三种胡敏酸对阿特拉津的吸附特性及机理研究

研究了3种不同来源的胡敏酸对阿特拉津的吸附特性和吸附机理。文中针对黑土胡敏酸、栗钙土胡敏酸和市售胡敏酸样品,采用批量平衡震荡法进行其对除草剂阿特拉津的吸附实验,并利用傅里叶红外光谱和电子顺磁共振波谱两种分析方法探讨其吸附机理。结果表明:3种胡敏酸对阿特拉津的吸附均是一个先快后慢的过程,其动力学曲线均符合对数和双曲线函数关系。3种胡敏酸对阿特拉津等温吸附线均为L型曲线,且符合线性模型和Freundlich模型,其中市售胡敏酸因其结构差异与土壤提取胡敏酸等温吸附线存在明显差异。IR分析表明,胡敏酸与阿特拉津之间存在氢键、质子转移、电荷转移和范德华力等弱作用力;而ESR检测证实胡敏酸与阿特拉津在吸附过程中发生了电荷转移。     

两种胡敏酸对2,4-D的吸附特性及机理研究

研究了两种不同来源的胡敏酸对2,4-D的吸附特性和吸附机理。分别将黑土和栗钙土土壤样品提取胡敏酸,然后采用批量平衡震荡法进行吸附实验,并利用傅里叶红外光谱(FTIR)和电子顺磁共振波谱(ESR)两种分析方法探讨其机理。结果表明：黑土和栗钙土胡敏酸对2,4-D的吸附动力学曲线均是一个先快后慢的过程,吸附量基本一致,分别为0.39和0.42 μg·kg-1。黑土胡敏酸结构中较多的羧酸类基团使黑土胡敏酸初始吸附速率比栗钙土胡敏酸大得多。两种胡敏酸对2,4-D等温吸附线均为L型曲线,且符合线性模型和Freundlich 模型。IR分析表明,胡敏酸与2,4-D之间存在氢键、质子转移、电荷转移和范德华力等弱作用力;而ESR检测发现胡敏酸与2,4-D或其降解产物在吸附过程中产生了共价键。     

溶解性有机物对土壤中农药残留与分布影响的光谱学研究

溶解性有机物(DOM)通过吸附、竞争吸附、增溶、加速降解等作用影响着农药在土壤环境中的行为,对土壤生态系统及地下水环境的污染与风险产生重要影响。目前多数研究集中在高浓度DOM对农药残留的短效影响。因此,对天然土壤中DOM及其组分对农药环境行为的研究具有重要的现实意义。该研究通过对具有较长农药使用年限的污染场地调查,利用三维激发-发射荧光光谱矩阵技术,结合荧光区域积分方法对天然土壤DOM进行定量化表征,在此基础上分析低浓度天然DOM对农药残留的长期影响。结果表明：(1)天然DOM组分对大多数有机氯农药在土壤中的环境行为影响较小,但对γ-HCH、p,p’-DDE等少数农药的影响较为显著。(2)不同DOM组分对不同种类的农药影响机制不同。其中,代表DOM组分中的酪氨酸含量的荧光区域积分与γ-HCH,p,p’-DDE之间均呈显著的负相关性(p<0.05),代表DOM中微生物降解副产物组分的荧光区域积分与七氯以及代表DOM中胡敏酸大分子组分含量的荧光区域积分与环氧七氯之间均呈显著正相关性(p<0.05),表明在土壤中长期作用过程中,DOM不同组分对不同种农药的影响不同。(3)土壤有机质的腐殖化程度对土壤中农药残留的影响较小。本研究首次利用三维荧光谱与区域积分技术研究了土壤中溶解性有机物不同组分对农药的环境行为的影响作用,对研究农药在土壤和地下水环境中的迁移转化机制提供了一种新的研究思路。     

腺嘌呤/钯体系的电荷转移增强机理研究

腺嘌呤/金属体系中电荷转移(CT)增强机理的深入认识对理解单分子SERS和TERS中的巨大增强效应意义重大。受激发光波长的限制, 关于CT是否存在的实验证据目前还未见报道。本文在获得钯上UV-SERS的基础上, 借助紫外光激发的优势, 研究了腺嘌呤吸附在钯包金体系中的电荷转移增强机理。通过分析三个激发光波长下(325 nm、514.5 nm 和632.8 nm)的电位SERS 谱, 获得了峰值电位与激发光能量hv之间斜率为正的线性关系, 从实验上首次证实了腺嘌呤吸附在钯上的电荷转移增强机理, 电荷转移方向是从金属到分子。这对深入认识SM-SERS 或TERS 中腺嘌呤在金和银上的巨大增强效应起到了一定的指导作用。     

溶解性有机物对土壤中农药残留与分布影响的光谱学研究（英文）

溶解性有机物(DOM)通过吸附、竞争吸附、增溶、加速降解等作用影响着农药在土壤环境中的行为,对土壤生态系统及地下水环境的污染与风险产生重要影响。目前多数研究集中在高浓度DOM对农药残留的短效影响。因此,对天然土壤中DOM及其组分对农药环境行为的研究具有重要的现实意义。该研究通过对具有较长农药使用年限的污染场地调查,利用三维激发-发射荧光光谱矩阵技术,结合荧光区域积分方法对天然土壤DOM进行定量化表征,在此基础上分析低浓度天然DOM对农药残留的长期影响。结果表明:(1)天然DOM组分对大多数有机氯农药在土壤中的环境行为影响较小,但对γ-HCH、p,p’-DDE等少数农药的影响较为显著。(2)不同DOM组分对不同种类的农药影响机制不同。其中,代表DOM组分中的酪氨酸含量的荧光区域积分与γ-HCH,p,p’-DDE之间均呈显著的负相关性(p0.05),代表DOM中微生物降解副产物组分的荧光区域积分与七氯以及代表DOM中胡敏酸大分子组分含量的荧光区域积分与环氧七氯之间均呈显著正相关性(p0.05),表明在土壤中长期作用过程中,DOM不同组分对不同种农药的影响不同。(3)土壤有机质的腐殖化程度对土壤中农药残留的影响较小。本研究首次利用三维荧光谱与区域积分技术研究了土壤中溶解性有机物不同组分对农药的环境行为的影响作用,对研究农药在土壤和地下水环境中的迁移转化机制提供了一种新的研究思路。     

金属银表面-分子体系中的电荷转移效应

本文从光吸收谱得到了分子吸附在银胶、银镜上所出现的电荷转移跃迁,以及KC1对电荷转移跃迁的影响,同时研究了凝聚与电荷转移之间的关系。并且对其机理进行了初步的探讨。 关键词：     

金属银表面-分子体系中电荷转移效应的形成过程

本文报道从吸收光谱观察到分子吸附在银表面上所出现的电荷转移效应,着重研究分子与表面之间电荷转移随时间的变化过程,并且对其机理进行初步分析。 关键词：     

对巯基吡啶在纳米银上的SERS化学增强机理

以对巯基吡啶分子吸附在纳米银上的SERS光谱为研究对象,通过密度泛函理论计算和拉曼散射理论分析,详细地探讨了该分子的吸附结构、异构化、氢键作用和低能激发电荷转移态的性质,模拟了当该分子以不同结构吸附在银上的SERS光谱,研究了其吸附结构与SERS光谱之间的对应关系。理论结果也表明,在SERS增强机理研究中,分子与金属纳米结构和环境的作用是影响SERS光谱的主要影响因素。当激发光的能量与低能激发电荷转移态的能量匹配时,显著影响SERS光谱强度。     

莽草酸FTIR，FT-Raman光谱及SERS研究

报道了莽草酸的FTIR,固态及饱和液态的FT-Raman光谱, 归属并分析了莽草酸分子内各基团的振动峰位及其相应基团在两种振动光谱中的振动峰位变化规律。利用表面增强拉曼散射(SERS)光谱及表面吸附选择定律研究了莽草酸在以银粒子为活性基底表面的吸附状态及其不同浓度变化对其SERS的影响,探讨了莽草酸在银粒子表面的吸附机理和规律。实验结果表明,红外与拉曼光谱结合较为全面地解析了莽草酸的分子结构中各基团的振动情况;获得了莽草酸在银粒子表面的最佳SERS效应的浓度范围, 莽草酸浓度小于1×10-3 mol·L-1时, 其SERS明显趋好;根据SERS作用机制,莽草酸的分子在银粒子表面的吸附主要是通过其羟基、羧基的电荷转移机制及其亚甲基、次甲基的电磁作用机制共同作用;其环内双键没有明显SERS表明其未能在银粒子表面产生有效吸附理。     

二维相关荧光光谱探究土壤富里酸亚组分的质子键合多相性

利用同步荧光光谱（SFS）结合二维相关光谱（2D COS）和修正Stern-Volmer模型探究了森林土壤富里酸（FA）亚组分的质子键合多相性。利用XAD-8吸附树脂结合Na₄P₂O₇缓冲溶液逐步洗脱方法成功将土壤FA分级为异质性低的FA亚组分（FA₃-FA₁₃）。FA₃-FA₁₃含有类蛋白（类酪氨酸和类色氨酸）、类富里酸和类腐殖酸组分，且FA₇-FA₁₃比FA₃和FA₅含有更多含量的类蛋白组分。FA₃-FA₁₃中不同荧光组分的光谱峰强受溶液碱性pH值变化的影响较为明显。FA₃-FA₁₃的2D COS同步和异步相关谱图中自峰和交叉峰的复杂分布与荧光组分的质子键合多相性有关。FA₅-FA₁₃中类蛋白、类富里酸和类腐殖酸组分因pH值变量扰动而产生的光谱变化方向相同。在碱性pH值条件下，修正Stern-Volmer模型定量拟合FA₃-FA₁₃中荧光组分的解离常数（pK_a值），其中类酪氨酸、类色氨酸、类富里酸和类腐殖酸的pK_a值范围分别为6.11，8.93～10.12，9.32～10.65和9.70～10.63（R>0.854）。FA₃中类酪氨酸组分的低pK_a值（6.11）表明类酪氨酸组分含有更多含量的芳香族结构和相邻酚基官能团。FA₃-FA₁₃中类色氨酸、类富里酸和类腐殖酸组分的相似pK_a值（8.93～10.65）与羟基苯和氨基酸的pK_a值（8.0～12.02）相近，表明类色氨酸、类富里酸和类腐殖酸组分具有相似的质子亲和力，且酚基官能团和氨基酸组分在其质子键合过程中起主要作用。FA₃-FA₁₃中特定波长处荧光组分的波长连续变化顺序与其pK_a值递增趋势相一致，且质子结合位点的多相性特征同时存在于FA亚组分的不同荧光组分间和相同荧光组分内。FA₃中特定波长处类酪氨酸和类色氨酸组分的pK_a值（6.11～9.16）小于类腐殖酸组分（9.70～9.97），且荧光组分的递增趋势与波长连续变化的顺序（250 nm→275 nm→425～490 nm）相一致。FA₅-FA₁₃中特定波长处类色氨酸组分、类富里酸和类腐殖酸组分的pK_a值递增趋势与波长连续变化的顺序表现出相一致的规律：275 nm（8.93～9.70）→375～495 nm（9.88～10.16）→350 nm（10.65）（FA₅和FA₇），275 nm（10.11）→290～400 nm（10.35）（FA₉）和265～345 nm（9.32～9.80）→360～450 nm（10.06～10.13）（FA₁₃）。同时，FA₁₃中同一类富里酸组分的波长和pK_a值存在325 nm（9.32）→375～425 nm（10.06～10.13）的连续变化顺序。SFS-2D COS结合修正Stern-Volmer模型具有降低光谱重叠率和捕获光谱波长连续变化的优势，为深入研究有机质和污染物间复杂相互作用提供支撑。     

转基因棉花残体土壤降解特征的红外光谱研究

采用重铬酸钾容量法和红外光谱(FTIR)法分析了转基因抗虫棉花残体降解后的土壤腐殖质组分富里酸(FA)、胡敏酸(HA)和胡敏素(HM)的含量和结构特征.结果表明,棉花残体的降解使土壤各腐殖质组分含量增加,胡敏素的相对含量增加最大,胡敏酸次之,富里酸最小.与相应非转基因对照相比,转Bt基因棉花残体处理土壤各腐殖质组分含量...     

三峡库区土壤腐殖质的振动光谱研究

采集三峡库区(TGRA)沿岸6个典型段面沉积物及水淹线上土壤样品, 分别提取腐殖质, 分离并纯化腐殖酸和富里酸, 联合红外和拉曼的分子振动光谱技术, 表征了各段面腐殖酸和富里酸的分子结构, 归属了各振动峰位, 获得了库区土壤及沉积物中腐殖质分子的官能团特征振动信息; 结合库区土壤腐殖化程度、土壤背景、利用方式、水位涨落等环境条件, 考察了腐殖质官能团振动特征变化。结果显示: 各采样段面的腐殖质结构中均以C—O, C—C, 及聚合氢键的振动特征较显著, 上游土壤腐殖质结构中的官能团数量多于下游土壤; 土壤的腐殖化程度对其腐殖质结构的振动光谱影响较大; 农耕模式的土壤表现出较高的腐殖化程度; 沉积物与本底土壤腐殖质结构的振动特征变化不明显。     

洱海上覆水DOM荧光特征及对富营养化的指示意义

湖泊溶解性有机物（DOM）组成特征对水质具有重要的影响,研究上覆水DOM组成特征对指示湖泊富营养化现状具有重要意义。采用荧光光谱区域体积积分分析法（FRI）定量分析洱海上覆水DOM组分时空变化,以及DOM组分与水质因子间的关系,对比分析不同来源入湖水体、不同富营养化程度高原湖泊上覆水DOM组分荧光特征。结果表明,洱海上覆水体DOM主要以类腐殖酸为主,其次为类富里酸,洱海DOM总量及类腐殖酸组分中部较高,色氨酸和络氨酸等类蛋白质DOM南部较高,类富里酸DOM北部较高。藻华易发期（10月）类蛋白质和类富里酸DOM较低,类腐殖酸DOM显著增加,DOM生物源降低,DOM生物活性降低。洱海沉积物内源释放和入湖河流主要影响上覆水中类腐殖酸DOM,湿沉降主要增加类蛋白质DOM。在湖泊贫营养阶段类富里酸DOM对水质影响较大,在富营养阶段类腐殖酸DOM对水质影响较大。随着湖泊富营养化程度的加剧,上覆水类蛋白质和类富里酸DOM所占比例呈下降趋势,微生物降解产物和类腐殖酸DOM所占比例呈增加趋势。DOM荧光组分占比变化对湖泊富营养化具有指示作用。     

同步荧光结合主成分与二维相关研究盐碱性土溶解性有机质组成与结构特征

为解决同步荧光光谱(SFS)荧光峰重叠而产生的应用局限性,应用同步荧光技术结合二维相关与主成分等方法,对重叠峰进行解析,研究土壤溶解性有机质(SDOM)组成与结构特征。选取河套灌区典型常见的芦苇、白杨、玉米、籽瓜等四种植被覆盖的土壤为研究对象,采集四个样点的土样,每个样点按0~20,20~40,40~60和60~80 cm等四层采集植被下土壤,共计16个土样,提取溶解性有机质,检测SFS。结果表明瓜地和玉米地SDOM荧光强度大于林地和芦苇地SDOM的荧光强度,瓜地SDOM荧光强度随着土层深度的增大而增大,而其他三种植被SDOM的荧光强度随着土壤深度的增大而减小,表明瓜地水浇过程中土层以淋溶作用为主,而其他土层以渗滤作用为主。应用主成分分析方法(PCA),识别出酪氨酸、色氨酸、微生物代谢产物、富里酸和胡敏酸等5种荧光组分,酪氨酸荧光峰出现了红移现象,表明瓜地土壤中的酪氨酸荧光强度明显高于其他三种植被土壤。基于二维相关光谱分析,芦苇土壤中的色氨酸与微生物代谢产物呈正相关变化趋势,光谱波段先后变化顺序为370 nm→337 nm→290 nm,表明组分变化顺序为富里酸→微生物代谢产物→色氨酸;玉米土壤中富里酸与胡敏酸呈正相关,波段变化顺序为318 nm→350 nm→420 nm→274 nm,表明组分变化顺序为微生物代谢产物→富里酸→胡敏酸→酪氨酸;林地土壤中酪氨酸、富里酸和胡敏酸呈正相关,波段变化顺序为270 nm→392 nm→426 nm→305 nm→337 nm,表明组分变化顺序为酪氨酸→富里酸→胡敏酸→色氨酸→微生物代谢产物;瓜地土壤中富里酸与胡敏酸呈正相关,而与酪氨酸呈负相关,波段变化顺序为410 nm→355 nm→334 nm→309 nm→275 nm,表明组分变化顺序为胡敏酸→富里酸→微生物代谢产物→色氨酸→酪氨酸。因此,运用SFS结合PCA与二维相关光谱分析SDOM的荧光光谱特征,识别荧光组分,揭示荧光组分的空间变化规律具有十分显著的效果。     

Mobilization and retardation of uranium DOC species at three mine piles in Schlema/Alberoda, Saxony, Germany

The modeling of geo-chemical processes needs the detailed and comprehensive knowledge of all chemical interactions existing in the flow path of waste dumps, subsoil and aquifer. This includes the adsorption, displacement and transport of heavy metal species of fulvic and humic acids, which represent the main amount of DOC in the liquid/solid system of the flow path. Comparative measurements of DOC concentrations in the input and output flow at the three waste dumps in the district Schlema/Alberoda indicated that DOC is produced and/or supplied within the waste dumps. The speciation of heavy metal compounds of fulvic and humic acids was achieved by means of sequential chromatographic analysis SCA and isoelectric focusing IEF. Between 5% and 20% of uranium exist in the flow path in the form of stable fulvic and humic acid species. Their distribution coefficients are strongly correlated with the pH values of the geo-chemical system.     

Mobilization and Retardation of Uranium DOC Species at Three Mine Piles in Schlema/Alberoda,Saxony, Germany

Abstract

The modeling of geo-chemical processes needs the detailed and comprehensive knowledge of all chemical interactions existing in the flow path of waste dumps, subsoil and aquifer. This includes the adsorption, displacement and transport of heavy metal species of fulvic and humic acids, which represent the main amount of DOC in the liquid/solid system of the flow path. Comparative measurements of DOC concentrations in the input and output flow at the three waste dumps in the district Schlema/Alberoda indicated that DOC is produced and/or supplied within the waste dumps. The speciation of heavy metal compounds of fulvic and humic acids was achieved by means of sequential chromatographic analysis SCA and isoelectric focusing IEF. Between 5% and 20% of uranium exist in the flow path in the form of stable fulvic and humic acid species. Their distribution coefficients are strongly correlated with the pH values of the geo-chemical system.     

累积性发射光谱结合多元统计研究蘑菇湖水体DOM的特征

三维荧光光谱技术（3DEEM）因其方便迅速、灵敏度高等一系列优点,广泛应用于表征DOM。在实际应用中,3DEEM步骤较为繁琐,PARAFAC等方法相较于寻峰法虽然更加直观可靠,但是往往需要借助MATLAB等数学软件,因此该研究希望借助一种新的方法能够更加简便迅速地表征DOM。以蘑菇湖水体DOM为例,基于累积性发射光谱（AFEs）,结合多元统计及二阶导数等方法,对DOM各类荧光组分及含量进行表征。利用主成分分析（PCA）对AFEs进行因子载荷分析, 并确定荧光峰的类型及其含量的差异; 通过二阶导数转换,得到二阶导数AFEs;通过对所有采样点二阶导数AFEs各荧光峰进行绝对面积积分,分析DOM中各组分的含量及变化;通过聚类分析, 分析不同点位组分的差异性或相似性。研究表明,通过AFEs得到5类荧光峰,分别为类蛋白峰、类富里酸峰、陆源类腐殖酸峰以及腐殖酸峰。基于AFEs及其对荧光强度之和的分析,可以看出蘑菇湖水体中的DOM主要以不稳定、易被降解的、相对分子质量较小的类蛋白及富里酸为主,腐殖化程度由滨湖区向深湖区递减。基于AFEs得分图,得到5类荧光峰,且荧光峰中类蛋白及类富里酸峰占主导;基于点位得分矩阵,可以说明各点位之间的荧光组分存在差异。二阶导数AFEs被分为5个荧光波段, DOM以相对质量较小的有机质为主,腐殖化程度、芳香度较小,空间差异上不显著。通过对荧光峰面积以及采样点进行聚类分析,荧光峰被分为3类,其中富里酸含量占比较大,且岸边采样点和位于湖心区域的采样点之间存在差异。综上研究显示,AFEs相对简单迅速,能够代替3DEEM对DOM进行表征。蘑菇湖水体DOM是以相对分子质量较小、不稳定、易被降解的类蛋白、类富里酸物质为主,总体上腐殖化程度及相对分子质量具有由滨湖区向深湖区递减的趋势,但空间上差异性较小。     

Fourier Transform Surface-Enhanced Raman Spectra of Fulvic and Humic Acids Adsorbed on Au Electrodes

The Fourier transform Surface-enhanced Raman spectra of fulvic and humic acids from sea water adsorbed on an Au electrode were determined. At neutral and basic conditions, the humic acid was hung on the Au surface through its carbonyl groups, and the fulvic acid from the same source was adsorbed in both “end on” and “flat on” configurations. At acidic conditions, both of the fulvic and humic acids were adsorbed on the surfaces through their carboxylate and pyridine-like groups. The SERS behaviours of the humic and fulvic acids at different pH and potentials were from the difference of their chain sizes, charges and flexibility as well as the changes of their conformations. This preliminary study suggested that Fourier transform Surface-enhanced Raman spectroscopy could be used as a powerful probe with which to directly “see” humic substances at low concentrations.     

Frequency-Domain Fluorescence Lifetime Measurements via Frequency Segmentation and Recombination as Applied to Pyrene with Dissolved Humic Materials

In this study, the association behavior of pyrene with different dissolved humic materials (DHM) was investigated utilizing the recently developed segmented frequency-domain fluorescence lifetime method. The humic materials involved in this study consisted of three commercially available International Humic Substances Society standards (Suwannee River fulvic acid reference, SRFAR, Leonardite humic acid standard, LHAS, and Florida peat humic acid standard, FPHAS), the peat derived Amherst humic acid (AHA), and a chemically bleached Amherst humic acid (BAHA). It was found that the three commercial humic materials displayed three lifetime components, while both Amherst samples displayed only two lifetime components. In addition, it was found that the chemical bleaching procedure preferentially removed red wavelength emitting fluorophores from AHA. In regards to pyrene association with the DHM, different behavior was found for all commercially available humics, while AHA and BAHA, which displayed strikingly similar behavior in terms of fluorescence lifetimes. It was also found that there was an enhancement of pyrene’s measured lifetime (combined with a decrease in pyrene emission) in the presence of FPHAS. The implications of this long lifetime are discussed in terms of (1) quenching mechanism and (2) use of the fluorescence quenching method used to determine the binding of compounds to DHM. Electronic supplementary material  The online version of this article (doi:) contains supplementary material, which is available to authorized users.