天然水中難分解性・準分解性および易分解性有機炭素のHPLCによる定量法の開発

天然水中持久性、半降解和易降解有机碳的HPLC定量方法的建立

• 批准号: 14740406
• 负责人: 杉山 裕子
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: University of Hyogo (2004)Himeji Institute of Technology (2002-2003)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14740406/
• 关键词: 溶存有機物; HPLC; 定量; HPLC-SEC; 琵琶湖; 溶存有機炭素; 分子量分画

本研究は、天然水中に溶存する有機物を分子サイズにより分画し、それぞれの分画の季節的な濃度の変動や、安定性などについて詳しく調べるとともに、それぞれの分画をHPLC-SECにより簡易的に定量できるかどうかを検討することを目的として行なった。分子サイズ分画は限外濾過装置(Millipore-Pellicon-2 mini Cassette)を用いて行なった。濾過膜面積は0.1m^2、膜洗浄はメーカー(Millipore)が推奨している方法に従った。膜には15L以上の超純水を通し、試料の濾過の前に膜を通ったMilli-Q水の有機炭素量が0mgCl^<-1>であることを確認した。試料は、先ず50kDaの濾過膜によって濾過し、次に5kDaの濾過膜によって濾過した。濾過によって分画した試料を、分画a(a>50kDa)、分画b(5kDa<b<50kDa)、分画c(c<5kDa)とした。各分画の溶存有機炭素濃度を測定すると共に、三次元励起蛍光スペクトル(EEM)を測定した。分子量5kDa以下の低分子量の分画は琵琶湖水中溶存有機物の大部分を占め、水深や季節によって0.49〜1.48mgCl^<-1>と幅広い変動を見せた。特に8〜10月、夏季の水深15m付近までの表層では、平均して約1.3mgCl^<-1>という比較的高い濃度で存在しており、鉛直方向での濃度変動が見られた。表層での濃度上昇は、表層での生物活動、あるいは河川からの流入負荷によるものであると考えられた。また、1、2月、冬の循環期になると鉛直方向での濃度変動はあまり見られず、表層から低層まで約1.0mgCl^<-1>の一定濃度で存在した(Feb:7.5mを除く)。一方、中分子量の分画は、鉛直方向での濃度の変動も、季節的な濃度の変動もあまり見られず、約0.14mgCl^<-1>の濃度で存在した。高分子量の分画は、3分画のうちでは、0.10mgCl^<-1>程度という最も低い濃度で中層付近に比較的多く存在していた。春季・夏季の表層に一時的な濃度の増加が見られるが、深層(40m〜70m)では、1年を通じて0.04mgCl^<-1>の値でほぼ一定の濃度を示した。高分子量分画には腐植物質やタンパクに起因する蛍光ピークが観測された。このうち、腐植物質についてはHPLC-SECにより分離され、蛍光検出器により検出されたピーク面積から、有機炭素濃度を簡易的に計算することができた。計算結果から、腐植物質は湖の低層で最大40%を占めることが分かった(Limnology, submitted)。その他の蛍光物質はピーク面積と有機炭素濃度の相関を得ることは難しく、また、蛍光をもたない有機物に関しても、フォトダイオードアレイ検出器により得られた220nmにおける吸収ピーク面積と溶存有機体炭素濃度の間にはっきりした相関は認められなかった。

在这项研究中，溶解在天然水中的有机物按分子大小进行分级，详细研究了每个级分的季节性浓度波动和稳定性，并使用 HPLC-SEC 对每个级分进行了简单分析。可以量化使用超滤装置（Millipore-Pellicon-2 mini Cassette）进行分子大小分级。过滤膜面积为0.1 m^2，按照制造商（Millipore）推荐的方法清洗膜。使超过15L的超纯水通过膜，在样品过滤前确认通过膜的Milli-Q水的有机碳含量为0mgCl^-1。样品首先通过 50 kDa 滤膜过滤，然后通过 5 kDa 滤膜过滤。通过过滤分级的样品被指定为级分a(a>50kDa)、级分b(5kDa<b<50kDa)和级分c(c<5kDa)。除了测量每个级分的溶解有机碳浓度外，还测量了三维激发荧光光谱（EEM）。分子量小于5kDa的低分子量部分占琵琶湖水中溶解有机物的大部分，并且根据水深和季节显示出从0.49到1.48mgCl^-1的广泛变化。特别是在8月至10月的表层和夏季15m左右深度处，平均以约1.3mgCl^-1的较高浓度存在，并且观察到垂直方向的浓度波动。表层浓度的增加被认为是由于表层生物活动或河流流入负荷造成的。另外，1月、2月和冬季环流期间，垂直浓度波动不大，从表层到下层浓度恒定在1.0 mgCl^<-1>左右（不含2月：7.5米）。另一方面，中等分子量级分以大约0.14mgCl 2 -1 的浓度存在，没有观察到垂直或季节浓度波动。在这三个级分中，高分子量级分的浓度最低，约为0.10mgCl ^ -1 ，并且在中层附近相对丰富。春、夏季表层浓度暂时升高，而深层(40m～70m)浓度全年几乎恒定在0.04mgCl^-1。在高分子量级分中观察到由腐殖质和蛋白质引起的荧光峰。其中，腐殖质通过HPLC-SEC分离，并且可以通过荧光检测器检测到的峰面积轻松计算出有机碳浓度。计算表明，腐殖质占湖泊下层的 40%（Limnology，已提交）。对于其他荧光物质，很难获得峰面积和有机碳浓度之间的相关性，即使对于不具有荧光的有机物质，也可以通过光电二极管阵列检测器获得220 nm处的吸收峰面积和溶解有机碳浓度很难获得它们之间的明确相关性。