磷是地表最重要的生命元素之一。在自然界中，磷主要以+5价正磷酸盐形式存在，且除³¹P以外无其他稳定同位素。因此，磷的来源识别与生物地球化学循环过程解析是世界性难题。磷酸盐中的氧有三个稳定同位素，借助磷酸盐的氧同位素组成（δ¹⁸O_P）示踪磷的物质来源和地球化学循环已被证明是一种有潜力的新手段。由于δ¹⁸O_P技术开发起步晚，国际上尚未形成成熟可靠的淡水环境样品δ¹⁸O_P前处理方法，制约了对淡水生态系统中磷的来源辨识及地球化学循环过程的示踪研究。

　　近期，中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室陈敬安研究员团队王敬富研究员在前期研究（Sci. Total Environ., 2019；J. Environ. Manage., 2021；Appl. Geochem., 2021）基础上，针对淡水沉积物中磷的赋存形态多、不同形态磷提取液成分差异大分离纯化难等问题，成功开发了一套沉积物四种形态磷的δ¹⁸O_P分析方法。结果表明：1）该方法操作简单、耗时少、磷回收率高，通过引入选择性吸附凝胶取代传统镁诱导共沉淀（MAGIC）方法，使后续处理大幅简化，将时间消耗减少到约10天。2）强调了Ag₃PO₄冷冻干燥后进行真空烘焙的必要性，以消除残留的含氧杂质（如NO₃^-、Ag₂O和有机物）。3）显微学和光谱学证据证实，该方法获得的终产物Ag₃PO₄纯度高，与传统方法的比较显示，预处理过程中磷酸盐不发生明显同位素分馏。该方法还可以扩展到对全球不同地质时期水生生态系统多种形态磷的来源识别和生物地球化学循环的更广泛研究，有望深化对全球磷循环及效应的理解。

图1 沉积物样品δ¹⁸O_P分离纯化前处理流程

上述研究成果以“A Novel Pretreatment Method for Analysis the Oxygen Isotopic Compositions of Inorganic Phosphorus Pools in Freshwater Sediment”为题发表在环境科学与生态学领域著名期刊《Water Research》上。

本研究受到中国科学院战略先导专项（XDB40020400）、国家重点研发计划（2021YFC3201000、2023YFF0806000）、国家自然科学基金（41773145、41907279）和中国科学院青年创新促进会优秀会员（Y2023105）等项目资助。

系列论文清单：

[1] Zuxue Jin, Jingfu Wang, Dengjun Wang, Shuoru Qiu, Jiaojiao Yang, Wen Guo, Yiming Ma, Xinping Hu, Jingan Chen. A novel pretreatment method for analysis the oxygen isotopic compositions of inorganic phosphorus pools in freshwater sediment. Water Res., 2024.

原文链接: https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122123

[2] Identification of the sources of different phosphorus fractions in lake sediments by oxygen isotopic composition of phosphate. Appl. Geochem., 2023.

原文链接: https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2023.105627

[3] Method for phosphate oxygen isotopes analysis in water based on in situ enrichment, elution, and purification. J. Environ. Manage., 2021.

原文链接: https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2020.111618

[4] Method for analyzing the oxygen isotope composition of HCl-extractable inorganic phosphate in sediments and soils. Appl. Geochem., 2021.

原文链接: https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2021.104978

[5] Pretreatment method for the analysis of phosphate oxygen isotope of different phosphorus fractions in freshwater sediments. Sci. Total Environ., 2019.

原文链接: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.05.238 

（陈敬安团队 金祖雪/供稿）