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。     

黄土区金盏菊幼苗根部细胞壁对Pb/Cd复合胁迫响应的FTIR和Raman光谱

植物修复法是新兴的重金属污染土壤修复手段,也是未来极富应用潜力的主流技术之一。植物根部细胞壁作为重金属/土壤/植物相的交界面,天然地成为修复效能调控过程的关键部位和信号通道。植物细胞壁与重金属离子的作用行为具有物理化学和生理生化的双重属性,但以光谱技术为切入点,原位解析植物根部细胞壁对土壤重金属离子的响应关系还不多见。以黄土区修复植物金盏菊幼苗为研究对象,分析Pb/Cd复合胁迫对其根部细胞壁形貌的影响,借助X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)揭示细胞壁对Pb/Cd胁迫的响应信号。结果发现:Pb/Cd胁迫导致金盏菊根部细胞壁弯曲萎缩,表面分布若干点状深色沉积物颗粒;XRF证实细胞壁Pb/Xd含量增加,但XRD图谱没有发现典型Pb/Xd结晶峰。FTIP图谱中—OH振动峰定位于3 416 cm~(-1)处,表明Pb/Cd离子与—OH间可能存在配位键合;1 701和1 593 cm~(-1)处的特征峰分别移动到1 736和1 618 cm~(-1),说明Pb/Cd胁迫改变了金盏菊根部细胞壁蛋白质结构属性。Raman光谱中2 960 cm~(-1)附近峰强增加,暗示Pb/Cd胁迫影响了细胞壁纤维素分子排列方向。可以认为,细胞壁组分(果胶、蛋白质、纤维素等)和典型官能团(—OH,N—H,C=O等)对于减缓Pb/Cd胁迫引起的金盏菊根部细胞壁毒害效应贡献较大。     

不同产地丹参及根际土壤无机元素分析与评价

无机元素是自然界植物生长过程中所必需的物质,也是中药材的基本组成成分,在中药质量控制和评价应用中是不可或缺的参数。原子吸收分光光度技术作为无机元素测定方法,在中草药及成药分析中起到重要的作用。根际是植物和土壤进行物质能量交换的结点,根际土壤中营养元素与中药材内在品质密切相关。研究以5个省份9个主产区的丹参及根际土壤为样品,采用原子吸收分光光度法对样品中Na,Mg,K,Ca,Mn,Fe,Cu和Zn八种无机元素含量进行检测,采用聚类分析、主成分分析和偏最小二乘判别分析等化学模式识别方法进行探讨。结果表明：建立的原子吸收分光光度方法线性关系良好,具有较高的准确度和精密度;比较各产地样品无机元素含量,发现山东丹参中Mn元素含量颇高,四川丹参中Fe和K元素含量较高,陕西丹参根际土壤中Ca元素含量较高;聚类分析显示不同产地丹参存在明显差异,且根际土壤中的K,Na,Mn和Zn元素与药材中多个无机元素呈现相关关系;主成分分析结果表明土壤中元素影响着药材成分元素含量若以这八种元素为评价指标山东产区丹参质量较佳;偏最小二乘判别分析结果发现Na,K,Fe和Mg四个元素可能是造成不同产地丹参质量差异的主要影响因素。采用原子吸收分光光度技术建立不同产地丹参及根际土壤中无机元素含量方法,探讨道地药材质量与生长环境两者间关系,为丹参药材质量控制及标准建立提供科学参考。     

黑龙江多金属矿区植物胁迫光谱及其与金属元素含量关系研究

以黑龙江多宝山和铜山矿区为例,通过采集矿区典型植物的光谱,以及岩石、土壤、植物中14种金属元素和植物叶片生化参数的测试分析,表明不同植物选择性吸收富集的金属元素不同,分别与岩石、土壤不同层中金属元素含量的相关性不同。由于植物叶片对金属元素富集,植物胁迫光谱的变异体现在光谱的‘红边’和吸收深度不同,而植物光谱的变异特征与其粗蛋白和叶绿素(a、b)含量相关,与叶绿素a的相关性更强。通过叶片内重金属元素含量和550～760nm之间波段吸收深度的多元回归分析,表明叶片中Co,Cu,Ni,Mo,Ag,Sb,W,Pb和As的含量与其光谱吸收深度的复相关系数都在0.75以上,相关性强。通过此研究,为植被覆盖区利用高光谱遥感调查评价金属元素的分布和富集奠定基础。     

FTIR-ATR、EDS结合生理特性研究铅胁迫对玉米幼苗的影响

应用X射线能谱(EDS)和傅里叶变换-衰减全反射红外光谱(FTIR-ATR)分析方法结合一些生理指标的变化,研究铅胁迫对玉米幼苗的影响.结果表明,随着Pb2+浓度的升高,抗氧化酶(SOD、CAT、POD)活性均先升高后降低.利用红外光谱检测发现,植物各组分吸收金属前后的峰形基本不变,参与重金属吸附的基团如羟基(3328...     

铅锌矿区居民头发中Pb，As，Cd等有害元素含量、微区分布及元素形态特征研究

头发是人体元素的排泄器官之一,头发中元素含量能反映出一段时间内矿区毒性元素在人体内的吸收和代谢情况。采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)和电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-OES)对某铅锌矿区居民头发中Pb,As,Cd,Ca,Mg,Fe,Zn,Cu,Mn和Sr进行了定量分析,应用微区X射线荧光(Micro-XRF)和X射线吸收近边结构谱(XANES)测定了头发中的Pb和As等元素微区分布和Pb形态。研究发现(1)当地部分居民已经受到矿区中Pb,Cd,Cu和Mn等重金属污染的危害。(2)不同性别群体的生理特征和生活习惯是决定其分布特征的主要因素,其中女性头发中Pb,Cd,Ca,Mg,Zn,Cu和Sr的平均含量都显著高于男性,男性头发中的Fe显著高于女性;(3)由于各元素性质、来源和吸收机制等原因,矿区居民头发中Ca-Mg-Sr-Zn,Pb-Cd-Cu-Mn,Fe-Mn具有相关性;(4)矿区典型头发样本中Pb和As主要沿头发中轴分布,从发根至发梢含量有逐渐增多的趋势;(5)头发样品中Pb由4.7%Pb₃(PO₄)₂,36.8%Pb-GSH和8.4%PbS组成;(6)头发中不溶性磷酸铅、铅-半胱氨酸巯基结合态是发铅的主要存在形态,揭示了其为人体铅代谢的主要途径之一。     

微区X射线荧光光谱仪研制及元素生物地球化学动态分布过程研究

微区无损分析可提供物质组成元素的原位分布信息,以揭示物质形成条件、元素动态分布过程与相互作用机理、生物代谢作用等。文章报道了实验室型微区X射线荧光(μXRF)光谱仪的研发和元素生物地球化学动态分布过程研究结果。μXRF光谱仪采用15 μm光斑的聚束毛细管X射线透镜为激发源,选用分辨率为135 eV的硅漂移探测器(SDD),样品和探测器间角度可调,使之可进行异型样品如地质样品的原位分析,利用五轴自控实现样品时空四维元素分布测定。利用该μXRF光谱仪测定了矿物-生物膜间的元素迁移和玉米种发芽过程中的元素分布,发现(1)生物膜可吸附、富集毒性元素铅,是重金属的重要汇集地,最大富集系数1.7。(2)生物膜是金属从固态矿物相经水相进入生态系统的重要途径。(3)在玉米种子中,可检测到K,Ca,Mn,Fe,Cu,Zn和Pb。Zn主要在胚乳中分布,胚中有少量Zn存在;在胚乳和胚中存在微量Fe;胚乳中存在微量Pb,胚中未观测到Pb。(4)经含Pb溶液浸泡发芽后,K在玉米种中胚和胚乳中部分富集,Fe分布在种皮和胚乳中,Cu和Zn主要在胚乳中分布;Pb主要在胚根、胚轴和胚芽中分布,且Pb在新生根中高度富集。研究表明,在种子萌发阶段,Pb等毒性元素可被植物滞留于根部,制约了其向地上部的转移,从而揭示了植物对毒性元素的耐受机制。     

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。     

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。     

蜈蚣草孢子囊元素组成的X射线光谱分析

砷超富集植物蜈蚣草具有超强的砷吸收和富集能力,生物量大,被认为是修复砷污染土壤的理想植物材料。基于砷超富集植物蜈蚣草的植物修复技术已经推广应用到了我国20多个污染区的土壤修复实践中。目前所报道的所有蜈蚣草均具有砷超富集能力,并且该特性能够得到稳定遗传。蜈蚣草是如何通过仅仅几十个微米的孢子将这种砷超富集能力传递给下一代？ 与其他微区分析手段相比,基于同步辐射X射线的荧光光谱和吸收光谱分析灵敏度高、操作简便,近年来被广泛应用到超富集植物的研究中,它也使得研究几十个微米的孢子中砷及其他元素的分布成为可能。为了揭示砷超富集植物蜈蚣草孢子的化学元素组成,该研究采用同步辐射X射线荧光探针分析技术首次揭示了蜈蚣草的生殖细胞--孢子中砷、铜、锌等微量元素的浓度分布,以及钾、钙等大量元素的浓度分布;并将砷的分布趋势与大量营养元素钾、钙、铁、硫,以及微量元素铜、锌的分布趋势进行对比。蜈蚣草的微区元素分布研究表明,孢子囊中砷和钙、砷和硫的分布特征具有相似性,砷和硫、钙更有可能同时聚集在孢子中。这表明,在孢子产生和萌发过程中,砷、硫和钙可能发挥着重要作用。为了揭示变价元素砷在孢子中的存在形式,采用同步辐射X射线吸收光谱首次揭示了蜈蚣草孢子中砷的微区形态,结果表明,蜈蚣草孢子中砷的存在形态与羽叶一致,以低价态的AsⅢ为主。AsⅢ是活性和毒性都相对较强的一种砷存在形式。这表明蜈蚣草孢子对于高毒性高活性的三价砷具有较强耐性。通过采用高分辨率低检测限的X射线荧光探针和X射线吸收光谱技术,揭示砷超富集植物蜈蚣草孢子中砷的分布和存在形式,研究结果为了解蜈蚣草砷富集能力的遗传特性提供基础信息。     

X射线显微CT用于大鼠骨小梁结构分析的研究

应用X射线显微CT(X-μCT)对正常及骨质疏松大鼠的骨小梁结构进行了分析,并与骨组织形态计量法的测量值进行了比较,探讨了X射线光谱技术在骨结构分析中的应用。实验对大鼠骨样品进行X-μCT扫描,扫描条件为 80 kVp,80 μA,360°旋转,帧平均4帧,角度增益 0.4°,分辨率14 μm。三维重建并分析了骨小梁结构,结构参数包括骨体积分数(BV/TV)、骨小梁厚度(Tb.Th)、骨小梁数量(Tb.N)以及骨小梁间隔(Tb.Sp)。结果表明,采用X-μCT分析不同组大鼠的骨小梁结构参数值之间存在显著差异(P<0.05),测定值与传统骨组织形态计量法的测定值显著相关,其中胫骨骨小梁BV/TV,Tb.Th,Tb.N,Tb.Sp的相关系数r分别为0.984,0.960,0.995,0.988,腰椎骨小梁各结构参数的相关系数分别为0.938,0.968,0.877,0.951。因此,X-μCT可以较好地呈现并区分正常骨组织、骨质疏松骨组织以及经雌激素治疗后骨组织的微观结构,可以实现对骨小梁结构参数的分析测定,与骨组织形态计量法相比是一种更精确、立体、快速且无损测量骨微结构和评价骨质量的方法。     

X射线胶片的脉冲光源响应标定

用ＬＦ－１１激光装置的１．０６μｍ脉冲激光加热Ｃｕ靶产生的Ｌ－壳层线辐射作脉冲Ｘ射线源，在曝光量为（０．０１～１０）－７Ｊ·ｃｍ－２范围内，标定了ＫＯＤＡＫＡＡ－５，ＫＯＤＡＫＳＷＲ和ＵＦＳＨ－Ｏ软Ｘ射线胶片的响应曲线，并与用连续光源标定的进行了对比．结果表明，这三种ｘ射线胶片，在强脉冲光源曝光条件下，都存在着胶片响应互易律失效问题，过去用连续光源标定的响应曲线，在激光等离子体诊断实验中，已经不能采用．     

X射线像面全息术

提出了一种新的分辨率能达到10nm的X射线像面全息术。它采用了两个波带板,其中一个用来成像,另一个用来产生参考光束,能有效地降低对X射线相干性的要求。全息像能被CCD相机记录。此技术也能用在X射线干涉仪上,称之为双波带板X射线干涉仪。     

Femtosecond X-Ray fluorescence

Using few-cycle-driven coherent laser harmonics, K-shell vacancies have been created in light elements, such as boron (E(B) = 188 eV) and carbon (E(B) = 284 eV), on a time scale of a few femtoseconds for the first time. The capability of detecting x-ray fluorescence excited by few-femtosecond radiation with an accuracy of the order of 1 eV paves the way for probing the evolution of the microscopic environment of selected atoms in chemical and biochemical reactions on previously inaccessible time scales (<100 fs) by tracing the temporal evolution of the "chemical shift" of peaks associated with inner-shell electronic transitions in time-resolved x-ray fluorescence and photoelectron spectra.     

北京同步辐射装置X射线漫散射实验站及准周期非晶多层膜的X射线非镜面散射研究

讨论了北京同步辐射装置的４Ｗ１Ｃ光束线和Ｘ射线漫散射实验站的技术特点．利用在漫散射实验站上获得的能量分辨率为４．４×１０－４、光斑大小为０．５ｍｍ（水平）×０．３ｍｍ（垂直）的聚焦单色Ｘ射线光束，研究了准周期非晶多层膜的Ｘ射线漫散射──非镜面散射．实验结果表明，准周期多层膜的漫散射强度分布在倒空间中与表面平行的条纹上并形成散射强度的调制．对散射强度调制进行的模拟计算得到相当满意的结果．     

X射线皮秒分幅相机在强X射线情况下的应用研究

扫描型变象管Ｘ射线皮秒分幅相机在强Ｘ射线情况下，由于空间电荷效应，像质变坏，甚至无法工作。本文简述了ＭｇＦ光阴极材料的性能。首次在Ｘ射线皮秒变象管分幅相机上的应用结果：降低了强Ｘ射线源情况下分幅管内空间电荷效应的影响，并获得了清晰的物理图像。     

高能X射线聚焦组合透镜的理论研究

X射线聚焦组合透镜是一种利用折射效应对X射线辐射聚焦的新型元件。针对X射线波段的特性,综合考虑折射和吸收效应得出组合透镜的衍射屏函数,并利用衍射理论推导出X射线组合透镜的设计理论。利用统计学理论中一阶、二阶原点矩表征像面处的光学性能,使设计更简洁。该理论方法可方便地推广到双凹折射单元情况。通过数值计算分析了像向处强度分布的二阶中心矩以及焦点处辐射强度随组合透镜结构参最的变化关系,给出了一种铝基X射线组合透镜的结构参量设计结果。对于设计的组合透镜结构参量,计算了当X射线辐射能量分别为0．93 keV．9．89 keV和29．78 keV时,X射线辐射经过组合透镜后的焦点强度分布。     

X光焦斑测量方法研究

采用组合型诊断技术获取Ｘ光辐射时间、空间、能谱相互关联的３维信息,得到了Ｘ光焦斑随时间和随入射激光能量的变化关系,并观测到膨胀等离子体、探测器阈值、测量能区以及测试方位对Ｘ光焦斑测量带来的影响。