X射线荧光光谱法分析海洋贝类生物碳汇潜力

(辽宁师范大学地理科学学院 辽宁 大连 116029)

一、引言

近些年，随着人类社会的发展，CO2等温室气体的排放日益增多，引发了全球性的环境问题。如何减缓温室效应成为世界各国的主要议题。于是，1992年5月9日和1997年12月联合国大会分别通过了《联合国气候变化框架公约》、《京都议定书》针对发达国家和发展中国家提出了不同的约束方案。近年来，更是通过了《巴黎协议》，旨在本世纪将全球平均气温上升幅度控制在2摄氏度以下。

海洋作为地球生态系统中最大的碳库，碳汇能力不容小觑。因此将渔业活中可以有助于碳汇进程的或者将海水中的CO2直接或间接的转移来降低温室效应的活动称为“碳汇渔业”。主要由三方面构成：一即藻类等浮游植物的光合作用吸收水中溶解的碳生成有机碳形成碳汇；二是贝壳类生物生命活动引发的钙化形成CaCO3；三是复杂的食物链中高级生物对低级浮游生物和藻类的捕食形成碳汇的过程，并在捕获后移出水体[1]。

徐晴晴[4]运用碱度异常技术来测定浙江主要贝类厚壳贻贝的呼吸率和钙化率。得出结论：海洋酸度，盐度，温度以及水质均较大程度影响贝类的呼吸率和钙化率。

二、研究方法

(一)X射线荧光光谱法及实验原理

X射线荧光光谱法因其仪器稳定，操作简单快捷，分析结果速度快，自动化程度高，且无需化学溶样，从而避免了化学试剂污染带来的误差，目前已成为高效率的现代化化学元素分析技术。分析的元素种类为5B～92U，浓度范围为10﹣3～10﹣6μg/g[6]。

用高能X射线或伽马射线照射进行过预处理的样品，样品元素中的原子受到激发会发射出具有一定特征的x射线谱，而根据Mosely定律：元素的x射线特征谱线波长倒数的平方根与其原子序数成正比，与其激发的射线能量无关。谱线强度则与元素含量多少有关，所以只要测定特征谱线的波长，就可以确定样品中包含什么元素，只要测定谱线的强度，就可以确定元素的含量。

本实验采用波长散射型X射线荧光光谱仪，所以根据布拉格衍射公式2dsinθ=nλ,对于一定晶面间距d的晶体，由检测器转动的2θ角可以求出波长λ，从而确定元素组成；根据公式x射线光子的能量E=hv=hc/λe,h=6.624×10-34为普朗克常数，v为光波频率，c=3×108为光速，而强度为单位时间内通过单位面积的光子总能量，用符号I表示，在x谱线分析中强度为单位时间内探测器接受到的光子数单位为Kcps,特征x射线强度与照射电子束的电流和电压有关，IK=Ci(V-VK)n，其中C,n为常数，n≈1.5～1.7，VK为临界电压，V一般是VK的3～5倍。由此可对样品进行定性和定量分析。

三、实验过程及结果

(一)样品制备及与预处理

本次实验共采集到20种人工养殖贝类贝壳，产地为大连市周边渤海和黄海区域。分别为中国蛤蜊，菲律宾蛤仔，等边浅蛤，青蛤，文蛤，江户布目蛤，紫石房蛤，毛蚶，海湾扇贝，栉孔扇贝，紫贻贝，缢蛏，长牡蛎，皱纹盘鲍，香螺，古氏滩栖螺，西格织纹螺，带滩栖螺，短滨螺，扁玉螺，编号为1-20。

首先将样品用蒸馏水反复洗净去泥沙，分别去皮称重，放置于坩埚。然后在恒温为105℃的烘干箱中恒温干燥120-150分钟。烘干后再次进行称重。接着对样品分别进行粉碎研磨处理。最后将粉碎研磨好的样品放入装有聚乙烯环的模具中进行加压操作。定型后装入样品盒中进行测量。

(二)定量分析测定

定量分析方法即将测量得到的特征X射线强度转化为浓度，数据主要受四种因素影响。Ci=KiIiMiSii表示待测元素，C为待测元素浓度，K为仪器校正因子，M为元素间吸收增强效应校正值，I为射线强度，S为与样品的物理形态有关的因素。定量分析方法主要有实验校正法和数学校正法两大类。考虑到基体效应和谱线干扰对实验结果的影响，本实验采用数学校正法的经验系数法进行分析。

经验系数法为目前常用方法，凭经验即配置标准样品用多元回归方程来求出浓度强度。因为贝壳主要成分为碳酸钙，所以本实验选取氟化钠和碳酸钙来配置标样。配置四种标液，浓度分别为8.68%，9.86%，11.05%，12.00%。

实验结果显示1-20的样品碳强度(kcps)分别为27.55,27.73,27.45,27.46,27.44,28.45,27.79,2

7.55,27.89,28.02,28.70,27.94,26.80,29.03,28.75,29.82,28.29,28.03,28.77,27.85;碳含量分别为：

12.04%，12.11%，11.95%，12.05%，12.09%，12.25%，12.11%，12.08%，12.14%，12.18%，12.33%，12.18%，12.33%，12.18%，11.89%，12.38%，12.32%，12.61%，12.23%，12.17%，12.34%，12.10%。

(三)结果分析

通过实验数据可得，贝类通过自身的呼吸作用和钙化作用对碳汇有积极影响。定量分析得出的20种贝壳贝碳含量最大的为古氏滩栖螺，12.61%；最小的为长牡蛎，11.89%；数值波动不大，变化范围小于2个百分点。20种贝类碳含量平均值为12.2%。螺类碳含量最大值的是古氏滩栖螺，12.61%；最小的是扁玉螺，12.10%。贝类含量最大的是皱纹盘鲍，12.38%，最小的是长牡蛎，11.89%。所以螺类碳含量整体大于贝类。从长远角度看，利用生物碳汇能力移出海洋中的碳是可行的，并且成本低，效果显著，对于中国渔业发展好处良多。