遍认同，并且这一过程是有机质周转及循环过程的关键，同时对于污染物的迁移转化也有着重要的影响。尽管具体过程并不明确，但研究普遍认为有机质腐殖化的过程中芳香碳的含量增加，而含氧基团含量降低。由于天然有机质的组成非常复杂，如何表征天然有机质的腐殖化度或者芳香化度一直是土壤化学家和环境化学家关注的热点，同时也是研究的难点。在过去的研究中，由于芳香基团在紫外光区域的光吸收效应，单位碳的紫外吸收(SUVA254)常常被用做天然可溶性有机质(DOM)的芳香度指数，DOM中腐殖酸组分的特征荧光光谱也被用来评价其芳香度或腐殖化度；元素分析所得的H/C、O/C、N/C也可用来评价有机质的芳香度；最直接的方法是采用13CNMR可对有机质中不同有机碳官能团所占比例进行半定量分析，从而得到芳香碳的百分含量；也有一些研究通过提取的腐殖酸所占总有机碳比例计算腐殖化度。这些指标或方法，都存在适用度有限，比如紫外吸收和荧光光谱只适用于DOM样品；需要样品量大，前处理过程复杂，如13CNMR和腐殖酸提取方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的之一在于提出一种天然有机质芳香化度的检测方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。为了实现上述目的，作为本专利技术的一个方面，提供了一种天然有机质芳香化度的检测方法，包括如下步骤：将定量样品溶液、载液混合，所述载液用于为样品溶液提供碱性环境；将上述混合液与氧化剂溶液混合，所述氧化剂溶液用于氧化样品溶液；对上述得到的混合物采用检测单元进行检测。作为本专利技术的另一个方面，还提供了一种检测装置，包括：样品流路，用于输送样品溶液；定量单元，其与样品流路连接；载液流路，用于输送载液，其与定量单元连接；氧化流路，用于输送氧化剂溶液；混合池，其进口与氧化流路、定量单元出口均连接；以及检测单元，其与混合池连接。基于上述技术方案可知，本专利技术的天然有机质芳香化度的检测方法及检测装置相对于现有技术至少具有以下优势之一：1、本专利技术根据多酚类与单宁类等芳香碳化合物被强氧化剂氧化过程产生的中间体能够产生强烈的化学发光效应这一原理，提出一种新的表征天然有机质芳香度或者腐殖化度的指数——单位有机碳氧化发光指数(OCOCL)，并通过连续流动注射化学发光方法进行测定；利用天然有机质单位有机碳的氧化化学发光值(OCOCL)作为评价其芳香化度或者腐殖化度的新指标为本专利技术所首创；利用连续流动注射化学发光检测方法，在碱性条件下利用H2O2-过硫酸盐体系，直接测定溶液和土壤中天然有机质氧化过程中的化学发光信号，为本专利技术所首创；2、由于不受土壤矿物的影响，该方法能够直接测定水溶液和土壤样品中NOM的氧化发光值，不需要任何复杂的样品前处理过程可以最大限度降低样品前处理过程带来的误差；3、同时具有设备简单、廉价、需要样品量少、灵敏度高、检测速度快、检测通量高等优点，适用于天然水体、土壤及沉积物中NOM芳香度或腐殖化度的评价。附图说明图1A为本专利技术实施例中的流动注射氧化化学发光检测装置的结构及流路示意图；图1B为本专利技术实施例1中样品溶液进入定量单元阶段工作示意图；图1C为本专利技术实施例1中样品溶液检测阶段工作示意图；图2为本专利技术实施例1中的不同PMS浓度(mmol/L)下天然有机质样品的氧化化学发光的发光强度与时间的关系峰值图；图3为本专利技术实施例1中的不同H2O2浓度下天然有机质样品的氧化化学发光的发光强度与时间的关系峰值图；图4为本专利技术实施例1中的不同NaOH浓度下天然有机质样品的氧化化学发光的发光强度与时间的关系峰值图；图5为本专利技术实施例1中的不同流速(载液流路，协同氧化流路，氧化流路)下天然有机质样品的氧化化学发光的发光强度与时间的关系峰值图；图6A为本专利技术实施例2所述不同TOC浓度(0.52mg/L～10.42mg/L)下，国际腐殖酸协会PahokeePeatFulvicAcidStandardII(PFA，2S103F)溶液的氧化化学发光信号与氧化发光值之间的线性关系图；图6B本专利技术实施例2所述不同TOC浓度(0.52mg/L～10.42mg/L)下，国际腐殖酸协会PahokeePeatFulvicAcidStandardII(PFA，2S103F)碳含量与氧化发光值之间的线性关系图；图7A为本专利技术实施例2中国际腐殖酸协会提供典型DOM、FA及HA样品的单位有机碳化学氧化发光值与单位有机碳紫外吸收值(SUVA254)之间的相关性图；图7B为DOM、FA及HA样品的单位有机碳化学氧化发光值与13CNMR测定的芳香基团含量之间的相关性图；图8为实施例3中所述的9种标准土壤单位重量土壤氧化发光值与土壤总有机碳含量之间的线性相关性图；图9为实施例3中不同土壤及泥炭土(PS)、褐煤(GL)以及泥炭腐殖酸(PFA)，泥炭富里酸(PFA)和褐煤腐殖酸(LHA)的单位有机碳氧化发光值；图10A为实施例4中西双版纳次生常绿阔叶林褐色砖红土壤剖面不同深度土壤TOC与N/C柱状图；图10B为实施例4中500mg/L土壤悬浊液的氧化发光值柱状图；图10C为实施例4中不同深度土壤单位有机碳氧化发光值柱状图。上图中，附图标记含义如下：1-载液流路；2-样品流路；3-协同氧化流路；4-氧化流路；5-协同混合池；6-混合池；7-检测单元；8-定量环；9-废液出口；10-蠕动泵；11-八通阀。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术公开了一种天然有机质芳香化度的检测方法，包括如下步骤：将定量样品溶液、载液混合，所述载液用于为样品溶液提供碱性环境；将上述混合液与氧化剂溶液混合，所述氧化剂溶液用于氧化样品溶液；对上述得到的混合物采用检测单元进行检测。其中，所述将定量样品溶液、载液混合得到混合液的步骤之后、将混合液与氧化剂溶液混合的步骤之前，先将混合液与协同氧化溶液混合后再与氧化剂溶液混合；其中，所述协同氧化溶液用于协同氧化样品溶液；其中，所述协同氧化溶液为H2O2溶液；协同氧化溶液的浓度为0-2mol/L、例如为0.4mol/L。其中，所述载液为NaOH、KOH中的一种或多种的混合；载液的浓度为0.2-2mol/L、例如为1.0mol/L。其中，所述氧化剂溶液为单过硫氢钾溶液、芬顿试剂、过硫酸钾溶液中的一种或多种的混合，例如为单过硫氢钾溶液；氧化剂溶液的浓度为0.05-4mol/L、例如为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天然有机质芳香化度的检测方法，包括如下步骤：将定量样品溶液、载液混合，所述载液用于为样品溶液提供碱性环境；将上述混合液与氧化剂溶液混合，所述氧化剂溶液用于氧化样品溶液；对上述得到的混合物采用检测单元进行检测。

【技术特征摘要】
1.一种天然有机质芳香化度的检测方法，包括如下步骤：将定量样品溶液、载液混合，所述载液用于为样品溶液提供碱性环境；将上述混合液与氧化剂溶液混合，所述氧化剂溶液用于氧化样品溶液；对上述得到的混合物采用检测单元进行检测。2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述将定量样品溶液、载液混合得到混合液的步骤之后、将混合液与氧化剂溶液混合的步骤之前，先将混合液与协同氧化溶液混合后再与氧化剂溶液混合；其中，所述协同氧化溶液用于协同氧化样品溶液；作为优选，所述协同氧化溶液为H2O2溶液；协同氧化溶液的浓度为0-2mol/L、优选0.4mol/L；作为优选，所述载液为NaOH、KOH中的一种或多种的混合；载液的浓度为0.2-2mol/L、优选1.0mol/L；作为优选，所述氧化剂溶液为单过硫氢钾溶液、芬顿试剂、过硫酸钾溶液中的一种或多种的混合；氧化剂溶液的浓度为0.05-4mol/L、优选0.3mol/L。3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述检测方法是连续检测方法；作为优选，所述样品溶液通过样品流路进入用于给样品溶液定容的定量单元，所述载液通过载液流路进入定量单元后再进入用于混合样品溶液与载液的混合池，或者所述载液通过载液流路直接进入用于混合样品溶液与载液的混合池，所述氧化剂溶液通过氧化流路进入所述混合池进行上述混合液与氧化剂溶液的混合。4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于，一个测量周期包括样品溶液进入定量单元阶段和样品溶液检测阶段，其中：在样品溶液进入定量单元阶段，所有流路流速均为5-30μL/s、优选20μL/s；当样品溶液充满定量单元后进入样品溶液检测阶段，所有流路流速均为30-70μL/s、优选50μL/s；作为优选，一个测量周期，样品溶液进入定量单元阶段的时间为5-7秒、优选6秒，样品溶液检测阶段的时间为6-8秒、优选7秒；作为优选，在样品溶液检测阶段通过样品流路向定量单元内通入用于清洗定量单元的洗涤液，洗涤液优选超纯水。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕继涛，罗磊，张淑贞，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：北京,11