HYT 133-2010 海水中顆粒物和黃色物質(zhì)光譜吸收系數(shù)測量 分光光度法

中華人民共和國海洋行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)海水中顆粒物和黃色物質(zhì)光譜吸收系數(shù)測量分光光度法Determinationofspectralabsorptioncoeffic2010-02-10發(fā)布I本標(biāo)準(zhǔn)的附錄A、附錄B為規(guī)范性附錄，附錄C為資料性附錄。本標(biāo)準(zhǔn)由國家海洋技術(shù)中心提出。本標(biāo)準(zhǔn)由全國海洋標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC283)歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：國家海洋技術(shù)中心遙感技術(shù)研究室。本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：周虹麗、陳清蓮、李銅基、朱建華。Ⅱ隨著海洋光學(xué)調(diào)查技術(shù)的不斷發(fā)展，海水中顆粒物和黃色物質(zhì)光譜吸收系數(shù)已經(jīng)成為海洋光學(xué)調(diào)查中廣泛測量的參數(shù)之一。深入了解海水中顆粒物和黃色物質(zhì)光譜吸收特性不僅是海洋光學(xué)遙感定量化應(yīng)用的基礎(chǔ)，也有助于我們更深入地了解生物-光學(xué)模型、離水輻射特性和輻射在水中的傳輸規(guī)律。目前，國內(nèi)有多家單位采用分光光度法測量海水中顆粒物和黃色物質(zhì)光譜吸收系數(shù)，也已獲得了大量寶貴的海上試驗數(shù)據(jù)，但由于國內(nèi)沒有該方法的測量標(biāo)準(zhǔn)，不同單位沒有統(tǒng)一的測量方法，大量數(shù)據(jù)無法共享，造成了資源的浪費。制定海水中顆粒物和黃色物質(zhì)光譜吸收系數(shù)測量方法的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以明確測量范圍和對象，規(guī)范測量程序和方法，提高測量水平和質(zhì)量，共享測量數(shù)據(jù)。1海水中顆粒物和黃色物質(zhì)光譜吸收系數(shù)測量分光光度法1范圍本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了海水中顆粒物和黃色物質(zhì)光譜吸收系數(shù)測量時的試劑與材料、儀器、分析步驟、數(shù)據(jù)處理和試驗報告內(nèi)容。本標(biāo)準(zhǔn)適用于采用分光光度法進(jìn)行海水中顆粒物和黃色物質(zhì)光譜吸收系數(shù)的測量。2規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單(不包括勘誤的內(nèi)容)或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。GB17378.3海洋監(jiān)測規(guī)范第3部分：樣品采集、貯存與運輸HY/T040—1996系列采水器GB/T5458—1997液氮生物容器3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。海水中以懸浮顆粒形式存在的浮游植物、細(xì)菌、浮游微生物、有機物碎屑和無機顆粒物(沙子、塵埃非色素顆粒物de-pigmentedparticles,nonalgalparticles顆粒物去除浮游植物色素后的產(chǎn)物。黃色物質(zhì)yellowsubstance,coloreddissolvedorganicmatter(CDOM),chromoganicmatter,gelbstoff海水溶解有色有機物質(zhì)中的一類結(jié)構(gòu)未知的復(fù)雜高分子量化合物的混合物，如腐殖酸等。光學(xué)密度opticaldensity在給定波長上入射到單位體積的輻射功率與該體積發(fā)出的散射和直射透過輻射功率總和之比的以10為底的對數(shù)。光譜吸收系數(shù)spectralabsorptioncoefficient吸收的與入射的輻射能通量或光通量的光譜密集度之比。光程放大校正因子pathlengthamplificationcorrection濾紙上多次散射引起的光程增大校正的系數(shù)。2分光光度法測量溶液光譜吸收系數(shù)的原理基于朗伯-比爾(Lambert-Beer)中，它的具體形式為：a;——總吸收系數(shù)，單位為每米(m-1);aw——水吸收系數(shù)，單位為每米(m-1);am——浮游植物色素吸收系數(shù)，單位為每米(m-1);aa——非色素顆粒物吸收系數(shù)，單位為每米(m-1);a?——黃色物質(zhì)吸收系數(shù)，單位為每米(m-1),定律。在海洋水色研究分光光度法測量海水中各成分的光譜吸收系數(shù)，涉及到對兩種物質(zhì)形態(tài)要素的測量：一種是對固態(tài)形式的顆粒物與非色素顆粒物吸收光學(xué)密度的測量；另一種是對液態(tài)形式的黃色物質(zhì)吸收光學(xué)密度的測量。后者可直接應(yīng)用分光光度法測量原理；而前者則采用定量濾紙技術(shù)(QuantitativeFilterTech-nique,QFT),即將海水中的顆粒物過濾富集在濾紙上，在數(shù)據(jù)處理過程中對濾紙媒質(zhì)高散射引起的光程放大效應(yīng)(β)進(jìn)行定量校正，獲得顆粒物的光譜吸收系數(shù)。5試劑和材料試劑和材料如下所示，除非另有說明，在分析中僅使用確認(rèn)為分析純的試劑和去離子水或相當(dāng)純度5.1玻璃纖維濾紙：直徑25mm或47mm,孔徑0.7μm;5.2聚碳酸酯濾紙：直徑25mm或47mm,孔徑0.20μm或0.22μm;6儀器6.1紫外-可見分光光度計：測光方式：雙光束；波長范圍包含400nm～700nm(在儀器允許條件下包含790nm～800nm);基線噪聲小于0.0005;波長準(zhǔn)確度：±0.5nm;6.2采水器：擊開式采水器，見HY/T040—1996;6.3液氮生物容器：見GB/T5458—1997;6.4玻璃樣品瓶；6.5聚乙烯樣品瓶；6.6抽濾裝置：包括濾器、支架、抽濾瓶和真空泵；6.7常規(guī)實驗室分析工具：通用；6.8無菌樣品盒，直徑25mm或47mm。7分析步驟7.1操作流程海水中顆粒物和黃色物質(zhì)光譜吸收系數(shù)的操作流程如圖1所示。3水樣采集水樣采集顆粒物樣品過濾顆粒物樣品濾紙保存非色素顆粒物樣品制備分光光度計測量非色素顆粒物光學(xué)密度(ODa)海上現(xiàn)場操作黃色物質(zhì)樣品過濾分光光度計測量黃色物質(zhì)計算得到顆粒物光譜計算得到非色素顆粒物光譜吸收系數(shù)(a?)計算得到黃色物質(zhì)光譜吸收系數(shù)(ag)實驗室分析圖中：OD——顆粒物濾紙光學(xué)密度；OD?a——非色素顆粒物濾紙光學(xué)密度；OD?——黃色物質(zhì)光學(xué)密度；ag——黃色物質(zhì)光譜吸收系數(shù)，單位為每米(m-1);a,——顆粒物吸收系數(shù)，單位為每米(m-1);aa——非色素顆粒物光譜吸收系數(shù)，單位為每米(m-1)。圖1海水中顆粒物和黃色物質(zhì)光譜吸收系數(shù)操作流程7.2試驗前準(zhǔn)備試驗前準(zhǔn)備步驟如下：a)準(zhǔn)備采水器(6.2);b)準(zhǔn)備存放顆粒物樣品的無菌樣品盒(6.8);c)將玻璃樣品瓶(6.4)浸泡在鹽酸(5.4)中12h之后，先用50mL水分別沖洗玻璃瓶三次，再用15mL水分別沖洗玻璃樣品瓶三次，用鋁箔封住瓶口，將瓶子在450℃烘烤(4～6)h;將瓶蓋在d)將聚乙烯樣品瓶(6.5)浸泡在鹽酸(5.4)中12h之后，先用50mL水分別沖洗聚乙烯樣品瓶三次，再用15mL水分別沖洗聚乙烯樣品瓶三次，用鋁箔封住瓶口，將瓶子和瓶蓋在50℃烘烤e)準(zhǔn)備水樣采集信息的記錄表格。7.3現(xiàn)場操作7.3.1海水樣品采集海水樣品的采集步驟如下：a)按照試驗要求，用采水器采集水樣，采樣深度根據(jù)具體的測量要求而定，按照GB17378.3的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行；b)將水樣從采水器中立即轉(zhuǎn)移到按7.2.c)處理的玻璃瓶中，保存在環(huán)境溫度接近現(xiàn)場水溫的避光處；c)記錄水樣采集的相關(guān)信息，記錄表格見附錄A。47.3.2顆粒物樣品過濾與保存顆粒物樣品過濾與保存的操作步驟如下：a)用鹽酸浸泡聚碳酸酯濾紙15min,再用水沖洗浸泡好的濾紙三次；b)將浸泡好的聚碳酸酯濾紙固定在抽濾裝置上，過濾足夠的海水，作為備用海水；c)將所有玻璃纖維濾紙在過濾好的備用海水中浸泡1h;d)將浸泡好的玻璃纖維濾紙固定在抽濾裝置上，在近似等于166.25hPa的真空度下，將25mL7.3.2.b)得到的備用海水過濾到兩片玻璃纖維濾紙上，作為參比濾紙；e)在近似等于166.25hPa的真空度下，將采集到的海水過濾到玻璃纖維濾紙上，得到顆粒物樣品濾紙。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場海水中顆粒物的濃度，確定過濾海水的體積在50mL～2000mL,過濾海水的體積應(yīng)滿足顆粒物樣品濾紙的光學(xué)密度OD(675)大于0.05小于等于0.25、OD(440)小于等于0.4的要求；f)將7.3.2.d)得到的參比濾紙和7.3.2.e)得到的顆粒物樣品濾紙分別平整的轉(zhuǎn)移到貼有標(biāo)簽的無菌樣品盒(6.8)中，標(biāo)簽上應(yīng)寫明站位號和采水深度，無菌樣品盒中事先應(yīng)滴一滴備用海水，用錫紙包裹無菌樣品盒，將無菌樣品盒放入液氮生物容器(6.3)中保存；g)記錄7.3.2.e)得到的顆粒物樣品濾紙部分的面積A;和過濾海水的體積V;,記錄表格見附7.3.3黃色物質(zhì)樣品過濾與保存7.3.3.1黃色物質(zhì)樣品過濾與保存的操作步驟如下：a)將0.2μm的聚碳酸酯濾紙浸泡在鹽酸中15min,再用水沖洗浸泡好的濾紙三次，待用；b)將7.3.3.1.a)準(zhǔn)備好的聚碳酸酯濾紙固定在抽濾裝置上，在近似等于159.6hPa的真空度下，過濾約100mL水沖洗按7.2.c)準(zhǔn)備的玻璃樣品瓶后倒出，再次過濾約75mL水到玻璃樣品瓶，作為參比水待用；c)在近似等于159.6hPa的真空度下，過濾約100mL的海水樣品沖洗按7.2.c)準(zhǔn)備的玻璃樣品瓶后倒出，然后過濾75mL海水樣品到玻璃樣品瓶中，得到黃色物質(zhì)樣品溶液；d)將7.3.3.1.c)得到的黃色物質(zhì)樣品溶液放在陰暗處保存待測，并記錄相關(guān)信息，記錄表格見附錄B。7.3.3.2現(xiàn)場無條件將黃色物質(zhì)樣品過濾與保存，應(yīng)將175mL海水樣品轉(zhuǎn)移到7.2.d)準(zhǔn)備的聚乙烯樣品瓶，保存在液氮生物容器中，并記錄相關(guān)信息，記錄表格見附錄B。7.4實驗室樣品前處理與樣品的光學(xué)密度測量7.4.1顆粒物光學(xué)密度測量——光透射測量法顆粒物光學(xué)密度測量采用光透射測量方法，測量步驟如下：a)接通實驗室電源，啟動分光光度計，預(yù)熱30min;b)啟動分光光度計操作軟件，設(shè)置測量參數(shù)；c)從液氮生物容器中取出經(jīng)7.3.2.f)處理的無菌樣品盒，在避光處將參比濾紙和顆粒物樣品濾紙解凍至室溫，待測；d)測量空氣對空氣的光學(xué)密度光譜，譜線應(yīng)平直，噪聲應(yīng)低于±0.0005;e)將解凍好的兩片參比濾紙分別放在分光光度計的樣品光路和參比光路上，校正分光光度計，得到的光學(xué)密度光譜譜線應(yīng)平直，在整個測量波長范圍內(nèi)應(yīng)低于±0.005,測量得到參比濾紙的光學(xué)密度ODu(λ)f)從樣品光路上移開參比濾紙，替換成解凍好的顆粒物樣品濾紙，樣品附著面向入射光，測量顆粒物樣品的光學(xué)密度OD(λ)。57.4.2非色素顆粒物樣品制作與光學(xué)密度測量7.4.2.1非色素顆粒物樣品制作——甲醇提取法非色素顆粒物樣品的制作步驟如下：a)用鹽酸浸泡聚碳酸酯濾紙15min,再用水清洗浸泡好的濾紙三次；b)將浸泡好的聚碳酸酯濾紙固定在抽濾裝置上，過濾足夠的海水作為備用海水；c)將按7.4.1步驟測量過光學(xué)密度的顆粒物樣品濾紙和參比濾紙分別放回到抽濾裝置上；d)靠近過濾器邊緣向濾紙上緩慢倒入5mL～10mL甲醇(5.3),靜置1min;e)過濾掉甲醇?？拷^濾器邊緣再次向濾紙上緩慢倒入10mL～15mL甲醇，靜置1h;f)過濾掉甲醇。用少量甲醇沿著過濾器邊緣沖洗濾紙兩次，用20mL7.4.2.1.b)得到的備用海水沖洗濾紙三次，得到非色素顆粒物樣品濾紙。7.4.2.2非色素顆粒物的光學(xué)密度測量非色素顆粒物光學(xué)密度的測量步驟與顆粒物光學(xué)密度的測量步驟相同，將7.4.1中的顆粒物樣品濾紙換成非色素顆粒物樣品濾紙即可。7.4.3黃色物質(zhì)光學(xué)密度測量7.4.3.1黃色物質(zhì)樣品光學(xué)密度測量的操作步驟如下：a)接通實驗室電源，啟動分光光度計，預(yù)熱30min;b)啟動分光光度計操作軟件，設(shè)置測量參數(shù)；c)測量空氣對空氣的光學(xué)密度光譜，譜線應(yīng)平直，噪聲應(yīng)低于±0.0005;d)將10cm的比色皿盛滿水，放入分光光度計的參比光路和樣品光路，校正分光光度計，得到的光學(xué)密度光譜譜線應(yīng)平直，在整個測量波長范圍內(nèi)應(yīng)低于±0.0005;e)將樣品光路中比色皿里的水倒掉，用7.3.3.1.b)得到的參比水沖洗比色皿三次，裝滿參比水，測量參比水相對于水的光學(xué)密度ODb。(λ);f)將樣品光路中比色皿里的參比水倒掉，用7.3.3.1得到的黃色物質(zhì)樣品溶液沖洗比色皿三次，在比色皿中裝滿黃色物質(zhì)樣品溶液，測量樣品的光學(xué)密度OD,(λ)。7.4.3.2現(xiàn)場只將海水樣品保存，應(yīng)從液氮生物容器中取出樣品，放入恒溫水浴箱中，恢復(fù)至室溫。按照7.3.3.1a)～c)步驟處理海水樣品，得到黃色物質(zhì)樣品溶液。按照7.4.3.la)～f)測量黃色物質(zhì)樣品溶液的光譜吸收系數(shù)。7.4.4注意事項分光光度法測量海水中顆粒物和黃色物質(zhì)光譜吸收系數(shù)的注意事項如下：a)操作前將手清洗干凈，不應(yīng)用手直接觸摸樣品，以免污染樣品；b)在測量顆粒物和非色素顆粒物光譜吸收系數(shù)時，濾紙在分光光度計中的位置應(yīng)保持紋理方向一致；c)在顆粒物測量的過程中，隨著時間推移，參比濾紙會變干，應(yīng)定期在濾紙背面滴入備用海水，以保持參比濾紙適當(dāng)?shù)乃闲裕籨)甲醇提取色素時應(yīng)避免直接用甲醇沖洗樣品，防止顆粒分布不均；e)比色皿事先應(yīng)在鹽酸中浸泡，并用水徹底清洗，使用前應(yīng)擦干光學(xué)透光面，確定其已干凈，且沒有氣泡；f)用于測量的樣品應(yīng)至少是比色皿體積的四分之三以上；g)黃色物質(zhì)樣品溶液與參比水應(yīng)保持相同的溫度；h)測量過程中，每隔1h～2h應(yīng)檢查一次儀器的基線；i)如因特殊情況需要重新啟動或設(shè)置分光光度計時，應(yīng)重新掃描基線。6 (2)β={C?+C?[OD(λ)-OD.p]}- (3)非色素顆粒物光譜吸收系數(shù)aa(λ)的計算公式與顆粒物光譜吸收系數(shù)計算公式相同，將式中的OD(à)和ODulp置換成7.4.2.2中得到的ODa(à)和ODl,a。 (4)l——比色皿的長度(通常為0.1m),單位為米(m);ODulg——在長波段可見光或近紅外波段黃色物質(zhì)吸收系數(shù)的殘余校正，清潔水體取590nm~每個站位采集一個或多個平行樣，每航次至少應(yīng)有30%的站位采集平行樣，計算光譜吸收系數(shù)測7x——吸收系數(shù)測量值，單位為每米(m-1);x——吸收系數(shù)測量平均值，單位為每米(m-1)。用RSD。、RSDa和RSD。分別表示顆粒物光譜吸收系數(shù)、非色素顆粒物光譜吸收系數(shù)和黃色物質(zhì)光譜吸收系數(shù)的相對標(biāo)準(zhǔn)差。9試驗報告海水中顆粒物和黃色物質(zhì)光譜吸收系數(shù)測量的試驗報告應(yīng)包括以下內(nèi)容：a)使用的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)包括發(fā)布或出版年號；b)試驗結(jié)果，包括各單次試驗結(jié)果和它們的平均值，按第7章的規(guī)定計算；c)與規(guī)定的分析步驟的差異；d)在試驗中觀察到的異常現(xiàn)象；e)試驗日期。8(規(guī)范性附錄)海水中顆粒物樣品采集表海水中顆粒物樣品采集表見表A.1。表A.1海水中顆粒物樣品采集表日期時間m過濾體積V:富集有顆粒物的濾紙面積A;9(規(guī)范性附錄)海水中黃色物質(zhì)樣品采集表海水中黃色物質(zhì)樣品采集表見表B.1。表B.1海水中黃色物質(zhì)樣品采集表日期時間m(資料性附錄)光程放大校正因子計算經(jīng)驗系數(shù)光程放大校正因子計算經(jīng)驗系數(shù)見