北极海水中氟氯烃分布特征和示踪研究

摘要

氟氯烃（CFCs）在大气环境科学、气候变化研究方面一直受到广泛的关注，从二十世纪70年代开始，氟氯烃在示踪海洋水系结构、洋流水团运动及其相互作用、水团年龄、海气交换过程的研究价值日益显著。20世纪80年代后期，CFCs的生产达到了高峰，在对其实行控制之前，全世界向大气中排放的氟氯烃已达到了2000万吨。近几十年来，由于人类释放了大量氟氯烃等破坏臭氧的物质，臭氧层不时出现一些空洞，特别是在南极地区每年冬天都会观测到臭氧空洞。2011年确认北极臭氧减少幅度打破了观测记录，首次出现了类似南极上空的臭氧空洞。
　　国际上普遍采用自行设计的吹扫捕集装置富集海水中氟氯烃，然后采用气相色谱－电子捕获检测器进行分析检测。本文结合国际上现有研究成果，自主开发了一种新型氟氯烃检测装置，并完成了应用于北极海水中氟氯烃现场测定的前期基础性研究。
　　自行设计吹扫捕集-气相色谱-ECD检测系统，优化实验条件，成功测定四种CFCs。主要实验流程：将25 mL水样注入吹扫室中，吹扫气体为高纯氮气，流速70 mL/min，吹扫时间5 min，捕集温度-37℃，解析温度130℃，脱附时间2.5 min，使目标物进入气相色谱分离检测。气相色谱载气压力为0.066 MPa;色谱柱箱恒温50℃，检测器温度280℃。
　　本实验以CFCs标准气体进样，体积为20μL，平行测定3次，以吹扫1 h的水样作为空白水样，测定空白值，计算回收率。回收率CFC-12为98.8％±1.5%，CFC-11为99.9%±1.8%，CFC-113为98.9%±3.9%，CCl4为97.1%±1.8%，表明该法回收率较高。标准气体中的CFCs经低温吹扫捕集，再加热解析后进入气相色谱仪分析。结果表明，测得的氟氯烃的精密度符合分析实验的要求，CFC-12、CFC-11、CFC-113、CCl4的相对标准偏差（RSD）均在5%之内。
　　将该方法用于测定第五次北极科考的海水样品，以北冰洋的白令海、白令海峡、楚科奇海及挪威-格陵兰海为研究海区，考察这些海区的CFCs的含量、分布与地形地貌及其它相关要素的关系；根据这些分布特征，研究北冰洋的水团表观年龄。
　　我们初步分析CFCs浓度与温度、盐度的关系，以期对深层水团示踪提供支持。将白令海BL断面的水团分为高温低盐、高温高盐、低温低盐、低温高盐四种水团。从 CFCs的浓度角度分析，我们可以大胆猜想不同温度、盐度的水团CFCs有其特定的浓度范围，反过来CFCs可以指示水团的变化，可以根据CFCs的不同浓度，以及不同CFCs之间的比值确定水团来源是否一致。
　　将格陵兰海BB断面的水团分为高温低盐、高温高盐、低温低盐、低温高盐四种水团。将挪威海AT断面的水团分为高温高盐、低温低盐、低温高盐三种水团。运用自己制作的图表分析前人测定的CFCs浓度及比值，提出合理怀疑并分析原因。
　　采用pCFCs定年法对白令海、挪威-格陵兰海的深层水团的表观年龄进行了估算。结果表明：对于白令海深层水团，pCFC-12算法得到年龄分布在46~54年，pCFC-11算法得到的年龄分布在42~47年。对于挪威-格陵兰海深层水团，pCFC-12算法得到水团年龄分布在40~54年，pCFC-11算法得到的水团年龄分布在43~59年。

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第一章 文献综述

1.1氟氯烃的简述

1.2氟氯烃检测技术研究现状

1.3氟氯烃作为海洋示踪物的研究

1.4 选题意义和研究内容

第二章 实验部分

2.1海水中溶解CFCs检测技术概述

2.2捕集解析装置的设计

2.3仪器与试剂

2.4实验流程图

2.5样品分析流程

2.6标准曲线、检出限及回收率的测定

2.7 结果与讨论

第三章 白令海氟氯烃的分布及其水团示踪初步研究

3.1海区概况

3.2样品采集与分析

3.3结果与讨论

3.4小结

第四章 挪威-格陵兰海氟氯烃的分布及其水团示踪初步研究

4.1挪威-格陵兰海海区概况

4.2样品采集与分析

4.3结果与讨论

4.4小结

第五章 结论与创新

参考文献

在学期间发表论文及申请专利情况

致谢