时间：2024-11-25 13:20:44
摘要： 承接上篇，本文重点聚焦于核磁共振定量测定技术在海洋石油烃类、有机污染物和重金属检测等具体海洋污染物分析中的应用实例展示，进一步凸显该技术在海洋环境监测中的实用价值，最后对其未来在海洋环境监测领域的发展趋势进行了全面展望，为海洋环境保护技术的进步提供前瞻性思考。
三、在海洋污染物分析中的应用
（一）石油烃类分析
石油烃类物质在海洋环境污染物中占据着极为突出的地位，是最为常见且危害程度极为严重的一类污染物。其主要来源包括海上石油开采作业过程中的意外泄漏、石油运输环节（如油轮泄漏事故）以及陆源石油污染物通过地表径流等方式大量涌入海洋等。核磁共振定量测定技术在石油烃类污染物的分析检测工作中发挥着至关重要的作用。石油烃类分子的化学结构组成较为复杂多样，涵盖了饱和烃（例如直链烷烃、支链烷烃等）、芳香烃（如单环芳烃、多环芳烃）以及它们的各类衍生物等不同类型。由于不同类型的氢原子在分子中所处的化学环境存在着显著的差异，这种差异在核磁共振氢谱（¹H NMR）中会表现为截然不同的化学位移和峰形特征。
以某一实际发生的海洋溢油事故为例，在对该事故发生后受污染海域的海水和沉积物样品进行分析检测时，研究人员首先选取了合适的有机溶剂（如正己烷 - 二氯甲烷混合溶剂），利用其对样品中的石油烃类物质进行充分萃取操作。随后，将萃取所得到的溶液经过简单的干燥处理以去除其中的水分，并通过过滤操作除去可能存在的杂质颗粒，如此便得到了能够直接用于 ¹H NMR 测定的样品溶液。在获取的 NMR 谱图中，可以清晰地观察到，饱和烃的甲基（-CH₃）和亚甲基（-CH₂-）氢原子分别在大约 0.9 - 1.5 ppm 和 1.2 - 1.8 ppm 的化学位移范围内出现了具有明显特征的共振峰。并且，通过对甲基与亚甲基峰面积的比例进行精确计算与深入分析，还能够初步判断出饱和烃的碳链分支程度信息。而芳香烃的苯环氢原子则在 6.5 - 8.5 ppm 的化学位移区域产生了十分显著的共振峰。特别值得注意的是，多环芳烃由于其分子结构中存在环电流效应，这使得其化学位移相对于单环芳烃而言会发生一定程度的偏移。通过对这些特征峰的积分计算过程，并与已知的石油烃类标准样品的 NMR 谱图数据进行细致的对比分析，研究人员最终精确测定出了样品中饱和烃、芳香烃以及不同碳数烃类组分的含量信息。分析结果表明，此次溢油事故导致受污染海域海水和沉积物中的石油烃类含量出现了显著的升高现象，其中饱和烃所占比例约为 60%，芳香烃所占比例约为 30%，其余部分则主要为少量的胶质和沥青质等成分。这些精准的数据信息为全面评估溢油事故对海洋生态环境所造成的影响范围、影响程度以及后续制定具有针对性的溢油清理方案提供了极为关键的依据与支撑。
（二）有机污染物测定
海洋环境中的有机污染物种类极为丰富多样，其中多氯联苯（PCBs）、有机氯农药（例如滴滴涕（DDT）、六氯环己烷（HCH）等）等持久性有机污染物由于其自身具有毒性高、难以在自然环境中降解、极易在生物体内产生累积效应等一系列恶劣特性，对海洋生态系统的平衡稳定以及人类的身体健康构成了极为严重的威胁。核磁共振定量测定技术在这些有机污染物的检测与分析工作中展现出了独特的应用价值与优势。
以 PCBs 为例，PCBs 分子结构的显著特点是含有多个氯原子取代的苯环结构。由于氯原子具有较大的电负性，这种电负性会对苯环上氢原子的化学位移产生极为明显的影响，使得氢原子的化学位移发生较大改变。并且，不同氯代位置以及氯原子数量的 PCBs 异构体在 NMR 谱图上会呈现出独特的峰形和化学位移特征。在针对某沿海工业区域附近海域的有机污染物进行监测工作时，研究人员首先采集了该海域的海水和海洋生物样品。随后，采用固相微萃取（SPME）技术对样品中的有机污染物进行富集提取操作。这种技术的优势在于能够高效地将目标有机污染物从复杂的样品体系中富集提取出来，并且操作相对简便、快捷。在完成富集提取后，将萃取头直接插入 NMR 样品管中，通过适当的解吸操作使有机污染物进入样品管中的溶液环境，然后即可进行 NMR 测定。在 PCBs 的 ¹H NMR 谱图中，可以依据苯环氢原子在特定化学位移处的共振峰以及峰形的变化情况，准确地区分不同氯代程度和结构的 PCBs 异构体。例如，单氯代 PCBs 的某些氢原子在 6.8 - 7.2 ppm 范围内会出现具有代表性的特征峰，而随着氯原子取代数量的逐渐增加，相应氢原子的化学位移会朝着低场方向发生移动，同时峰形也会变得更加复杂多样。通过对这些特征峰的积分计算，并结合预先利用 PCBs 标准品建立的定量分析标准曲线，研究人员成功地精确测定出海水中和海洋生物体内 PCBs 的含量以及异构体分布情况。研究结果发现，该海域部分海洋生物体内 PCBs 的含量已经超出了安全阈值范围，这一结果明确地表明该区域存在着较为严重的 PCBs 污染问题，亟待进一步加强污染管控力度以及开展相应的生态修复措施。
对于有机氯农药如 DDT 及其代谢产物的分析检测工作，同样可以充分利用 NMR 技术的优势。DDT 分子中的苯环和氯原子在 ¹H NMR 和 ¹³C NMR 谱图上均会产生具有明显特征的信号。在对某农田灌溉水流入海洋区域的水样进行检测时，研究人员首先采用液 - 液萃取法将水样中的有机相提取出来，然后利用 NMR 技术对提取得到的有机相进行分析。在 ¹H NMR 谱图中，DDT 的苯环氢原子会在特定化学位移处出现特征峰，并且其代谢产物如 DDE（二氯二苯二氯乙烯）和 DDD（二氯二苯二氯乙烷）由于分子结构发生了变化，其氢原子化学位移与 DDT 相比会有所不同。通过对这些特征峰的准确识别与定量分析，就能够确定水样中 DDT 及其代谢产物的含量信息，进而全面评估有机氯农药对海洋环境的污染程度以及在海洋生态系统中的迁移转化规律。
（三）重金属检测
尽管核磁共振技术在传统意义上主要应用于含自旋核的有机物分析领域，但是通过巧妙地运用特定的化学手段，同样可以实现对海洋环境中重金属的间接检测分析。其基本原理是借助重金属离子与具有特定官能团的有机配体之间能够发生络合反应的特性，促使其形成具有 NMR 活性的金属配合物，然后通过测定这些金属配合物的 NMR 信号来间接推算出重金属离子的含量信息。
例如，在对某河口海域海水中汞离子（Hg²⁺）的检测工作中，研究人员精心挑选了一种含有巯基（-SH）官能团的有机配体，如二巯基丁二酸（DMSA）。这是因为巯基能够与 Hg²⁺发生特异性的强络合反应，从而形成稳定的 Hg - DMSA 配合物。在实际操作过程中，向一定量的海水样品中加入适量的 DMSA 溶液，然后对其进行充分搅拌，以确保络合反应能够充分进行。反应完成后，经过离心过滤操作，除去未反应的杂质以及多余的配体，取上清液进行核磁共振测定。在 ¹H NMR 谱图中，由于 Hg - DMSA 配合物的形成，配体分子中与巯基相连的碳原子上的氢原子以及其他部分氢原子的化学位移会发生明显变化，且这种变化与 Hg²⁺的浓度存在定量关系。通过对配合物特征峰的化学位移和峰面积进行精确测定与分析，并与预先通过标准 Hg²⁺溶液建立的浓度 - 峰面积标准曲线进行对比，成功测定了海水中 Hg²⁺的浓度。同时，利用 NMR 技术还可以通过研究不同实验条件下配合物的 NMR 谱图变化，探讨 Hg²⁺与 DMSA 络合反应的机理以及影响因素，为深入了解汞在海洋环境中的化学形态分布、迁移转化规律以及生物可利用性提供了重要信息。
类似地，对于海水中的铅离子（Pb²⁺）和镉离子（Cd²⁺）等重金属离子，也可以采用相应的有机配体（如乙二胺四乙酸（EDTA）及其衍生物）进行络合，然后利用 NMR 技术进行间接检测。这种方法不仅能够实现对重金属离子的定量测定，而且由于不同重金属离子与有机配体形成的配合物在 NMR 谱图上具有不同的特征信号，还可以区分不同种类的重金属离子以及它们在不同化学形态下的分布情况，为全面评估海洋环境中的重金属污染状况提供了有力的技术支持。
四、未来发展展望
随着科学技术的不断进步与创新，核磁共振定量测定技术在海洋环境监测领域将迎来更为广阔的发展前景和机遇。
在仪器设备方面，核磁共振仪器的研发将朝着更高灵敏度、更高分辨率以及更小体积的方向发展。新型超导材料的应用有望进一步提高磁场强度，从而增强 NMR 信号的检测灵敏度，使得能够检测到更低浓度的海洋污染物，满足日益严格的海洋环境监测标准要求。同时，微纳加工技术的进步将促使微型 NMR 仪器的出现，这些微型仪器具有体积小、便携性好、操作简便等特点，可实现现场实时海洋环境监测，极大地提高监测效率和数据的时效性。
在技术联用方面，核磁共振技术与其他先进分析技术的联用将成为未来发展的重要趋势。例如，与色谱技术（如气相色谱、液相色谱）联用，可以充分发挥色谱的高效分离能力和 NMR 的结构解析与定量测定优势，实现对复杂海洋样品中微量、痕量污染物的精准分离、定性与定量分析。与质谱技术（如高分辨质谱）联用，则能够在提供化合物分子量信息的基础上，结合 NMR 的结构信息，更加准确地鉴定未知海洋污染物的分子结构，为深入研究其环境行为和生态效应提供更全面的数据支持。此外，与生物传感器技术、遥感技术等的结合，将构建起多维度、全方位的海洋环境监测体系，实现从宏观到微观、从局部到整体的海洋污染状况监测与评估。
在数据分析与处理方面，随着大数据技术和人工智能算法的飞速发展，将为 NMR 数据的处理与分析带来革命性的变化。通过建立大规模的海洋污染物 NMR 数据库，并运用机器学习算法对数据进行深度挖掘与分析，可以实现对未知污染物的快速智能识别与结构预测，显著提高海洋环境监测的智能化水平和工作效率。同时，数据可视化技术的不断进步将使 NMR 分析结果以更加直观、清晰的方式呈现出来，便于研究人员和决策者更好地理解和把握海洋环境的污染状况，为制定科学合理的污染治理策略提供有力支持。
核磁共振定量测定技术在海洋环境监测领域已经展现出了巨大的潜力和独特的优势，并且随着相关技术的不断发展与创新，其在未来必将在海洋环境保护事业中发挥更为重要的作用，为守护海洋生态环境的健康与可持续发展贡献不可或缺的力量。
免责声明以上文章内容均来源于其他网络渠道，仅供欣赏，不代表本站观点，与本站立场无关，仅供学习和参考。如有涉及到您的权益，请来信告知(email:qsllxy@163.com)，我们核实后会立刻删除。
