研究目的
验证并优化一种光学原位方法,用于精确且准确地同步测量波罗的海咸淡水中的硝酸盐和硫化氢。
研究成果
使用OPUS传感器的原位紫外-可见分光光度法结合深海遥测技术,可在无需试剂的情况下,对波罗的海硝酸盐和硫化氢进行同步、近实时测量,其准确性与传统方法相当。该方法通过提供更高的空间分辨率和更快的数据采集速度来增强监测能力,有助于更好地评估海洋生态系统健康状况。未来工作应解决有色溶解有机物干扰问题,并提高针对陡峭梯度的采样率。
研究不足
该研究的局限性在于测量站点数量较少,可能影响结果的普适性。有色溶解有机物(CDOM)和颗粒物的潜在干扰未完全排除,因部分信号被归入多项式项。吸收率受压力影响的情况未被考虑,这在较大深度下可能较为显著。对于硫化氢测量而言,该方法准确性可能受pH值变化的影响。
1:实验设计与方法选择:
研究采用OPUS紫外光谱传感器进行硝酸盐和硫化氢的原位测量,结合深海遥测系统实现实时数据采集。通过多元线性回归(MLR)方法处理数据,分解吸收光谱并计算浓度,同时考虑干扰离子和温度效应的影响。
2:样本选择与数据来源:
数据采集自2018年2月在波罗的海进行的监测巡航,在多个站点(TF200、TF286、TF245)获取代表不同区域(波恩霍尔姆海盆、东哥得兰海盆、西哥得兰海盆)的数据。水样通过传统方法(分段流动分析仪测硝酸盐、亚甲蓝法测硫化氢)进行分析验证。
3:TFTF245)获取代表不同区域(波恩霍尔姆海盆、东哥得兰海盆、西哥得兰海盆)的数据。水样通过传统方法(分段流动分析仪测硝酸盐、亚甲蓝法测硫化氢)进行分析验证。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:OPUS紫外光谱传感器(德国TriOS公司)、深海遥测系统(德国Sea & Sun科技公司)、CTD系统(美国Sea-Bird电子公司SBE911Plus型)、ECO-FLNTU浊度传感器(美国WETLabs公司)、分段流动分析仪(奥地利Alliance仪器公司FlowSys型)、校准用标准溶液(硝酸盐、硫化氢、溴化物、氯化物、碳酸氢盐)及Milli-Q纯水作为参比。
4:实验流程与操作规范:
OPUS传感器安装于CTD采水器玫瑰轮上,在CTD剖面测量期间以0.3米/秒的下放速度部署。每20秒测量一次,积分时间256毫秒。通过遥测系统实现在线控制。实验室测量不同温度下各离子的校准光谱。现场部署时在选定站点进行剖面测量,同步采集水文数据(盐度、温度、溶解氧)及用于实验室分析的水样。
5:3米/秒的下放速度部署。每20秒测量一次,积分时间256毫秒。通过遥测系统实现在线控制。实验室测量不同温度下各离子的校准光谱。现场部署时在选定站点进行剖面测量,同步采集水文数据(盐度、温度、溶解氧)及用于实验室分析的水样。 数据分析方法:
5. 数据分析方法:采用MATLAB(R2014a版)中的MLR方法处理数据,解卷积吸收光谱时扣除干扰离子(氯化物、碳酸氢盐),并纳入硝酸盐、硫化氢、溴化物的校准光谱及散射多项式项。基于回归系数计算浓度,并根据温度和盐度进行校正。
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MMS spectrometer
MMS
Zeiss
High-end miniature spectrometer used in the OPUS sensor for spectral measurements.
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OPUS UV spectral sensor
OPUS
TriOS GmbH
Used for in situ ultraviolet spectrophotometric measurements of nitrate and hydrogen sulfide concentrations in seawater.
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CTD system
SBE911Plus
Sea-Bird Electronics Inc.
Used for measuring conductivity, temperature, and depth during profiling.
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ECO-FLNTU sensor
ECO-FLNTU
WETLabs
Used for measuring turbidity at 700 nm.
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Segmented flow analyzer
FlowSys
Alliance Instruments
Used as a reference method for spectrophotometric detection of nitrate.
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Deep-sea telemetry system
Sea & Sun Technology GmbH
Used for online control and data transmission of the OPUS sensor during CTD profiling.
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