金汞齐微电极的研制及其在测量海洋沉积物间隙水中DO、Mn和Fe的应用

摘要

用电化学方法在金微电极的基础上制成金汞齐微电极。研究了金电极预处理方法、电镀以及强极化金汞齐微电极的条件、电极的校正方法以及实际测量电化学参数的选择等。采用三电极体系和方波伏安法，金汞齐微电极(vs．SCE)从—0.10～—1.75V电势范围内可同时测定沉积物间隙水中的溶解氧、Mn2+、Fe2+和S2—等氧化还原化学成分的浓度。实验结果表明金汞齐微电极对溶解氧、Mn2+、Fe2+和S2—的灵敏度和检出限分别为0.16nA/(μmol/L)、6μmol/L，0.35nA/(μmol/L)、3μmol/L，，0．22nA/(μmol/L)、5μmol/L，和34nA/(μmol/L)、0.03μmol/L。在连续测定15个沉积物样品后，重新校正电极，测量相对误差＜3％。 将研制的金汞齐微电极应用于测量南海沉积物间隙水中的主要氧化还原成分，即溶解氧、Mn2+、Fe2+等的浓度梯度剖面。阐明了南海沉积物中微生物有氧和无氧呼吸的层次和性质。在有氧状态下，微生物呼吸优先选择氧作为氧化剂氧化有机物，当微生物耗氧速率超过氧气在沉积物中的扩散速率时，微生物将依次利用二氧化锰和氧化铁作为电子接受体进行无氧呼吸。 根据得到的溶解氧浓度剖面，用指数函数回归，计算出南海越南上升流区的三个站位(2Y90、Y10和Y20)的海水—沉积物界面氧气通量分别为0.28mmolO2·m—2·d-1、0.31mmolO2·m—2·d-1和0.36mmolO2·m—2·d-1，平均值为0.32mmolO2·m—2·d-1。采用数学求导方法，得出上述三个站位海水—沉积物界面溶解氧的消耗速率分别为9.67mmolO2·m—2·d-1、11.90mmolO2·m—2·d-1和21.44mmolO2·m—2·d-1，平均值约为14.34mmolO2·m—2·d-1。应用Redfield比值，这些数据可引申出海水．沉积物界面有机碳的分解速率。结合沉积物中测定的有机碳含量，估算出有机碳在表层沉积物中的滞留时间分别为24.5年、17.9年和11.0年，平均值约为17.8年。

目录

文摘

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论文说明：图表目录

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第一章 绪论

第一节 海洋沉积物的早期成岩作用

第二节 沉积物化学参数的传统定量方法

第三节 微电极技术在沉积物研究中的应用

1.3.1 电位型微电极

1.3.2极谱微电极

1.3.3伏安微电极

第四节 本论文研究目标

参考文献

第二章 金汞齐微电极的研制及表征

第一节引言

第二节实验部分

2.2.1仪器和试剂

2.2.2金汞齐微电极的制作方法

2.2.3 三电极体系

2.2.4方波伏安法

2.2.5 电极校准

第三节结果与讨论

2.3.1溶解氧(DO)

2.3.2 Mn(Ⅱ)

2.3.2 Fe(Ⅱ)

2.3.3 S(-Ⅱ)

第四节厦门西港沉积物测量

2.4.1沉积物类型表征

2.4.2金汞齐微电极在厦门西港沉积物测量中的初步应用

2.4.3结果与讨论

参考文献

第三章金汞齐微电极在南海沉积物测量中的应用

第一节引言

第二节材料与方法

3.2.1采样区域概况

3.2.2沉积物采样与保存

3.2.3沉积物间隙水中DO、Mn2+、Fe2+浓度梯度的测定

3.2.4有机碳的测定

3.2.5氧化还原电位(Eh)的测定

第三节结果与讨论

3.3.1海水中溶解氧、温度及盐度垂直剖面

3.3.2沉积物间隙水中DO、Mn2+、Fe2+浓度梯度分布

3.3.3海水-沉积物界面氧气的扩散通量及其消耗速率

3.3.4沉积物中有机碳(TOC)

参考文献

第四章结论与展望

附录

致谢