黄土区金盏菊幼苗对Pb/Cd次生非生物胁迫响应的红外光谱研究

植物修复法是重金属污染场地修复的重要手段,这种"绿色修复技术"得到了学者们的广泛关注和期待。在重金属胁迫条件下,植物自身会出现相应的响应反映,进而逐渐适应并有效减缓重金属的直接毒害作用。这种微尺度的调控行为往往多维度和不可见,需要借助精密仪器分析技术加以剖析。现阶段,相关方面的研究还略显欠缺。以黄土修复植物金盏菊幼苗为研究对象,分析Pb/Cd复合胁迫对其表观形貌的影响,采用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)识别其地下和地上部分样本的官能团性质,初步推断金盏菊对Pb/Cd胁迫的响应途径和耐受机制。研究表明:随着Pb/Cd胁迫程度的加剧,金盏菊根冠弯曲萎缩,根毛数量明显减少,而其地上部分形貌差异很小。Pb/Cd胁迫对金盏菊幼苗地下和地上部分的FTIR图谱影响较大:3 573cm~(-1)附近的—OH峰强减弱且发生移动,随着Pb/Cd胁迫浓度的增加,峰形更趋复杂化;这表明Pb/Cd与—OH间存在配位结合效应,Pb/Cd胁迫干扰了有机物的合成和分泌。饱和C—H振动峰整体红移,可能与细胞膜的膜脂氧化程度有关。1 631和1 574 cm~(-1)处吸收峰强下降,说明与之关联的蛋白质组分特性可能有异。1 385 cm~(-1)处峰位有所偏移,推测金盏菊通过改变果胶质和油脂的甲基化程度,完成细胞组织对Pb/Cd胁迫的"直接排斥→逐步适应→增强抗逆性"的过程转变。FTIR对于识别土壤重金属的植物修复机制具有重要指导意义。     

金盏菊原生质体对土壤铅/镉响应机制的FTIR, 2D-IR和XPS证据

土壤修复是“十四五”期间国家重点支持的环保领域,是实现社会可持续发展的重要保障。与其他方法相比,植物修复技术整体优势突出,对于土壤重金属的去除净化更为有效。原生质体是植物细胞代谢活动的重要场所,相对于细胞壁而言,原生质体对重金属胁迫的生理响应同样强烈。现阶段,同类植物修复机制研究多从分子生物学层面切入;本研究则从谱学角度展开,初步探究植物原生质体对土壤重金属的反馈信号。以代表性的菊科植物金盏菊为研究对象,通过Pb/Cd胁迫盆栽实验获取金盏菊样本,差速冷冻离心法得到金盏菊原生质体。引入Tessier连续提取-原子吸收光谱法(AAS)揭示胁迫强度与Pb/Cd赋存形态的内在关联,结合X射线衍射光谱(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、二维相关红外光谱(2D-IR)和X射线光电子能谱(XPS)识别金盏菊原生质体对Pb/Cd响应的谱学表现。结果表明：金盏菊原生质体可交换态Pb/Cd比例不高,胁迫强度对不同形态Cd含量影响很小。XRD图谱最强信号出现在31.7°(NaCl晶体),同时检测出Pb盐 [Pb₅(PO₄)₃Cl] 和Cd盐(CdS)特征峰。FTIR图谱的3 510 cm-1附近强吸收带源于—OH伸缩振动,胁迫过程导致峰形杂乱、峰位偏移;2D-IR结果说明Pb/Cd优先与金盏菊原生质体—OH和C═O结合。从XPS图谱可以看出,反应前后原生质体C,O元素结合能有异。C(1s)结合能略有增加,说明C原子参与了配位反应;O(1s)峰位有所偏转,暗示含O基团对Pb/Cd的结合包含多种途径。新出现的Pb(4f)峰源于π电子-Pb的交互作用;胁迫浓度增加导致Cd(3d)结合能升高,表明Cd具有明显失电子倾向。相关结果可以与前期获得的Pb/Cd/金盏菊细胞壁结合特性互为补充,对于完善同领域的深度和广度、构建植物修复理论和技术体系意义重大。     

金盏菊根际圈黄土溶解性有机质对Pb/Cd赋存形态原位调控机制的光谱学证据

在污染场地植物修复过程中,植物根系通过释放活性分泌物主动适应和抵御污染胁迫,直(间)接影响根际圈土壤DOM的结构组成。现阶段,植物修复的关注点主要集中于污染物的吸收、转运、累积和解毒行为,对于根际圈土壤DOM的探讨略显不足。以Pb/Cd复合污染黄土区金盏菊幼苗为研究对象,分析根际圈黄土Pb/Cd赋存形态、金盏菊生长状况等宏观差异,借助紫外可见光谱(UV)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和三维荧光光谱(3D-EEMs)明确Pb/Cd胁迫前后根际圈黄土DOM的微观性质。结果表明:根际圈黄土Pb/Cd以残渣态和可交换态为主,金盏菊生长周期结束后可交换态Pb/Cd含量有所升高。Pb/Cd胁迫抑制了金盏菊株高和出苗率,其生长周期有助于改善黄土理化性质。胁迫后金盏菊根部呈现细长、弯曲且萎缩的迹象;DOM紫外光谱最大吸收区间位于200~240nm,但胁迫后的图谱波峰更加尖锐,峰强更大。Pb/Cd胁迫导致DOM红外吸收峰分别从3 444和1 637cm-1移动至3 440和1 645cm-1,其中存在重金属离子与OH和C=O结合效应。DOM荧光峰集中在λex/em=240/430附近(紫外区类富里酸荧光峰),Pb/Cd胁迫对荧光峰强干扰较大,而对荧光峰位基本没有影响。金盏菊根际圈黄土DOM能够提供重要的微生态环境信息,光谱学手段能够一定程度上揭示其与Pb/Cd赋存形态的构效关系。     

湿法消解火焰原子吸收法测定黄土复合污染修复植物金盏菊幼苗中的铅和镉

原子吸收光谱法(AAS)广泛应用于重金属分析检测领域,优化测试过程的操作条件,进而保障分析结果的稳定性和重现性,直接关系到预期研究目标的有效实现,建立精准的检测方法往往成为科学研究的首要任务。以金盏菊为黄土区Pb/Cd复合污染修复植物,采用湿法消解-AAS法测定金盏菊幼苗体内Pb/Cd含量,分析所得结果初步揭示金盏菊幼苗对Pb/Cd的富集效应。研究发现:湿法消解-AAS法对Pb/Cd的检出限分别为0.104和0.007 mg·L~(-1),Pb/Cd回收率对应于94.33%~110.78%和97.73%~107.50%之间,同一样品重复测定(6次)的相对标准偏差(RSD)波动于4.11%~4.75%(Pb)和1.11%~2.77%(Cd),表明该方法准确度较好,精密度较高。金盏菊幼苗对Pb的富集能力不强,这可能与Pb的电负性、植物生长周期较短及环境因子等因素有关;但在黄土Cd浓度为50 mg·k~(-1)时,金盏菊幼苗对Cd的平均富集量已达到104.85 mg·kg~(-1)。此外,黄土Pb的共存一定程度上促进了金盏菊幼苗对Cd的吸收,其间可能存在协同作用。所建立的分析方法可以对金盏菊幼苗Pb/Cd含量进行有效检测,预期能为后续研究提供技术支持和质量保障。     

新鲜金盏菊的红外光谱三级鉴别

在9月份和10月份,利用衰减全反射(ATR)对金盏菊分别进行6次活体检测,凭借红外光谱具有的指纹特征性,构建新鲜金盏菊样本的红外指纹图谱,作为三级鉴别提取的特征数据。结果表明:不同时期金盏菊红外光谱中,酯类特征吸收峰(1 732cm-1)和多糖类成分吸收峰(900~1 100cm-1)之间的相对吸收峰强度和峰面积有所差异;二维红外光谱中差异更加明显。红外光谱为不同时期鲜花活体鉴别提供了一种新的方法。     

基于空间谱的玉米叶片铜铅污染区分及程度监测

利用高光谱遥感技术监测并识别农作物受重金属污染信息是当今热点,研究设置了不同浓度铜离子(Cu2+)、铅离子(Pb2+)胁迫梯度的玉米盆栽实验,并测取了玉米叶片的光谱及叶片中重金属离子与叶绿素含量。基于获取的光谱数据,将光谱划分为紫谷、蓝边、绿峰、红谷、红边和红肩六个光谱特征区间,通过光谱的一阶微分和二维多重信号分类(2D-MUSIC)算法构造空间谱,对各光谱特征区间进行变换分析。实验结果表明：蓝边、绿峰和红边阵列信号的空间谱在Cu2+胁迫下为双高峰,在Pb2+胁迫下为单高峰,以此能够快速、直观地区分玉米叶片所受重金属污染的Cu2+和Pb2+元素类别。红谷和红肩阵列信号空间谱的方位角谱峰值与玉米叶片中Cu2+含量的相关系数分别达到-0.954 5和-0.964 8,说明用于监测Cu2+污染程度时效果理想;紫谷阵列信号空间谱的方位角谱峰值与玉米叶片中Pb2+含量的相关系数达到-0.999 8,说明用于监测Pb2+污染程度时效果理想。同时通过与常规重金属污染监测方法绿峰高度(GH)、红边位置(REP)、红边最大值(MR)、红边一阶微分包围面积(FAR)的应用结果进行比较分析,空间谱法的应用结果与玉米叶片中重金属离子含量的相关性较高,从而验证了空间谱应用于玉米重金属污染信息监测具有更好的有效性和优越性。     

铜铅胁迫下玉米叶片弱光谱信息的LD-CR-SIDSCAtan探测模型

农作物在受到重金属污染以后,会破坏本身的组织细胞结构和叶绿素含量,从而影响农作物的新陈代谢和健康状况。人和动物如果食用了污染的农作物以后,会有致命的伤害。高光谱遥感目前被广泛应用于监测农作物受重金属污染的程度。重金属污染下的农作物叶片的光谱变化很微小,传统的监测方法和常规的光谱特征参数很难将光谱之间的微弱差异区别开,目前高光谱遥感应用是研究的重点和难点。通过设置不同浓度的Cu2+和Pb2+胁迫下玉米盆栽实验,采集玉米叶片的光谱数据、叶绿素的相对含量以及重金属Cu2+和Pb2+的相对含量。提出了包络线去除(CR)、光谱相关角(SCA)、光谱信息散度(SID)以及正切函数(Tan)和兰氏距离(LD)相结合的LD-CR-SIDSCA_tan模型,将其与传统的光谱测度方法,如光谱相关系数(SCC)、光谱角(SA)、光谱角正切(DSA)、光谱信息散度-光谱相关角正切(SIDSAM_tan)、光谱信息散度-光谱梯度角正切(SIDSGA_tan)和常规的光谱特征参数,如红边最大值(MR)、绿峰高度(GH)、红边一阶微分包围面积(FAR)、红边一阶微分曲线陡峭度(FCDR)、蓝边(DB)、红谷吸收深度(RD)相比较,验证了该模型的优越性和可行性。并且将LD-CR-SIDSCA_tan模型应用于不同浓度下Cu2+和Pb2+胁迫的玉米叶片的整体波形和子波段的光谱差异信息的测度上。结果表明,LD-CR-SIDSCA_tan模型实现了重金属Cu2+和Pb2+污染的定性分析,能够测度光谱相关系数达到0.99以上的相似光谱之间的差异信息,波形差异信息与叶片测得的叶绿素相对含量和重金属Cu2+和Pb2+相对含量显著相关,也分别找到了重金属Cu2+和Pb2+胁迫下的光谱响应波段。在测度光谱数据的整个波段区间范围,模型值为负值时的光谱差异要比模型值为正值更加明显;在模型值为正值时,如果数值越大,光谱的差异性也越大。因此,随着重金属Cu2+和Pb2+浓度的增加,光谱的差异增大,意味着重金属Cu2+和Pb2+污染程度更为严重;玉米植株受到重金属Cu2+胁迫污染,在测度光谱数据的局部子波段区间范围时,“蓝边”、“红边”、“近谷”、“近峰B”处对重金属Cu2+胁迫污染响应特别的敏感,可以作为监测重金属Cu2+污染程度的有效波段;当玉米植株受到重金属Pb2+胁迫污染时,在“紫谷”、“蓝边”、“黄边”、“红谷”、“红边”、“近峰A” 处对重金属Pb2+胁迫污染响应特别的敏感,可以作为监测重金属Pb2+污染程度的有效波段。最后通过LD-CR-SIDSCA_tan模型的应用结果与玉米叶片中Cu2+和Pb2+含量进行线性拟合分析,从而反演和预测了重金属Cu2+和Pb2+对玉米植株的污染程度。     

质子辐照聚苯胺的Raman与红外光谱研究

本文用Raman与红外光谱表征质子辐照聚苯胺的结构。聚苯胺的红外光谱的主要吸收峰经低能和高能质子辐照后分别向高频移动2—12cm~(-1)和5—26cm~(-1)。在1228,1344,1380和1444cm~(-1)处的Raman带在低能质子辐照后分别移到1236,1348,1392和1456cm~(-1),在804,1588和1620cm~(-1)处的Raman带,经高能质子辐照后分别移到808,1592和1624cm~(-1)。醌型结构的拉曼线1588cm~(-1)也上移4cm~(-1)。这些结果表明,质子辐照不同于质子酸的掺杂(质子化过程)而是引起聚苯胺中分子链的断裂。     

铬诱导植物根细胞壁化学成分变化的FTIR表征

随着制革、电镀等行业的发展,铬污染已成为严重的环境问题而受到人们的关注。铬在植物体内主要积累于根部,植物根细胞壁化学变化与金属元素在植物体内的蓄积行为有密切关系。与其他方法比较,应用OMNI采样器-FTIR直接测定法表征细胞化学成分变化具有简便、快速和准确的优点。文章用FTIR对凤眼莲(Eichhornia crassipes)和空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)根细胞壁进行了测定、分析和指认,并利用半定量分析方法研究了铬处理和对照处理下根细胞壁红外光谱的差异。结果表明,铬处理的凤眼莲和空心莲子草根细胞壁上的—OH向低频分别发生了20和6 cm-1的位移,同时凤眼莲的根细胞壁上—OH和自由羧基COO-等吸附位点数目较对照均有所增加,而空心莲子草则相反。说明这些基团与铬的结合密切相关,进一步解释了凤眼莲耐铬及其在根部积累铬的机理,说明FTIR在监测逆境诱导植物化学成分变化和环境绿色修复方面具有广泛的应用前景。     

铜铅离子胁迫下玉米污染程度的光谱识别

重金属铜离子(Cu2+)与铅离子(Pb2+)污染对玉米叶片光谱的影响微弱、隐蔽而难于探测。研究中设置不同浓度Cu2+, Pb2+胁迫的玉米盆栽实验,测定了玉米叶片光谱、叶片中Cu2+, Pb2+含量与叶绿素相对含量,分析了Cu2+, Pb2+污染胁迫下玉米叶片光谱响应特征,并选取480～670与670～750 nm范围来进行分析,在光谱维中定义了光谱微分差信息熵指数与在频率域中通过谐波分析提取了前三次谐波振幅(c₁, c₂与c₃)指数,并用所定义的指数探测分别受Cu2+, Pb2+胁迫玉米叶片光谱微弱差异。实验结果表明,在480～670与670～750 nm范围内,玉米叶片中重金属离子浓度越大,其光谱微分差信息熵就越大;在480～670 nm波段,谐波分解后第一谐波振幅c₁与第二谐波振幅c₂可用于识别Cu2+, Pb2+污染程度;在670～750 nm波段,第一谐波振幅c₁、第二谐波振幅c₂与第三谐波振幅c₃可用于识别Cu2+污染程度,而c₂则可以识别Pb2+污染程度,污染胁迫越大振幅越大。在480～670与670～750 nm波段内,光谱微分差信息熵与前三次谐波振幅可作为识别玉米受Cu2+, Pb2+污染胁迫程度的指数,从光谱维与频率域两种维度来识别玉米受Cu2+, Pb2+胁迫程度的方法可行,文中定义的两类指数可稳健、可靠地探测与识别玉米受Cu2+, Pb2+影响所产生的光谱微弱差异,研究结果对利用高光谱来探测植被受重金属污染胁迫程度具有一定的参考价值。     

拉曼光谱-D401树脂吸附技术检测香根草根部重金属铅含量

以香根草作为研究材料,选取江铜贵冶周边土壤修复示范基地的香根草植株,利用其能富集重金属铅的特性,运用拉曼光谱结合树脂吸附技术检测Pb的含量。D401树脂功能基-N(CH₂COOH)₂中的N和O原子与金属离子发生配位能形成稳定化合物,从而富集香根草消煮溶液中的重金属Pb2+,然后用重金属分析仪(HM-5000P)测定铅含量。D401树脂和金属离子所形成的络合物有一定的拉曼信号,检测络合物的拉曼信号,运用拉曼光谱技术,对吸附重金属后树脂内Pb含量进行间接定量分析,建立数学检测模型。对比不同预处理方法对数据定量模型的影响,使用多种预处理方法结合偏最小二乘法建立最优的香根草根部重金属铅含量的定量分析模型。经过卷积平滑结合一阶微分预处理后其预测相关决定系数R_p为0.854,预测均方根误差RMSEP为5.658%,建模结果较理想。研究表明,基于拉曼光谱技术结合D401树脂吸附技术定量检测香根草根部重金属铅含量具有可行性,该研究对环境中重金属含量评估有一定的指导意义。     

屋顶花园种植的金银花、竹荪中铅和镉含量及其评价

采用火焰原子吸收光谱法测定屋顶花园种植金银花、竹荪中Pb、Cd的含量。该法简单、快速、灵敏度高,准确性好。回收率在93.6%—96.7%之间,相对标准偏差小于5%。实验结果表明:金银花中Pb、Cd的平均含量范围分别为16.46—16.60、0.19—0.23mg/kg,竹荪中Pb、Cd的平均含量范围分别为11.07—14.62、5.54—5.48mg/kg。     

ICP-AES测定银条不同部位重金属含量

应用混合酸(HClO4∶HNO3=1∶4)在常压条件下对银条茎叶样品进行消解,采用电感耦合等离子体-原子发射光谱法(ICP-AES)测定了银条不同器官的6种重金属Fe、Zn、Mn、Cu、Cd和Pb含量。校准曲线的相关系数均在0.9998—1.0000之间,加标回收率在97.0%—108.9%之间,相对标准偏差为0.45%—3.20%,实验结果可靠。结果显示,银条叶片和地上茎中的重金属含量顺序均为FeZnMnCuPb、Cd,地下茎中的含量顺序为ZnFeCuMnCdPb;同种重金属元素符合叶片地上茎地下茎的规律(Cu除外),其中Fe元素在叶片中含量分别是地上茎和地下茎的4.11、5.35倍。说明银条地下茎部分是无污染、安全的特色蔬菜。     

PGNAA-XRF联合检测水溶液中重金属的研究

重金属污染越来越受到人们的关注,迫切需要开发具有高精度的原位检测技术。瞬发伽玛中子活化分析（PGNAA）技术具有原位、无损、快速等优点而被广泛应用于重金属测量,但由于目前原位检测装置中使用的中子源通量相对较低,因此对一些重金属元素分析精度相对不高。为提高测量精度,直接利用PGNAA技术中的瞬发特征γ射线充当传统X荧光光谱分析的激发源,来激发重金属元素的特征X射线荧光（XRF）信息,提出了一种PGNAA-XRF联合检测水溶液中重金属元素的方法,并设计了一套由BGO和带铍窗的NaI组成的双探测器联合检测装置,分别用来探测PGNAA中瞬发特征γ射线和特征X荧光信息。通过MCNP分别模拟研究了Cr,Cd,Hg和Pb的浓度（ｃ_i）对瞬发特征γ射线强度（I_γ）和特征X荧光强度(I_X)的影响,模拟结果表明该装置中Cr,Cd,Hg和Pb元素的I_γ和I_X均与ｃ_i成良好的线性关系,并建立了联合检测方法的经验公式。比较重金属元素特征X射线荧光发现,该联合方法对Hg和Pb等高原子序数重金属的检测较灵敏,最后计算得到该装置对Hg和Pb等重金属元素的检测限分别为17.4和24.2 mg·kg-1。     

基于PGNAA-XRF联合方法的铅汞混合样品检测的研究

瞬发伽玛中子活化分析(PGNAA)技术用于溶液中重金属元素原位检测时,由于样品成分复杂,中子俘获截面较大的中子毒物(汞)元素,对截面较小的元素(铅)检测精度干扰很大,因此分析精度相对不高。为实现混合样品中多种重金属的高精度原位检测,提出了一种提高热中子俘获截面较低元素检出限的PGNAA-XRF联合检测方法,设计了一套联合检测混合样品中重金属元素的装置;使用MCNP软件,根据重金属元素的特征γ射线和特征X荧光的计数对样品的尺寸进行优化,得到较合适的样品尺寸高度和半径分别为33和16 cm;并模拟研究了Hg和Pb混合样品中的不同浓度(c_i)对瞬发特征γ射线强度(I_γ)和特征X荧光强度(I_X)的影响,模拟结果表明该混合样品中,Hg和Pb元素的I_γ和I_X均与c_i成良好的线性关系,通过探测Pb的X荧光信息,克服混合样品中高低热中子俘获截面元素间的竞争问题,能显著的改善Pb的检出限,最后拟合给出了PGNAA-XRF联合检测方法的经验公式,计算得到该装置对Hg和Pb元素的检出限分别为3.89和4.80 mg·kg-1。     

结合重金属前后浮萍的红外光谱比较

对结合ＺｎＳＯ４前后浮萍的红外光谱图进行了比较。结构Ｚｎ＾２＋后,３４００ｃｍ＾－１附近的羟基峰发生了位移（△υ＝８３ｃｍ＾－１）,且吸光度下降,１６５０和１５４０ｃｍ＾－１处的蛋白质特征峰的吸光度也下降,而６２０ｃｍ＾－１处峰的吸光度随ＺｎＳＯ４浓度的升高显著增大。因此羟基在结合Ｚｎ＾２＋时起重要作用,结合ＺｎＳＯ４后细胞壁的结构发生了变化,结合ＺｎＳＯ４时物理吸附与化学吸附共同起作用。