海洋化学 海洋中的痕量金属共96页

第六章海洋中的痕量金属第1节引言痕量金属是海洋生态系统的重要组分之一，其生物地球化学循环对于了解海洋生态系的结构和功能具有重要意义：z某些痕量金属对于海洋生物的生长起着促进作用，而某些金属则对海洋生物有毒性作用，而且这些作用与痕量金属的存在形态有关。

z不少痕量金属在古海洋学研究中也发挥着重要的作用，是解开地球环境变迁历史的重要指标。

z随着工农业的发展，由废水排放等引起的海洋重金属污染已成为人们日益关注的问题。

一、痕量金属在生物生长中的作用z痕量金属几乎参与了海洋生命的方方面面，从细胞壁形成到蛋白质合成，无不存在痕量金属的踪迹。

z海洋生物体内所发生的一系列生化反应中，许多痕量金属起到催化剂的作用，它们激发、调控或抑制某些生化反应的进行。

z在原子量大于50的元素中，大约有十几种元素已经知道具有生物学作用，并影响到海洋生物地球化学过程，它们通常作为海洋生物蛋白质的构成元素或酶体系的调控元素。

海洋重要生物地球化学过程及可能起作用的痕量金属Fe等光合色素的合成Zn有机磷的生物吸收Fe, Cu,, V挥发性组分的形成Cu甲烷氧化Zn, Fe有机物再矿化Fe, Cu, Ni有机氮的生物吸收Cu, Fe反硝化作用重要的痕量金属元素生物地球化学过程Fe, Mn碳固定Cu (Cd?)毒性Fe (Mo? V)固氮作用Co, Zn球石藻对钙的吸收Zn, Cd, Se硅藻对硅的吸收痕量金属在海洋碳、氮循环中的作用痕量金属元素的毒性作用z即使是生物生长所必需的某些痕量金属元素，在其浓度过高时也会对生物生长产生抑制或毒性作用。

z关于这些毒性效应产生的机制以及海洋生物发展出何种策略来应对这些毒性作用，一直困扰着海洋科学工作者。

这方面的研究对于未来利用海洋生物提取工业废水中的重金属具有指导意义。

二、海水痕量金属分析的挑战性z1970年之前，由于仪器灵敏度不足以及采样与分析过程的污染等，所报道的数据存在较大问题不同时期所测海水中部分痕量金属元素浓度1969年Caribbean Sea样品比对结果0.06-0.414.415.015.0E1.00.80.9D2.812.2127.4C6.36.37.5B1.421.551.35ACu0.0006-0.0060.0380.0400.037D0.4270.4480.510C0.0370.0360.037B0.0130.0140.014ACo0.290.170.20.18C0.3100.3050.332B0.280.290.29ACs0.0001-0.120.70.52.1B0.03ACd现在测值(µg/kg)浓度(µg/kg)实验室痕量金属z 对于现在的研究，采样、分析过程的污染问题仍然是一个严峻的考验MITESS痕量金属采样系统开阔大洋表层水部分金属溶解态浓度第2节海洋痕量金属元素的来源与迁出一、海洋中痕量金属的来源（1）大陆径流（2）大气沉降（3）海底热液作用（4）海底沉积物间隙水向上覆水体的扩散（5）人类活动z 河流是海洋颗粒态、溶解态金属的主要来源之一。

《海水痕量重金属测量系统的研究》篇一一、引言随着人类对海洋环境的日益关注，海水痕量重金属的测量技术逐渐成为海洋科学研究的重要领域。

海水痕量重金属的准确测量，对于监测海洋环境质量、评估生态风险以及制定环保政策具有重要意义。

本文旨在研究海水痕量重金属测量系统的原理、方法及实际应用，以期为海洋环境保护提供技术支持。

二、海水痕量重金属测量系统的原理海水痕量重金属测量系统主要基于原子光谱技术、电化学技术及质谱技术等原理进行测量。

其中，原子光谱技术通过测量重金属元素的特征光谱线，实现重金属元素的定性和定量分析；电化学技术则利用重金属离子与电子之间的化学反应，测量重金属离子的浓度；质谱技术则通过测量重金属离子的质量谱，实现重金属元素的精确测定。

三、海水痕量重金属测量方法目前，常用的海水痕量重金属测量方法包括：原子荧光法、电化学法、光谱法、质谱法等。

其中，原子荧光法具有灵敏度高、操作简便等优点，但易受其他元素干扰；电化学法具有响应速度快、成本低等优点，但需考虑盐度、温度等因素的影响；光谱法和质谱法则具有高精度、高灵敏度的特点，适用于复杂样品的分析。

针对不同类型和浓度的痕量重金属元素，可选择合适的测量方法。

四、海水痕量重金属测量系统的设计与实现海水痕量重金属测量系统的设计需考虑样品的预处理、测量装置的选型与配置、数据处理与分析等方面。

首先，样品的预处理包括过滤、浓缩、萃取等步骤，以获得纯净的金属离子样品。

其次，根据实际需求选择合适的测量装置，如原子荧光仪、电化学分析仪、光谱仪或质谱仪等。

此外，还需配置相应的数据采集与处理系统，实现数据的实时采集、存储、传输与分析。

在实际应用中，海水痕量重金属测量系统的实现需注意以下几点：一是样品的采集与保存要规范，以避免金属离子的损失和污染；二是测量装置的选型与配置要合理，以满足实际测量的需求；三是数据处理与分析要准确可靠，以保证测量结果的准确性。

五、实际应用与展望海水痕量重金属测量系统在海洋科学研究、环境监测、生态评估等领域具有广泛的应用。

《海水痕量重金属测量系统的研究》篇一一、引言随着人类对海洋环境的日益关注，海水痕量重金属的测量成为了环境保护和海洋科学研究的重要领域。

海水痕量重金属测量系统的研究，对于了解海洋环境、保护海洋生态、维护人类健康具有重要意义。

本文旨在探讨海水痕量重金属测量系统的原理、技术、应用及未来发展趋势。

二、海水痕量重金属测量系统的原理与技术海水痕量重金属测量系统主要基于光谱分析、电化学分析、质谱分析等原理，通过采集海水样品，运用先进的仪器设备进行测量和分析。

其中，光谱分析技术可以快速测定海水中多种元素的含量，电化学分析技术则可以测定重金属离子的浓度，而质谱分析技术则可以提供更精确的元素组成信息。

在技术方面，海水痕量重金属测量系统需要具备高灵敏度、高分辨率、高稳定性等特点。

为了提高测量精度，常采用多通道同时检测技术、自动校准技术、数据实时处理技术等。

此外，为了满足现场快速测量的需求，还需要开发便携式、自动化的测量设备。

三、海水痕量重金属测量系统的应用海水痕量重金属测量系统广泛应用于海洋环境监测、海洋科学研究、环境保护等领域。

在海洋环境监测方面，可以用于监测海水中重金属的含量变化，评估海洋污染程度。

在海洋科学研究方面，可以用于研究海水中重金属的分布、迁移、转化等过程，揭示海洋生态系统的变化规律。

在环境保护方面，可以用于监测工业废水、生活污水等对海洋环境的污染情况，为环境保护提供科学依据。

四、海水痕量重金属测量系统的发展趋势未来，海水痕量重金属测量系统将朝着高灵敏度、高分辨率、自动化和智能化的方向发展。

一方面，将进一步改进和优化现有的测量技术，提高测量精度和稳定性；另一方面，将开发更多新型的测量技术和设备，以满足不同领域的需求。

此外，随着大数据和人工智能技术的应用，海水痕量重金属测量系统将更加智能化和自动化，实现数据的实时处理和分析。

五、结论海水痕量重金属测量系统的研究对于保护海洋环境、了解海洋生态系统具有重要意义。

扬州大学扬州大学环境科学与工程学院海洋环境化学MARINE ENVIRONMENTAL CHEMISTRY第三章海洋无机物环境化学(2)----海洋的中的痕量金属第三章海洋无机物环境化学海洋环境化学第二章海水-气体体系的物质交换第五节第四节第三节第二节第一节第三章海洋无机物环境化学第一节海洋中的痕量金属第三章海洋无机物环境化学海洋环境化学第一节海洋中的痕量金属一、痕量金属在生物生长中的作用▲痕量金属几乎参与了海洋生命的方方面面，从细胞壁形成到蛋白质合成，无不存在痕量金属的踪迹。

▲海洋生物体内所发生的一系列生化反应中，许多痕量金属起到催化剂的作用，它们激发、调控或抑制某些生化反应的进行。

▲在原子量大于经知道具有生物学作用，并影响到海洋生物地球化学过程，它们通常作为海洋生物蛋白质的构成元素或酶体系的调控元素。

第三章海洋无机物环境化学海洋环境化学扬州大学环境科学与工程学院第一节海洋中的痕量金属第三章海洋无机物环境化学海洋环境化学第一节海洋中的痕量金属二、痕量金属元素的毒性作用▲即使是生物生长所必需的某些痕量金属元素，在其浓度过高时也会对生物生长产生抑制或毒性作用。

▲关于这些毒性效应产生的机制以及海洋生物发展出何种策略来应对这些毒性作用，一直困扰着海洋科学工作者。

这方面的研究对于未来利用海洋生物提取工业废水中的重金属具有指导意义。

第三章海洋无机物环境化学扬州大学环境科学与工程学院第一节海洋中的痕量金属不同时期所测海水中部分痕量金属元素浓度第三章海洋无机物环境化学海洋环境化学扬州大学环境科学与工程学院第一节海洋中的痕量金属1969年Caribbean Sea 样品比对结果对于现在的研究，采样、分析过程的污染问题仍然是一个严峻的考验第三章海洋无机物环境化学第二节海洋中痕量金属元素的来源和迁出第三章海洋无机物环境化学第二节海洋中痕量金属元素的来源和迁出第三章海洋无机物环境化学第二节海洋中痕量金属元素的来源和迁出第三章海洋无机物环境化学第二节海洋中痕量金属元素的来源和迁出第三章海洋无机物环境化学第二节海洋中痕量金属元素的来源和迁出第三章海洋无机物环境化学第二节海洋中痕量金属元素的来源和迁出第三章海洋无机物环境化学第二节海洋中痕量金属元素的来源和迁出第三章海洋无机物环境化学第二节海洋中痕量金属元素的来源和迁出第三章海洋无机物环境化学扬州大学环境科学与工程学院第二节海洋中痕量金属元素的来源和迁出第三章海洋无机物环境化学第二节海洋中痕量金属元素的来源和迁出第三章海洋无机物环境化学第二节海洋中痕量金属元素的来源和迁出第三章海洋无机物环境化学海洋环境化学第二节海洋中痕量金属元素的来源和迁出浮游植物和褐藻中部分金属元素的富集因子（第三章海洋无机物环境化学海洋环境化学第二节海洋中痕量金属元素的来源和迁出第三章海洋无机物环境化学第二节海洋中痕量金属元素的来源和迁出第三章海洋无机物环境化学第二节海洋中痕量金属元素的来源和迁出第三章海洋无机物环境化学第二节海洋中痕量金属元素的来源和迁出第三章海洋无机物环境化学第三节海洋痕量金属元素的垂直分布第三章海洋无机物环境化学第三节海洋痕量金属元素的垂直分布垂直分布与温度或盐度的变化相一致，说明这些元素在海洋中的分布仅受控于物理过程，如水体的平▲这类金属元素通常不会明显富集于生源物质，故也是生物非限制性元素。

海底两万里中的化学知识第一章：海底的奥秘海洋是地球上最神秘的领域之一，它蕴含着许多未知的化学知识。

《海底两万里》一书以人类视角揭示了海底的奥秘，让我们领略了海洋中的化学奇观。

第二章：海洋中的元素海洋是地球上元素的宝库。

其中最常见的元素是氧、氢和钠，它们构成了海水的主要成分。

此外，还存在着丰富的镁、钾、钙等元素。

这些元素在海洋中的分布和相互作用，影响着海洋的化学性质和生物活动。

第三章：盐度与海水海水的盐度是衡量海洋化学性质的重要指标之一。

盐度主要取决于海洋中溶解的盐类物质，如氯化钠、硫酸镁等。

这些盐类物质的存在使得海水呈现咸味，并对海洋生物起到重要的生理作用。

第四章：海洋酸碱平衡海洋中的酸碱平衡对海洋生态系统的稳定性起着重要作用。

海水中的酸碱度主要由溶解的二氧化碳和碳酸盐等化学物质决定。

随着人类活动的增加，海洋酸化的问题日益严重，对海洋生物和生态系统造成了威胁。

第五章：海底火山与岩浆海底火山和岩浆是海洋中的重要地质现象，也是化学反应的重要场所。

岩浆中含有丰富的矿物质和金属元素，它们在海水中的相互作用产生了许多化学反应，形成了海底的地质景观。

第六章：海洋中的生物化学海洋是生物多样性最丰富的生态系统之一，其中的生物化学过程也十分复杂。

海洋生物通过化学反应进行能量转化和物质代谢，参与了海洋生态系统的循环和平衡。

第七章：海洋污染与环境保护随着工业化和城市化的发展，海洋污染问题日益突出。

化学废物、石油泄漏等污染物对海洋生物和生态系统造成了严重的影响。

保护海洋环境，减少污染物的排放，是我们应该共同努力的目标。

结语：通过《海底两万里》这本书，我们可以了解到海洋中丰富的化学知识。

海洋中的元素、盐度、酸碱平衡、海底火山与岩浆、生物化学等方面的内容，让我们对海洋的奥秘有了更深入的了解。

同时，我们也必须关注海洋环境的保护，减少海洋污染，保护海洋生物和生态系统的健康。

让我们一起探索海洋的化学奇观，为实现海洋可持续发展贡献自己的力量。

说具有较大的破坏性，漆膜在飞溅区通常要老化得更快。

研究表明，在飞溅区的干湿交替过程中，钢的阴极电流比在海水中的阴极电流大。

在海水中钢的阴极反应是溶解氧的还原反应，而在飞溅区中的钢由于锈层自身氧化剂的作用而使阴极电流变大。

即，飞溅区的钢在经过干燥过程后，表面锈层在湿润过程中作为一种强氧化剂在起作用，而在干燥过程中，由于空气氧化，锈层中的（+2价）的Fe离子又被氧化为（+3价）的Fe离子，此过程反复进行，从而加速钢铁的腐蚀。

与钢材不同，不锈钢和钛这些金属往往是耐腐蚀的，主要由于良好的充气条件促进了金属钝化的缘故。

下图为SS41普通碳钢在海水中生成锈层的钢试样和飞溅区带锈层钢试样的极化曲线。

结果表明：这两种钢试样的锈层，其阳极溶解速度几乎是相等的；而对于阴极，与前者相比，后者具有10倍以上的反应电流。

这说明，在海洋钢铁结构中，飞溅取的腐蚀速度大于海水全浸区，这是由于阴极反应的不同所引起的。

海水潮差区---此区的腐蚀主要有两种类型，一种是孤立地区处于潮差区钢铁构件的腐蚀；另一种是钢桩类型的腐蚀。

单独挂片试验（模拟潮差区钢铁构件的腐蚀）和长尺挂片试验（模拟钢桩类型的腐蚀）的结果示于下图该实验充分说明了钢桩的腐蚀与孤立钢结构的腐蚀规律是完全不同的。

在进行工程设计时，要考虑具体工程的结构特点，如属于孤立构件，设计寿命及腐蚀余量，需要按孤立构件的腐蚀速度设计。

如属于钢桩式的连续构件，则需考虑宏观腐蚀电池的影响，以免造成浪费或过早失效。

海水全浸区---由于该区域普遍含Cl-较多，使得铁等各种金属难以钝化，即使像不锈钢这种高合金成分的材料由于钝化膜的稳定性变差，极易发生点蚀。

以在研究钢铁在海洋环境中的腐蚀时必须根据所处的环境不同而分别研究。

海底泥土区---海水全浸区以下部分，主要由海底沉积物构成。

与陆地土壤相比海泥区含盐量高，电阻率低，海底泥浆是一种良好的电解质，对金属的腐蚀性要比陆地土壤高。

由于海泥区Cl-的含量高且供氧不足，一般钝性金属的钝化膜是不稳定的。

第九章 海水痕量元素分析导论 §9-1 痕量元素分析概述 “痕量（trace ）”本来为定性分析的概念，即小于100×10－6（w/w ）的元素。

与定性分析概念不同，在海洋科学中Riley （1975）以1 mg kg －1作为划分海水主要元素（major elements ）和微量元素（minor elements ）的界限，但不包括营养盐、溶解气体和放射核素（Brewer, 1975）。

此概念一直延续使用。

后来发现＜1 mg kg －1的元素含量相差很大，范围在<0.05 nmol kg －1－50 μmol kg －1之间。

其中只有Li 、Rb 、Ba 、I 、Mo 和U 含量在50 nmol kg －1－50 μmol kg －1之间，绝大部分含量小于50 nmol kg －1，称为“痕量元素（trace elements; Bruland, 1983）”。

按保守与非保守性质，海水中痕量元素可分作：▪ 保守型：水合阳离子Rb +、Cs +和阴离子MoO 4－、WO 4－。

非保守型包括三类：▪ 具有颗粒物活性的：如Fe 、Mn 、Cr 、Al 、Hg 、Pb 等易与颗粒物作用而转入沉积，半排出时间短，约十至数十天。

▪ 可循环的：即参与氧化－还原过程而引起元素价态改变而影响其溶解形态的，半排出时间较长。

如Fe 、I 、Mn 、As 、Cr 等。

▪ 具有生物活性的：易被生物吸收，半排出时间长。

如Fe 、Mn 、Cd 、As 、Ba 、Zn 、V 、Ge 、Ni 、Se 等。

绝大多数痕量元素都参与生物过程。

LI TIE 20092009 LI TIE LI TIE 20092009 LI TIE LI TIE 20092009 LI TIE LI TIE 20092009 LI TIE海水痕量元素分析的发展 海水痕量元素分析始于20世纪20年代，希望从海水中提Au ，用Fe(OH)3共沉淀法测Au 。

第50卷 第5期 海 洋 与 湖 沼Vol.50, No.5 2019年9月OCEANOLOGIA ET LIMNOLOGIA SINICASep., 2019* 国家自然科学基金, 41776095号。

甄晓桐, 硕士研究生, E-mail: ouc_zhen@ ① 通信作者: 李 力, 副研究员, E-mail: li.li@ 收稿日期: 2019-03-12, 收修改稿日期: 2019-04-26黄、渤海几种溶解态痕量金属(Cu 、Ni 、Co 、Zn)分布特征及其影响因素*甄晓桐1 李 力1, 2①王小静1 任艺君1(1. 自然资源部第一海洋研究所 青岛 266061; 2. 青岛海洋科学与技术试点国家实验室 青岛 266237)摘要 海水中的痕量金属在海洋生物地球化学循环中至关重要。

本研究在严格采用痕量金属洁净(trace-metal clean)采样和分析测试技术的前提下, 于2016年7月采集了渤海与黄海表、底层海水水样, 获得黄、渤海几种痕量金属(Cu 、Ni 、Co 、Zn)的空间分布特征。

研究结果显示, 黄、渤海海水中痕量金属的空间分布具有近岸高、远岸低的特点, 体现了人类活动对近岸海域的影响, 而其在局部海域的分布则受到沿岸流、冷水团、沉积物再悬浮过程以及生物过程等因素的影响。

Cu 、Ni 、Co 在黄、渤海海水中的分布特征较为类似, 平均浓度由高到低依次为渤海>北黄海>南黄海, 而溶解态Zn 的分布则与其他几种金属不同, 在黄、渤海平均浓度类似, 整体偏低, 具有其特殊性。

本研究测定的几种痕量金属在黄、渤海海水中的浓度较以往报道数据偏低, 其中易污染的痕量金属Zn 的浓度更是低近1—3个数量级, 体现了痕量洁净采样和测试方法的重要性。

关键词 黄海; 渤海; 痕量金属; 分布特征; 影响因素 中图分类号 P734.2 doi: 10.11693/hyhz20190300051 痕量金属是一种累积性的、无法被降解的污染物, 可由地表径流、大气沉降以及近海污染物的排放等各种途径进入海洋(Stumm et al , 1996), 可通过食物链被生物体吸收和富集, 当某些痕量金属的浓度超过一定水平时, 会成为毒素, 例如Pb 、Hg, 其对生物有毒性, 最终在人体内累积导致慢性中毒、危害人类的健康(Hook et al , 2001; 战玉杰等, 2011; Dong et al , 2016)。

来自海洋的国防金属斑竹：各位同学，想必大家对大海都不陌生吧，有一首歌这样唱到：“大海啊，大海，你是我的故乡”。

大海不仅是我们的故乡，还是人类丰富的宝藏呢。

从厨房中使用的食盐到国防科技，都离不开大海。

今天，我们畅聊吧的主题就是“镁——来自海洋的国防金属”，豆豆：镁来自海洋？我到海里游泳的时候，怎么没有看到银白色的镁条呢？海尔哥哥：切！豆豆，你该不会以为镁条是从海水里捞出来的吧？说起大海，我们海尔兄弟最有发言权。

镁在海水中含量非常丰富，但镁元素在海水中都是以离子形式存在，因此我们要把镁从海水中提取出来，需要经历一番复杂的工艺呢。

豆豆：直接向海水中倒入石灰乳？海尔弟弟：豆豆，你的脑筋是不是有点短路？向大海中倒石灰乳？想想就不行。

我们在提炼镁的时候，要利用晒盐后的苦卤作为原料，这其实就是一个海水富集的过程。

豆豆，你来想想，你能不能说说在海水提镁的过程中都涉及到了哪些类型的反应？豆豆：在海水提镁的过程中设计到了下列反应：分解反应，如贝壳煅烧、电解氯化镁；复分解反应，如石灰乳与镁离子反应、M g(O H)2与盐酸反应；化合反应，如CaO与水反应、氯气合成HCl。

当然，有些反应同时又是氧化还原反应或离子反应。

海尔哥哥：这个问题回答的不错，我也来考考你。

你能不能说说在海水提镁的过程中是如何提高经济效益的？豆豆：这次我可得好好琢磨一下了。

我认为主要有两项措施：①利用电解生成的氯气再与氢气化合生成氯化氢，氯化氢溶于水得盐酸，盐酸与氢氧化镁反应；②就地取材，将贝壳煅烧得到氧化钙，氧化钙与水结合生成沉淀剂――氢氧化钙。

呜呜，可怜的小贝壳。

为什么不直接将生成的M g(O H)2加热分解得到氧化镁，然后再电解氧化镁呢？海尔哥哥：氧化镁的熔点比氯化镁要高出很多，熔融时需消耗大量的能量而增加生产成本。

豆豆：斑竹说镁是一种国防金属，我们提炼出的镁主要有哪些用途呢？海尔弟弟：用途大了。

镁的密度小，可与铝等其他金属制成合金，镁合金的强度高、机械性能好，这就使得镁成为制造汽车、飞机、火箭的重要原料，另外镁是一种活泼金属，在冶金工业可做还原剂和脱氧剂，镁粉还可以制作照明弹和烟花呢。