南海海水中的溶解砷

 
 

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砷是一眾所皆知的超級毒性元素。由於化學性質與生物生長必需的磷相似,在海水中會透過生物的吸收而進入海洋的食物鏈。在生物體內的砷,可經由生物的去毒化作用,產生各式各樣的砷物種,例如五價砷、三價砷、有機砷等。這些砷物種在海水中的活性與毒性各有不同,致使其在海水裡的生地化循環更顯複雜。除了以不同化學分析方法探究砷物種組成外,砷在海水裡的分子量組成也會影響砷的活性。近二十年來,愈來愈多的證據顯示海洋中的膠體,即尺寸大小介於奈米至微米等級的物質,具有高活性且變化快速等特性。然而,目前對於不同的砷物種是否存在於海洋膠體上,所知依舊有限。因此,起始於2014年,本所温良碩教授帶領其博士生李治平,利用交流過濾及化學反應性分析方法,檢視不同砷物種在海洋膠體上的分布情形。

第一階段成果已於2017年發表於海洋科學期刊Limnology & Oceanography (Lee et al., 2017),他們首次證實了有光層中砷的快速反應與日夜週期變化。這一次他們更成功破解海水中多年未解之有機/無機分子變化之謎,並發表於海洋科學期刊Marine Chemistry (Lee & Wen, 2019)。研究結果證實,溶解態(< 0.45 μm)無機砷在南海的變化趨勢:其中,膠體態(1 kDa – 0.45 μm)無機砷僅佔20%以下,絕大多數皆為高分子狀態,迴異以往之推論。三價砷則更僅出現於海洋表面的有光層中。膠體態的三價砷居然佔了總三價砷的19%左右,但由於三價砷在海水的濃度低,海水裡膠體態的無機砷多是五價砷。除此之外,溶解態有機砷僅出現於有光層中。膠體態有機砷佔了溶解態有機砷的55%。高濃度的有機砷在海水中的存在,顯示了浮游生物的吸收以至去毒化作用,著實控制著砷的生地化循環。本研究綜合不同類型的分析方法,除了能更清楚地得知砷在海水裡物種變化外,也顯示了膠體在海洋砷循環扮演的重要性及其生物毒性毒理生化反應研究之必要性。

論文資訊:

Lee, C.-P. and Wen, L.-S. (2019) Physical and chemical characterization of dissolved arsenic in the South China Sea. Mar. Chem., 209:128-138, doi: 10.1016/j.marchem.2019.02.001

Lee, C.-P., Cheng, C.-Y., and Wen, L.-S. (2017) Vertical distribution and diurnal variations of high-molecular-weight dissolved arsenic in the oligotrophic ocean. Limnol. Oceanogr., doi: 10.1002/lno.10560.

圖1. 南海C1b及C5測站溶解態(< 0.45 μm,實心圓圈)及小分子(< 1 kDa,空心圓圈)砷物種濃度的垂直剖面。(a,b)總無機砷(Dissolved inorganic arsenic, DIAs);(c,d)三價砷(arsenite, As(III));(e,f)有機砷(Dissolved organic arsenic, DOAs)。