CN1080809A - 人造海水 - Google Patents

Abstract

本发明提供了改进的人造海水，以及制备此种人 造海水的组合物。上述的用于制备人造海水的组合 物由电解质混合物构成，当将此组合物溶于适量水中 时，可形成模拟天然海水组成的水溶液。所不同于天 然海水的是它含有一种或多种硼化合物，以硼计算的 硼总浓度应在0.002到0.05W/V％之间。本发明 还提供了通过加入一种或多种硼化合物以提高人造 海水pH值稳定性的方法。

Description

本发明涉及用于制备人造海水的组合物，人造海水用于饲养和养殖生活在海水中的动物和植物。

当人们要饲养和养殖海洋生物，或研究例如其生态学等问题时，无疑需要用天然海水。然而，近年来由于各种环境污染的蔓延，人们意识到许多原来在海水中并不存在的物质，现在已在天然海水中发现，而且海水成分的比例可能改变。因此，现在用这样的天然海水饲养和养殖海洋生物，并不一定合适。另一方面，在封闭环境中，如水槽中长时间饲养和研究海洋生物时，可能出现例如海水pH值改变和发生疾病等问题，因此，需要不断更换新鲜海水。然而，也有时会由于恶劣的气候，使天然海水的收集受到阻挠，或由于离海遥远难以获得天然海水。在这些情况下，与天然海水组成相似的人造海水就可以代替天然海水用于处置海洋生物，这种人造海水正在日益普及。

天然海水约含35克/公斤的各种无机盐类。在1升天然海水中无机盐的主要元素组成示于表1。

表1

天然海水的主要元素组成

元素                                                                                                                克／升

钠                                                                                                                        8-13

镁                                                                                                                        0.9-1.6

钙                                                                                                                        0.3-0.5

钾                                                                                                                    0.3-0.5

氯                                                                                                                        15-24

硫                                                                                                                        0.7-1.2

溴                                                                                                                        0.04-0.08

碳                                                                                                                0.02-0.04

（Kaiyo        Kansoku        Shishinsho，p.145，气象局编辑Nihon        Kaiyo        Gakkai，Tokyo，1990）

上述元素中，硫主要以磺酸根离子形式存在，碳主要以碳酸根离子形式存在。除了这些元素外，众所周知，天然海水还含一些次要元素成分，如锂，锶，钡，钛，钼、钨、锰、铁、钴、镍、铜、锌和铝等金属离子。还有铵离子以及由硼、碘和氟衍生的一些阴离子。

因此，至今已制成的用于饲养海洋生物的人造海水，具有与天然海水尽可能相似的组成。

用于制备人造海水的组合物，通常制成粉末状、颗粒状或液状，在使用前将其溶于水中或用水稀释。然而，当用于在封闭环境（如水槽）中饲养生物体时，已发生一些问题：表现出水质不稳定，例如pH值的迅速变化，缺乏溶解氧，以及比重与天然海水有一些差异，此外，还容易发生疾病。

在这些问题中，最重要的是pH值的变化（这是由于人造海水缺乏缓冲能力之故）以及发生疾病。因此，缺乏缓冲能力是导致人造海水pH值降低的一个因素。而pH值的降低是由漂流在水中的饲料残余物和海洋生物排泄物产生的有机酸和亚硝酸引起的。pH值的降低是排出物和饲料残余物的微生物分解受到抑止的原因，此外，也是发生疾病的原因。从时间、劳力以及经济角度考虑，为维持养殖环境，适应水质的变化而频繁更换人造海水，并不是一个明智的办法。

因为至今所用的人造海水存在上述许多问题，本发明人试图解决这些问题，开发了一种用于制备更适于用于饲养、养殖和研究海洋生物的人造海水的组合物。

结果，本发明人发现，加入适量的硼化合物，如硼酸或硼酸盐，即可以提高缓冲能力和抑止pH变化，从而改善传统人造海水的缺点。加入硼化合物对减少海洋生物的发病也是有效的。基于这些发现，完成了本发明。

本发明涉及制备人造海水的组合物，其中含一种或多种硼化合物。本发明还提供提高传统人造海水的pH值稳定性的方法。

根据本发明的用于制备人造海水的组合物是在基本电解质混合物中加入一种或多种硼化合物以模拟天然海水来制备的。作为天然海水的次要成分之一，硼的含量为0.00445克/公斤[Kaiyogaka        Koza6，Ed.by        Sumio        Horibe，Tokyo        Daigaku        Skuppankai，P.59（1975）]，假定海洋海水的比重为1.02到1.031[Bunseki        Kagaku        Jiten（Vortaro        de        Analiza        Kemio）lst        Ed，P.297（1971）Kyoritsushuppan，Tokyo]，上述含量相当浓度为约0.00046W/V%。

我们用原子吸收分光光度法分析了传统的商售人造海水的硼含量。结果发现、大多数已分析的传统人造海水的硼含量几乎和天然海水相同，至于含量较高的人造海水，硼含量至多达到那些污染了构成组合物的各种无机盐的硼化合物的量。（见表2）

表2

商售的人造海水的硼含量

人造海水                                                                                硼（％）

A                                                                                                        0.001

C                                                                                                        0.00057

D                                                                                                        0.0011

E                                                                                                        0.0004

F                                                                                                        0.0004

G                                                                                                        0.0002

（由原子吸收分光光度法测得）

根据本发明的人造海水，与传统的人造海水相比较，其特征在于，有意向其中加入很大量的硼。

这样，本发明的用于制备人造海水的组合物包含电解质混合物，将其溶解在适量水中，可形成其组成为模拟天然海水的水溶液，所不同的是本发明的组合物含有一种或多种硼化合物，其硼总浓度的范围按硼计算为0.002-0.05W/V%，优选的是0.005-0.02W/V%，特别优选的是0.005-0.01W/V%。“模拟天然海水”一词，意指所制的人造海水的主要元素组成基本上在表1中所示的天然海水的主要元素组成范围内，更为优选的是指，所制成人造海水的次要元素组成也和天然海水的次要元素组成相似。

因此，本发明的组合物的构成为：当用本发明的组合物制备人造海水时，将含有一种或多种硼化合物，硼化合物的总量以硼计算为0.002-0.05W/V%，优选是由0.05-0.02W/V%，特别优选由0.05-0.01W/V%。

本发明还提供硼含量低于0.002W/V%的传统人造海水的pH值稳定性的方法，该方法包括在上述人造海水中加入一种或多种硼化合物，加入量要使得以硼计算的硼总浓度达到0.002-0.05W/V%范围内，优选是由0.005-0.02W/V%，更优选的是0.005-0.01W/V%。

本发明还提供了在人造海水中饲养和养殖海洋生物的方法，其特征在于，使用的人造海水中含有一种或多种硼化合物，以硼计算的硼化合物总浓度在0.002-0.05W/V%范围内，优选是由0.005-0.02W/V%，更为优选的是由0.005-0.01W/V%。

可以方便地用来制备本发明的用于制备人造海水组合物的硼化合物有，硼酸、硼酸钠、硼酸钾、硼酸锂、硼酸铵和硼酸锰等。当制备人造海水时将这些硼化合物中的一种或多种加入其中，加入量要使以硼计算的硼化合物总浓度在上述的浓度范围内。

本发明的用于制备人造海水的组合物中，除硼外，还可含有上述的无机离子例如，以氯化钠，氯化钾，溴化钠、溴化钾、氯化钙、氯化镁、硫酸钠、碳酸钠和硫酸镁等形式存在的无机离子，还可含有其它例如以无机盐形式存在的次要成分。这些盐类在组合物中的含量应适当，使将组合物溶于水中时，所得到的水溶液的成分以及各自的浓度尽可能地接近天然海水。

当制备的人造海水主要用于研究海洋生物时，根据不同的目的，其中可以含有其它盐类和次要成分或试剂，或其盐类浓度可以有别于天然海水的盐类浓度。

根据本发明的用于制备人造海水的组合物可以呈任何方便形式以用于构成人造海水的组合物，例如粉末状、颗粒状和片状。在制备中，任何用于诸如医药、农业化学品等方面的简便方法都可以使用。尽管粉末十分易溶于水以制备人造海水，但颗粒状形式也可以利用，以防止细粉末飞散。

根据本发明的用于制备人造海水的组合物，优选装在防湿容器中，例如优选使用由诸如聚乙烯、聚丙烯等防湿合成树脂或铝层压的这些树脂制成的袋子。虽然也可以使用金属容器，但这时希望在容器的内表面涂以例如合成树脂，以免痕量的金属污染物进入。

下面将会看到，根据本发明的组合物制成的人造海水缓冲能力强，并且无毒，可以抑止海洋生物中疾病的发生。因此，可以有利地用于饲养和养殖海洋动植物，或用于研究它们的生态等。

在下面的检测和实施例中将详细地讨论本发明，并以检测证实其效果。然而，这样做的唯一目的是为了说明本发明，因此，不应该看作是对本发明的范围的限制。

检测

由本发明的用于制备人造海水的组合物所制成的人造海水对海洋生物的毒性，采用如下讨论的海胆受精/发育过程的生物测定来检测。使用海胆的受精/发育过程作为标准的生物测定是由Kobayashi等报导的[Seitai        Kagaku，18∶1-7（1986）]。

另一方面，Kubo等人[J.Antibact，Antifung        Agents，12∶551-559（1984）]提到，在海胆卵的受精/发育和海洋鱼类之间对毒剂的耐受性存在相互关系，而且尽管试剂之间敏感度不同，但观察到试剂对鱼类的毒性比对海胆卵的受精/发育毒性低。因此，本发明人利用采用海胆受精/发育过程的生物测定作为对人造海水毒性的估测。

检测1

硼对海胆受精/发育的影响。

制备了其组成接近于上述天然海水的主要元素组成的基本人造海水，然后又制备了含不同浓度硼的人造海水。基于对紫海胆的受精/发育的影响的观察，用生物测定估测了最适宜的硼的浓度。

用于检测的紫海胆是在日本兵库县的Awaji岛的浅海中采集到的。将紫海胆用含不同的硼浓度的海水制成200卵/10ml的悬浮液的形式，受精是通过加入一滴经适量海水稀释的精子细胞完成的。受精后十分钟，用显微镜观察受精膜形成的比率，并将其定义为受精率。此外，受精后使其在室温下保持24小时，然后用显微镜观察长腕幼虫从受精卵的发育，并将此定义为紫海胆的发育率。

表3表示硼浓度和相应的受精/发育率。直到加入0.05W/V%硼前，对受精末有任何影响。加入硼直到0.01W/V%时，也未观察到长腕幼虫发育的任何影响，而加入硼达0.02W/V%时发育率降低10%，加入0.05W/V%时则未观察到发育。

另一检测是用红海胆以相同方法进行。所得结果基本和由紫海胆的结果相同。

因此，已知，在以硼计算的总浓度不高于0.02W/V%时，硼化合物对海胆的受精/发育无毒性，此外，考虑到同海胆相比，鱼类的耐毒性要高，所以估计，对某些海洋生物来说，即使在人造海水中以硼计算硼化物的总浓度为0.05W/V%，硼化合物也是无毒的。

检测2

对下面实施例1和2制备的人造海水1和2，以检测1中讨论的相同的方法进行生物测定以评估毒性。商售的人造海水（a）用作对照。

结果见表4，就受精率来说，三种人造海水和天然海水相等。然而，用商售的人造海水（a），则未观察到长腕幼虫的发育，而用人造海水1和2，观察到几乎和天然海水相同的长腕幼虫发育率。

表4

对红海胆受精/发育的影响

海水                                                                                        受精比                                                        发育比

                                                                                                                （％）                                                        （％）

人造海水1                                                                        100                                                                        98

人造海水2                                                                        99                                                                                99

天然海水                                                                        100                                                                                98

对照（a)                                                                        95                                                                                    0

因此，用本发明组合物制备的人造海水是无毒的。

检测3

将在下面讨论的实施例2制成的全部组合物放入含50升脱离子水的水槽中，充分混合以制备人造海水2。保持水温在25℃，并吹入空气，将25条蓝珊瑚鱼养于水槽中，观察人造海水的pH值随时间的变化，以及蓝珊瑚鱼的存活率。使用将毒性调到大致相等后的商售人造海水（a）作对照。

结果示于表5，在两周的观察期内，养有鱼的对照人造海水（a）的pH值从9.0降至7.5，而养有鱼的人造海水2的pH值，仅有稍微的变化，即从8.3降至8.0。

而且，如表6所示，与对照的人造海水（a）相比，蓝珊瑚鱼在人造海水2中的存活率要高。此外，在对照的人造海水（a）中饲养1周，观察到蓝珊瑚鱼发生白斑病。而养在人造海水2中的蓝珊瑚鱼则未观察到任何白斑病的发生。

因此，已经证明，根据本发明用于制备人造海水的组合物，可以有利地用于制备人造海水以饲养、养殖或研究海洋生物。

实施例1

将20克硼酸、10克硼酸钠、1000克氯化钠、500克氯化镁、70克氯化钙、4克溴化钠、35克氯化钾、1克碳酸氢钠、180克磺酸钠和52毫克次要元素成分的粉状混合物（粉状混合物含10克氯化锂、40毫克四氯化钛、9毫克氯化锰、48毫克氯化铁、80毫克氯化锌、200毫克钼酸铵和21毫克钨酸钠）经充分混合，将混合物装入聚乙烯袋中。

为制备人造海水，将该组合物溶入脱离子水中，使溶液体积达到50升。

实施例2

将6克硼酸、2克硼酸钠、1000克氯化钠、500克氯化镁、70克氯化钙、4克溴化钠和52毫克的次要元素成分的粉末混合物（粉状混合物含10克氯化锂、40毫克四氯化钛、9毫克氯化锰、48毫克氯化铁、80毫克氯化锌、200毫克钼酸铵和21毫克钨酸钠）经充分混合，然后将混合物装入聚乙烯袋中（试剂A）。另外，将35克氯化钾、10克碳酸氢钠和180克硫酸钠经充分混合，混合物装入另一聚乙烯袋中（试剂B）。

为制备人造海水，将两种试剂同时各自溶入脱离子水中，制成体积为50升的溶液。

实施例3

将20克硼酸、10克硼酸钾、1000克氯化钠、500克氯化镁、70克氯化钙、4克溴化钠、35克氯化钾、5克碳酸氢钠、180克硫酸钠和52毫克次要元素成分的粉状混合物（粉状混合物含10克氯化锂、40毫克四氯化钛、9毫克氯化锰、48毫克氯化铁、80毫克氯化锌、200毫克钼酸铵和21毫克钨酸钠）经充分混合，然后将混合物装入聚乙烯袋中。

为制备人造海水，将上述组合物溶于脱离子水中，制成50升的溶液。

Claims (5)

1、用于制备含有电解质混合物的人造海水的组合物，此组合物溶于适量水中，可形成模拟天然海水组成的水溶液，所不同的是，此组合物含一种或多种硼化合物，以硼计算的硼总浓度在0.002-0.05W/V%之间。

2、根据权利要求1的组合物，其特征在于，组合物中含有下列化合物中的一种或多种作为上述一种或多种硼化合物源：硼酸、硼酸钠、硼酸钾、硼酸锰、硼酸锂和硼酸镁。

3、根据权利要求1的组合物，其中，所述组合物呈粉末状、颗粒状或片状形式。

4、提高人造海水pH值稳定性的方法，包括在上述人造海水中加入一种或多种硼化合物，其加入量使硼的总浓度为0.002-0.05W/V%之间。

5、在人造海水中饲养和养殖海洋生物的方法，其特征在于，所述人造海水含一种或多种硼化合物，以硼计算的硼总浓度为0.002-0.05W/V%范围内。