专家谈大堡礁的挥发性有机物分析

澳大利亚的大堡礁（GBR）绵延2300km，由3000多个独立珊瑚礁群组成，因此其珊瑚礁的生态系统健康情况经常受到国际审查。来自澳大利亚希尔顿南十字星大学的HiltonSwan采用气相色谱–质谱法（GC-MS）对大堡礁释放出的挥发性有机物（VOCs）进行了分析。最近，我们就这项工作对他进行了采访。

您的小组最近在研究大堡礁珊瑚VOCs排放量，请问是什么原因导致您们开始这项研究呢？

着手这项研究是因为我们渴望了解珊瑚礁作为大气中二甲基硫醚（DMS）来源的影响力有多大。虽然我们已熟知海洋的DMS排放机制，但对于珊瑚礁的DMS排放机制知之甚少。

首先我们以实验室室内研究为起点，确定了那些可以触发珊瑚礁释放DMS的条件。研究表明：通过过滤含有珊瑚枝的海水，DMS的释放量与珊瑚的粘液有关。同时还会释放少量的其他含硫VOCs和异戊二烯。珊瑚粘液是珊瑚对环境压力应激反应而释放出来的；如退潮时防止珊瑚由于暴露而变得干燥及防太阳辐射。

随后，我们在大堡礁南部的苍鹭岛进行了实地研究，每隔2-3周持续测量20-30min，以确定珊瑚礁排放DMS的量，同时监测潮汐周期、降水和风速等气象变量。

您遇到的主要挑战是什么？而您又是怎么克服的呢？

对DMS进行精准的定量是具有挑战性的，因为其存在的浓度水平是nmol/m3级或比例水平是pmol/mol级的，这属于“超”痕量分析的范畴了。为了获得适用于色谱分析的检测量，我们有必要采用适合的吸附剂对DMS进行富集，或直接用低温冷阱捕获。

我们首先用附着金的玻璃棉从样品中吸附富集DMS，随后再将玻璃棉进行热脱附至冷阱中，最后使用气相色谱（GC）进行分析。为了达到高效进样的目的，我们采用配脉冲火焰光度检测器（PFPD）的气相色谱仪，将3.5~4L直接抽进冷阱后每20–30min测定一次DMS的量。

一个需要克服的重大挑战是在气相色谱分析前的采样过程中，DMS会与大气中的氧化剂发生反应。我们设计了一个非常有效的氧化剂去除器，即用抗坏血酸钠和甘油的混合物浸渍的玻璃纤维制得的过滤器。将过滤器放置在进气主管线的采样阶段，可以同时达到减少DMS氧化和干燥的目的。通过添加内标乙烷基二甲基硫醚（EMS）作替代品来弥补每个样本中由于发生氧化而损失的DMS。

而异戊二烯是一种比DMS更具挑战性的定量样品，因为它的大气氧化速度比DMS快近10倍，所以异戊二烯的取样过程需要更有效的氧化剂洗涤。

进行这项研究时，有哪些外部因素是必须考虑的吗？

当我们要将大堡礁海洋公园的珊瑚作为研究对象时，首先我们要向该公园管理局提出申请。在获得许可证后，我们仅被允许从苍鹭岛周围的珊瑚礁采样，而且只能采集规定的种类和数量。该许可证的有效期仅为16周。

珊瑚粘液会释放DMS和异戊二烯。请问这些VOCs具有什么重要意义及其影响到底有多大？

气相的DMS、异戊二烯和大气氧化剂是导致新型颗粒物形成和快速增长的强有力组合，通常被称为二次有机气溶胶。由于这种气溶胶本身的吸湿特性促使它会变成云凝结核。因此，这些VOCs最终可能会形成低级别的云，影响地球的辐射平衡，并可能影响GBR的区域气候。

在2016年的9月和10月英国开展了一项关于GBR的多组织运动，研究GBR的组成在何种程度上影响大气颗粒物的生成，及其容量对降雨和区域气候的影响。更多的关于这项研究的信息，可以参考一项称为“珊瑚礁到热带雨林”的项目。

媒体上有很多关于大堡礁“消亡”的报道。您认为这个说法为时过早吗？您对此有什么看法？

最近关于大堡礁“消亡”的媒体报道其实有点言过其实了，事实上，众所周知大堡礁一直都在面临着生存问题。由于海洋表面温度升高引起的气候变化，以及海洋酸化导致珊瑚中碳酸钙溶解这两个因素致使大堡礁变得极其脆弱。然而，如果报道直接宣称“大堡礁已消亡”是不利的做法，因为这会使不明真相的读者信以为真，并对国家控制碳排放的举措（如巴黎协议）失去信心。

比如2015-2016年夏季出现的大规模珊瑚白化这一极端事件，事实上尚未观察到波及到整个大堡礁，乃至影响几乎所有的珊瑚礁群。的确很不幸，大堡礁的最北端遭受了最长时间的热应力，导致部分的大堡礁还没有从严重的破坏中恢复过来，但不能说整个大堡礁已经消亡。

GBRMPA的官方媒体发布该次极端事件导致珊瑚死亡率达到22%，从区域分布上看是渐变的过程，北方大堡礁最高而南部几乎没有。调查中对珊瑚的存活率进行了评估，并指出大堡礁珊瑚正在恢复中。目前的问题是，另一个夏季长时间的水下热流即将到来，这将进一步更广泛地推动大堡礁珊瑚死亡率升高。

在大堡礁南部的苍鹭岛，关于大气中DMS的来源的研究，目前您的主要结果是什么？

通过采用自动GC–PFPD法对苍鹭岛珊瑚礁进行监测，我们发现偶尔会出现珊瑚礁释放的DMS的信号峰高于DMS连续背景信号（来自海洋浮游生物和其他海洋生物）的情况。当这些DMS峰被检测到时，一般是在低风速下退潮的情况，这表明它们来自于岛周围的珊瑚礁坪。当退潮的时候，这些珊瑚礁就暴露在空气中，DMS被释放到大气中。

最近其他实验室的研究也表明，珊瑚暴露时空气中DMS的浓度会增加，这与我们的观测结果也是一致的。苍鹭岛研究站是世界一流大学——昆士兰大学的研究和教学基地，已为大堡礁释放DMS研究提供了一个理想的平台。

译自：omatographyonline

来源：材料与测试

译者：兔子小光

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原标题：专家谈大堡礁的挥发性有机物分析