基本介紹
- 中文名：溶解鐵
- 外文名：dissolved iron
海水中的溶解鐵及其有機配體,海水中鐵的存在形態,海水中鐵的有機配體,硅藻土中溶解鐵分析方法,原理,儀器,試劑,操作步驟,說明與討論,
海水中的溶解鐵及其有機配體
海水中鐵的存在形態
鐵在海水中以多種形態存在，其物理形態的劃分是一種操作定義，即通過不同孔徑濾膜進行過濾的得到，一般以0.40或者0.20μm的濾膜進行過濾。當前對存在物理形態的劃分並沒有達成完全一致。但是，人們習慣地把鐵的物理形態劃分為三類，即溶解態的鐵、顆粒態的鐵以及膠體態的鐵。
通過0.40μm濾膜過濾的海水中的鐵定義為溶解態的鐵，不能通過的部分稱為顆粒態的鐵。其中，溶解態的鐵又進一步劃分，可溶性的鐵和膠體態的鐵。Wu和hither C把0.20-0.40μm濾膜之間的部分定義為膠體態的鐵，即海水先通過0.40μm濾膜，然後再通過0.20μm濾膜，這樣得到的那部分溶解態的鐵。Cullen等把0.2-0.4μm濾膜之間的部分為膠體態的鐵，而把小於0.02μm的濾膜過濾得到的那部分鐵定義為可溶性態的Fe。其中，在總溶解態鐵中，膠體態的鐵所的比例很大，為30~91%。
對熱帶北大西洋部分海域鐵的形態進行研究，結果發現在表層溶解態鐵的組分中，膠體態鐵的比例為80±7%，在葉綠素最大值水深處，膠體態鐵的含量最小或者幾乎不存在，這表明在該水深處，膠體態的鐵容易被浮游植物吸收利用或者容易被遷移或者被顆粒物吸附聚結。在補償深度，可溶性的鐵是溶解態鐵的主要組成成分，在亞熱帶渦旋站位，其占總溶解態鐵的76，在低氧區海域，其占總溶解態鐵的56%。
海水中鐵的有機配體
許多研究表明大洋中99%以上的溶解態Fe是以有機配合體形態存在的。有關大洋中鐵的有機配體的研究較多，而對沿岸水體中鐵的有機配體的研究較少。目前研究表明這些有機物對海水中鐵的遷移轉化有重要影響：比如減少其被顆粒物吸附清除，促進大洋上層大氣中氣溶膠態鐵的溶解，增大鐵的溶解度，影響海洋生物對鐵的吸收利用。為了研究鐵一有機質配合機制、測定海水中鐵的有機配體的含量以及穩定常數，多採用競爭配體平衡一陰極溶出伏安法。與此同時，鐵一有機配體形成及分解的動力學研究也取得很好的進展。
海水中鐵的有機配體主要有鐵載體葉，琳化合物，腐殖質，糖類等。鐵載體是一種低分子量強有機配體，對鐵有著高親和力和特異性，能夠與鐵的弱配位體競爭，形成強配位化合物，具有很高的生物活性。它主要由海洋中異養細菌及淡水藍藻產生，在鐵限制海區，能夠起到補充Fe的作用。葉琳化合物是生物體內的一種具有共扼大環狀結構的金屬有機化合物，在病毒作用下以及被浮遊動物捕食浮游植物時，浮游植物細胞發生分裂並釋放葉琳化合物到海水中。腐殖質（HS）是一種混合有機質，普遍存在於海洋環境中，是主要的疏水性有機質組分，起著重要的調節作用。傳統意義上認為，HS通過絮凝作用在鐵的循環過程中起到了遷移載體的作用。根據Fe-HS配合物的穩定性和溶解性，Fe-HS在深層大洋水以及沿海海水中對鐵循環起著很至關重要的作用。糖類又稱碳水化合物，是大洋表層水中含量最豐富，且具有生物活性的溶解有機質。
當前有關有機質對鐵的影響，對大洋研究較多，但沿海水域中有機質對鐵溶解度影響研究很少。鐵的有機配體的來源主要包括陸源輸入、河流輸入、冰雪融化、海底熱液活動及顆粒物分解、浮游植物的產生、細菌分解等。
大洋與沿岸海水中的有機質存在的幾個明顯不同。對於大洋水中的有機物，主要來源是大洋內部自身，即內源有機質；表層有機質主要由細菌病毒分解生物顆粒，動物補食浮游植物時釋放，陸源沉積物降解，冰雪融化等過程產生；而對於深層水而言，有機質的主要來源於永久性有機質，如腐殖質降解，沉積物的分解以及熱液活動。由這些過程產生的有機質的分子大多為簡單分子，化學分子量比較小，而且結構簡單明確，並且含有特殊芳香族、異輕肪酸、兒茶酚胺等官能團；濃度比沿海小。除此之外，大洋水中的有機物對鐵的選擇性很高，親和力強，從而使反應迅速達到平衡，並且可通過熱力學動力學方法來研究這些有機配合物以及反應平衡時鐵的化學形態。
沿岸水中鐵有機配體的主要種類為陸源有機質，通過河流輸入進入海洋，特別是腐殖質（HS）的輸入。與大洋中鐵的有機配體性質相比，由於受陸源的影響較大，沿岸水中這些有機配體含量比較高，且成分複雜；官能團多，可與鐵以及其他元素進行不同反應。
硅藻土中溶解鐵分析方法
鐵是一種氧化觸劑，對啤酒的口味及穩定性有著嚴重的負面影響。硅藻土的行業標準中只規定了三氧化二鐵的標準，沒有多大的參考意義，啤酒企業關心的是硅藻土在啤酒中能溶出的鐵，即溶解鐵。如何進行硅藻土溶解的測定，國標中並無統一的分析方法。為了規範硅藻土的質量控制標準，進行了硅藻土中溶解鐵分析方法的摸索，經過大量試驗，確定了硅藻土中溶解鐵的分析方法，並制定了硅藻土的溶解鐵內控標準。
原理
三價鐵用抗壞血酸還原為二價鐵，二價鐵與鄰菲羅琳生成紅色絡合物，在505nm波長下測其吸光度，由此得出鐵的含量。一定量的啤酒與硅藻土充分接觸後，用定量濾紙過濾，通過濾液的鐵含量可得出硅藻土中溶解鐵含量。
儀器
1）可見光分光光度計。
2）恆溫水浴鍋。
試劑
1）顯色劑（鄰菲鑼琳溶液）：將1.5g鄰菲鑼琳水合物溶解於500mL蒸餾水中，加熱至70℃。
2）鐵標準溶液（1g/L）：稱取3.512g硫酸亞鐵錢於小燒杯中，溶解後轉入soomL容量瓶中，加入0.1mL濃鹽酸，再用蒸餾水定容至刻度，搖勻。
3）抗壞血酸。
4）定量濾紙（不含鐵）。
操作步驟
（1）繪製標準曲線，確定校準係數：
1）吸取lmL鐵標準溶液定容至100mL，搖勻，於100mL容量瓶中，分別吸取0；0.5；1.0：2.5；5.0；10.0此液定容至刻度。其濃度分別為0.0；0.05；0.10：0，25：0.50；1.00ppm。
2）從上述每份溶液中取25mL於50mL比色管中，加2.0mL顯色劑和25mg抗壞血酸，搖勻，然後加熱至60℃，停留15min，冷卻。
3）以0.0ppm鐵標準溶液（即第一支比色管的樣）為參比，在SO5nm波長下測其吸光度。
4）以鐵標準溶液為縱坐標，吸光度為橫坐標繪製標準曲線。
（2）稱取0.29硅藻土於100mL除氣啤酒中，充分搖勻，靜置10min後，用定量濾紙進行過濾，得濾液A；同時，直接用除氣啤酒進行過濾，得濾液B。
（3）吸取25mL濾液A和B於兩支50mL比色管中，分別加2mL顯色劑，再分別加入25mg抗壞血酸，蓋上塞子，於60℃加熱15min。冷卻後，以B溶液的樣為參比，在505nm波長下測其吸光度。
說明與討論
（1）濾紙的檢驗：在濾紙上點滴顯色劑，並加少許抗壞血酸，觀察濾紙是否變色，變色則含鐵，未變色則不含鐵。
（2）不能用pH值異常的啤酒作溶劑，最好選用pH4.1±0.1的啤酒作溶劑。
（3）最初用pH4.0的緩衝溶液作溶劑溶解硅藻土，後來又用除氣啤酒替代了pH4.0的緩衝溶液，後者更方便、直觀，也更有參考意義。pH4.0緩衝溶液所測溶解鐵的結果比啤酒所測溶解鐵的結果要高。
（4）為了嚴格控制硅藻土的質量，以該方法檢測的硅藻土溶解鐵含量最好控制在50ppm以下。
（5）稱取0.2g硅藻土是為了近似模仿過濾過程的硅藻土耗量。
（6）由於預塗過程可洗出部分溶解鐵，故實際過濾過程中啤酒鐵的增加量低於理論計算的鐵增加量。
