海水营养盐参考物质的国际比对实验_王丽芳.pdf

Vol.42，No.3Jun.2023第42卷第3期2023年6月海洋技术学报JOURNAL OF OCEAN TECHNOLOGYdoi：10.3969/j.issn.1003-2029.2023.03.009海水营养盐参考物质的国际比对实验王丽芳1，2，曹知勉1，2，杜川军3，方腾越1，4（1.厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室，福建厦门361102；2.厦门大学海洋与地球学院，福建厦门361102；3.海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室，海南海口570228；4.厦门大学环境与生态学院，福建厦门361102）摘要：准确可靠的海水营养盐数据是研究海洋生物地球化学过程的重要前提，为增加我国海洋化学实验室与全球其他实验室间的营养盐数据的可比性，本文介绍了厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室参与由国际海洋碳协作计划等海洋机构组织的海水营养盐参考物质的国际比对实验的具体测量过程和测量结果。在 5 次国际比对实验中（20062017 年），本实验室采用基于间隔连续流动分析技术测量海水营养盐参考物质中的硝酸盐、亚硝酸盐、活性磷酸盐和活性硅酸盐，在共计 117 项比对参数中，本实验室的结果与其他实验室高度可比，获得的满意测量结果高达 109 项，占比大于 90%，且其中 88%的测量值与公认的标准值的偏差在 1 倍的能力评定标准偏差之内，与国际同类实验室相比，本实验室对海水营养盐的测量能力在历年中保持在国际先进行列。本文基于历年国际比对的经验，对如何提升我国对海水、特别是开阔大洋营养盐测量的准确度提出了参考建议，为提高我国对海水营养盐的测量能力达到国际先进水平提供了借鉴。关键词：营养盐；海水；间隔连续流动分析技术；参考物质；国际比对实验中图分类号：P734.4文献标识码：A文章编号：1003-2029（2023）03-0071-08收稿日期：2022-11-27基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目（41890804）作者简介：王丽芳（1976），女，硕士，工程师，主要从事海洋化学研究。E-mail：海水中氮、磷、硅营养盐的浓度分布及相互间的比例是研究海洋生物地球化学及预测海洋生态系统变化的重要基础参数1-2。随着海洋现场观测和科学研究的进步，对营养盐数据的质量提出了更高的要求。开展国际实验室间的比对实验是展示各海洋化学实验室分析能力的重要途径，是比较不同实验室产出数据并进行合理科学推论的前提，也为推动全球范围内的数据共享奠定基础。为此，世界海洋组织机构致力于研发海水营养盐的标准参考物质并定期开展比对实验，以提高全球海洋营养盐数据的可比性。国际海洋考察理事会（International Council forthe Exploration of the Sea，ICES）自 1965 年至 1993年间，先后组织了 5 次海水营养盐国际比对实验，获得了全球各海洋化学实验室高度的关注，极大地提高了全球实验室间海水营养盐数据的可比性3。在 2000 年和 2002 年，美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）与加拿大国家研究委员会（National Resea-rch Council Canada，NRC）组织了两次海水营养盐的国际比对实验，首次建立了有经过认证的海水营养盐参考物质4-5。2002 年至 2017 年间，国际海洋碳协作计划（the International Ocean Carbon Coordi-nation Project，IOCPP）、日本气象研究所（Meteoro-logical Research Institute in Japan，MRI）和日本海洋地球科技研究所（Japan Agency for Marine-Earth Sci-ence and Technology，JAMSTEC）共同组织了 6 次海水营养盐参考物质的国际比对实验（Intern-lab-海洋技术学报第42卷oratory Comparison Exercise for Reference Material ofNutrients in Seawater，ICRMNS）6-11，其目标是建立海水营养盐的国际参考物质，是近二十年来国际上规模与影响力最大的海水营养盐国际比对实验。2017 年 5 月，加拿大达尔豪斯大学与爱尔兰海洋研究所通过跨大西洋调查航次中的现场比对实验，对GO-SHIP12指导手册中有关如何提高全球营养盐数据库质量提出了补充建议13。自 1965 年全球开展实验室间海水营养盐数据比对以来，我国仅有极少部分高校和研究机构的实验室参与此项工作，且我国海水营养盐标准物质研制机构并未参与14，导致我国实验室与国际其他实验室间测量海水营养盐能力的差距及我国海水营养盐标准物质的质量尚未能得到充分了解。本实验室采用间隔连续流分析技术测量比对样品中的营养盐，于 2006 年 6 月至 2017 年 11 月先后参与了 5次 ICRMNS，是我国海洋化学领域近二十年以来首次长时间序列地参与海水营养盐的国际比对实验，其比对结果对衡量我国海洋化学实验室在国际平台上对海水营养盐的测量能力具有参考意义。本文将依次对 ICRMNS 的背景、本实验室参与 ICRMNS 的测量过程与历次的比对结果进行介绍，旨在让我国更多实验室参与海水营养盐的国际比对实验及准确测量海水中营养盐的浓度提供参考，以加强我国与全球海洋营养盐数据之可比性和追溯性，提升我国海洋观测数据在国际上的权威性。1ICRMNS 简介ICRMNS 从 2002 年 11 月至 2017 年 11 月共举办了 6 次，前 4 次由日本 MRI 的 Michio Aoyama 教授牵头组织，后两次由 IOCPP 与日本的 JAMSTEC共同牵头组织，要求比测的参数为硝酸盐（NO3-）、亚硝酸盐（NO2-）、活性磷酸盐（PO43-）、活性硅酸盐（Si（OH）4），历次 ICRMNS 的相关信息见表 1 所示。2017 年的 ICRMNS 参与比对的国家已达 30 个之多，我国持续性地参与历次 ICRMNS 的实验室仅有两家。比对样品由太平洋水体或其他海域的水体制备，浓度范围覆盖了整个太平洋海域水体中营养盐的浓度范围，NO3-、NO2-、PO43-、Si（OH）4的浓度范围分别为 0.048.0 mol/kg、0.00.5 mol/kg、0.03.3 mol/kg、0.0160.0 mol/kg，且每次比对实验中都包含了位于高中低浓度段的样品，其具体的来源与制备过程详见历次 ICRMNS 结果分析报告中所描述6-11。ICRMNS 对所有参与比对实验室的测量结果采用连续 t 检验法，在置信区间为 95%时，计算出各比对样品中各个参数公认的平均值、中位值、标准偏差6。为了评价各个实验室的检测能力，以公认的平均值（Cconsensus）作为标准值，公认的标准差（Ppar）作为能力评定标准差，计算各实验室结果的Z 比分数公式如下。Z=ABS（Cpar-Cconsensus）/Ppar）（1）式中，Cpar表示各个实验室测量结果；ABS 表示绝对值。由式（1）可知，Z 比分数越低，表示测量值越接近标准值，该实验室测量结果越精准。Z 比分数为 1 时，表示测量值刚好落在标准值的 1倍标准偏差内。参与比对各实验室的测量能力结果均公布在历年比对结果报告中6-11。表 1历次海水营养盐参考物质的国际比对实验信息统计次数时间组织机构覆盖国家的数量参与实验室的总数量中国参与实验室的数量对比样的数量与编号第 1 次2002.11MRI51811#、2#、3#、4#、5#、6#第 2 次2006.6MRI205541#、2#、3#、4#、5#、6#第 3 次2008.8MRI155831#、2#、3#、4#、5#、6#第 4 次2011.11MRI266441#、2#、3#、4#、5#、6#第 5 次2014.11IOCPP、JAMATEC287121#、2#、3#、4#、5#第 6 次2017.11IOCPP、JAMATEC31712RM-BY、BU、CA、BV 7601-a、7602-a、7603-a72第3期2材料与方法2.1样品ICRMNS 的比对样品是经过高温灭菌过滤后，分装于 100 mL 聚乙烯瓶中，用锡袋真空包装，在常温状态保存的。比对时，组织方通过空运方式向参与比对的实验室直接发送，比对的实验室接收到的比对样品如果没有破损，可以直接开启测定。2.2主要仪器与试剂Auto AnalyZer （AA3）全自动连续流动分析仪，德国 SEAL 有限公司。该仪器采用间隔式流动分析技术，该技术能够在样品运行过程中均匀地注入气泡进行间隔，以降低样品间扩散的影响，在国际上已经得到广泛应用12，15。主要试剂采用仪器配套的方法进行配制，所用的试剂均为分析纯或以上的级别。2.3比对样品分析2.3.1陈化海水的制备采集南海海盆寡营养盐海域的表层海水放置于干净的高密度聚乙烯瓶中，在室温下放置半年以上。陈化的目的在于让海水中易降解的有机物降解完全，从而使得海水的营养盐浓度保持稳定。陈化海水用于配制工作曲线与作为样品测定过程的载流，使用前用 0.45 m 的醋酸纤维膜过滤，并检测其营养盐的浓度。除了活性硅酸盐参数外，其他参数的浓度均需低于检出限方可使用。2.3.2营养盐标准贮备液的配制活性磷酸盐、亚硝酸盐、硝酸盐、活性硅酸盐的标准贮备液分别由优级纯或分析纯级别的 KH2PO4、NaNO2、KNO3、Na2SiF6配制，配制贮备液的浓度分别为：8 000 mol/L、10 000 mol/L、10 000 mol/L、10 000 mol/L。2.3.3质控样品的准备测定过程中引入两种质控样品。一种是直接购买由日本 KANSO 公司生产的海水营养盐参考物质（Reference Material of Nutrients in Seawater，RMNS）（http:/www.kanso.co.jp/eng/production/available_lots.html）。另一种是实验室自制的海水参考物质：取南海海盆深于 3 000 m 的海水，水样分装于无菌的聚四氟乙烯瓶中，于 4 避光冷藏保存，其标准值在基于 RMNS 测量准确的前提下，采用不同时间多次测定的平均值。2.3.4标准曲线配制分别量取活性磷酸盐、亚硝酸盐、硝酸盐、活性硅酸盐的贮备液若干毫升，经陈化海水逐级稀释配制成混合的标准工作曲线（以下简称工曲）溶液，混合的工曲中 NO2-浓度梯度为：0.00 mol/L、0.04 mol/L、0.08 mol/L、0.16 mol/L、0.40 mol/L、0.80 mol/L、1.60 mol/L；NO3-浓 度 梯 度 为：0.0 mol/L、1.0 mol/L、2.0 mol/L、4.0 mol/L、10.0 mol/L、20.0 mol/L、40.0 mol/L；PO43-浓度梯度为：0.00 mol/L、0.08 mol/L、0.16 mol/L、0.32mol/L、0.80mol/L、1.60mol/L、3.20mol/L；Si（OH）4浓度梯度为：0.0 mol/L、4.0 mol/L、8.0 mol/L、16.0 mol/L、40.0 mol/L、80.0 mol/L、160.0 mol/L。2.3.5比对样品的测定仪器调试：用去离子水作为仪器的载流，等基线稳定后，将显色管插入相应的试剂瓶中，先测试剂的空白值，确定试剂的吸收光值不超过 0.01 后，再把载流更换成陈化海水，重新等待基线稳定，分别调节各个通道的基线和增益，保存，再次等待基线稳定后开始进行比对样品的测量。样品测定：将标准系列溶液、质控样品、比对样品倒入样品杯，放入仪器自动进样器中，设定适宜的分析条件，运行已编好的运行文件，仪器将根据设定的运行文件测出比对样品中各项营养盐参数的浓度。运行过程中，需确保质控样品的测定值与标准值的相对误差不超过