海水基底中含C-P键有机磷的测定方法研究

The phosphonate (organic phosphorus containing C-P bond) in seawater is one of the most important dissolved organic phosphorus, which can serve as an alternative phosphorus source in phosphate-depleted region. However, there is limited available information on the concentrations and distributions of phosphonate in seawater, because there are rare suitable detection methods for the determination of phosphonate in saline matrix. The aim of this research is to develop several selective, sensitive and operation-friendly methods to measure specific phosphonate in samples of varied salinity. These methods are extremely important for the bioavailability study of phosphonate and the marine biogeochemistry study of phosphorus. The main used techniques are high performance liquid chromatography, on-line solid phase extraction, highly efficient UV digestion, automatic switch of multi-position valve, long path-length liquid core waveguide capillary cell, etc. The research contents include: 1) establishment of simple analytical methods for direct measuring typical phosphonates--- optimization of chemical reaction and chromatographic separation, evaluation of ionic strength and buffer capacity of seawater on the derivation, separation and detection, etc; 2) design of high pressure on-line solid phase extraction device and integration with liquid chromatography for sensitive detection of phosphonates; 3) design of high efficient on-line digestion device based on UV light and sodium persulfate oxidation under heat, integration with liquid chromatography for post-column derivation using liquid core waveguide flow cell; 4) monitoring of the concentration variation of phosphonates during the incubation experiment, description of the biological utilization mechanism of phosphonates with the support of other parameters, such as temperature, salinity and omics data.

海水中含C-P键有机磷的生物可利用性研究日益受到关注，但是现在尚无适用于高盐基底中含C-P键有机磷的分析方法，很多重要科学问题的解释缺少实测数据的支持。本项目将针对该领域的薄弱环节，结合高效液相色谱分离、在线固相萃取、紫外消解、多位阀切换、长光程光度检测等技术，建立3类选择性好、灵敏度高、适用性广、操作性强，可应用于不同盐度水体中含C-P键有机磷的分析方法，为生物磷利用和海洋磷循环研究提供核心技术。研究内容包括：考察离子强度和海水缓冲体系对衍生反应、色谱分离和检测的影响，建立海水基底中含C-P键有机磷的直接测定方法；制作可耐受高压的在线固相萃取装置，建立液相色谱与自动萃取装置联用的方法；结合在线高效自动消解装置，建立其与液相色谱联用的柱后衍生-长光程分光光度检测方法；监测生物培养过程中目标物浓度随时间的变化，结合温度、盐度等其它理化参数和组学数据，直观描述生物对含C-P键有机磷利用的机理。

海水中含C-P键有机磷的生物可利用性研究日益受到关注，但是现在尚无适用于高盐基底中含C-P键有机磷的分析方法，很多重要科学问题的解释缺少实测数据的支持。本研究针对此需求，建立了回收率高、重现性好、相对灵敏、简单快速的海水基底中几种含C-P键有机磷的分析方法。具体如下：基于邻苯二甲醛-乙硫醇与2-氨基-3-膦酰基丙酸（2-amino-3-phosphonopropionic acid，2-AP3）和2-氨乙基膦酸（2-aminoethylphosphonic acid，2-AEP）反应生成荧光产物，建立了高效液相色谱-荧光检测器测定海水基底中的2-AP3和2-AEP的方法；基于芴甲氧羰酰氯与草甘膦（glyphosate，GLY）、草铵膦（glufosinate，GLU）、氨甲基膦酸（methylphosphonic acid，AMPA）和2-氨乙基膦酸反应生成荧光产物，建立了高效液相色谱-荧光检测器测定海水基底中GLY、GLU、AMPA和2-AEP的方法。这些方法已成功应用于监测生物培养过程中目标物浓度随时间的变化，初步探究了真核硅藻对几种含C-P键有机磷的利用性。研究表明，三角褐指藻不能利用GLY或GLU作为其单一磷源进行生长；三角褐指藻和假微型海链藻可利用2-AEP作为单一磷源，具体利用机制还有待于进一步研究。此外，本研究搭建了新型流动分析系统，实现了在线固相萃取、在线消解、长光程液芯波导光度检测等功能。该系统已成功用于海水中活性磷酸盐、总磷的自动分析，可为磷的生物可利用性和海洋磷循环研究提供多方位的数据支撑。.在本项目的资助下，申请人已正式发表高水平SCI论文5篇，其中包括中科院1区论文2篇，2区论文3篇。以上论文本基金均有标注。此外，申请人设计组装了3台自动分析仪器，申请专利3项，做到创新与实用并重。