同步辐射X射线衍射光谱在地带性土壤粘粒矿物研究中的应用

X射线衍射（XRD）光谱是分析土壤粘粒矿物组成的重要手段,但常规XRD分析存在前处理复杂、耗时较长、光谱分辨率低、扫描不充分等问题。为此,该研究依托北京同步辐射装置（BSRF）的4B9A衍射实验站,以我国东部不同气候带（即温带、亚热带、热带）的7种地带性森林土壤（棕色针叶林、暗棕壤、棕壤、黄棕壤、黄壤、赤红壤和砖红壤）为研究对象,利用同步辐射X射线衍射（SR-XRD）光谱对土壤粘粒矿物组成特征进行分析。结果表明：（1）温带土壤（棕色针叶林、暗棕壤和棕壤）质地以粘壤土为主,而亚热带土壤（黄棕壤、黄壤和赤红壤）分布在粘土和粘壤土的分界线上;从亚热带到热带,土壤质地呈现出粘土→壤土→砂土的变化趋势。（2）土壤硅铝率（Sa）表现为温带土壤（5.22）>热带土壤（4.53）>亚热带土壤（4.49）;同样地,硅铝铁率（Saf）也呈现出温带土壤（4.06）>热带土壤（3.53）>亚热带土壤（3.36）的变化规律。（3）从温带到热带,土壤粘粒矿物中高岭石的含量增加、结晶度提高,而伊利石的含量则逐渐减少;温带土壤以2∶1型粘粒矿物为主,而热带土壤则以1∶1型矿物为主;在SR-XRD光谱中鉴定出了伊蒙混层、长石两种粘粒矿物的存在,而这两种矿物在常规XRD光谱中未被识别。（4）与常规XRD法相比,利用SR-XRD法分析土壤粘粒矿物组成具有以下优势：一是前处理工作量较少,常规XRD法需将粘粒样品制成不同类型的载玻片再进行测定,而SR-XRD法直接测定粘粒样品即可;二是光谱分辨率高,SR-XRD法的分辨率可达到≤100 nm,从而能够检测到更多的衍射峰;三是实验效率提高,SR-XRD法的优化扫描步长可达0.04°,比常规XRD法增加1倍,从而提高了测试效率;四是扫描辨识度增加,SR-XRD法的看光时间可优化为4 min,是常规XRD法的2倍,使得样品的扫描更加充分。     

两种典型耕作土壤粘粒矿物XRD光谱特性分析

以东北粮食主产区典型耕作黑土和黑钙土为研究对象,在测定同一气候和地理位置下两种耕作土壤颗粒组成特征情况的基础上,采用X射线衍射(XRD)分析方法,对两种耕作土壤的粘粒矿物组成及相关差异进行分析,深入探讨其内在变化机理,是土壤矿物研究的新视角。结果表明:两种供试土壤颗粒组成均以砂粒为主,粘粒、粉粒次之;当颗粒累积率达到50%时,中央粒径分布在15~130μm区间,除胜利乡黑土剖面外,各采样地两类土壤的剖面中粘粒含量的分布顺序呈现出与中央粒径大小相反的趋势。土壤粘粒在两种土壤剖面中呈现不同的分布规律,黑土剖面中粘粒在表层富集(18.82%),而黑钙土剖面中在钙积层富集(17.41%)。除泉眼岭黑土剖面外,其余采样地的土壤剖面中粘粒含量均在母质层中最少。XRD图谱分析显示,不同土壤中粘粒矿物图谱的差异不仅表现在衍射峰的强度及部分衍射峰位的变化上,还表现在矿物组成上。黑土、黑钙土均以2∶1型粘粒矿物为主,黑土组成为蒙伊混层-伊利石-蛭石型,黑钙土为蒙伊混层-伊利石-蒙脱石型,且均含有少量的高岭石、绿泥石、石英等原生矿物。     

NNAL模拟模板分子印迹聚合物的合成与固相萃取性能

以三种4-甲基亚硝胺-1-(3-吡啶基)-1-丁醇(NNAL)的结构类似物即4-(N-甲基-N-乙酰基)-1-(3-吡啶基)-1-丁醇、4-(N-甲基)-1-(3-吡啶基)-1-丁醇、1-(3-吡啶基)-1,4-丁二醇为模拟模板分子,甲基丙烯酸(MAA)为功能单体,通过自组装技术制备了对NNAL具有良好识别能力的印迹聚合物．通过X射线光电子能谱和红外光谱研究了NNAL和MAA之间的相互作用,结果表明NNAL和MAA可以通过氢键协同作用形成1:2型配合物．吡啶上的N和亚硝基中的O是形成氢键作用的两个选择性识别位点．XPS和IR进一步揭示出由4-(N-甲基-N-乙酰基)-1-(3-吡啶基)-1-丁醇制备得到的印迹聚合物对NNAL有最佳的识别性能．此外,实验研究了该聚合物作为固相萃取填料分离、净化NNAL的最佳条件．当采用水溶液上样,分别以0.5 mL水、1 mL甲苯、1 mL甲苯/二氯甲烷(9:1)、1 mL甲苯/二氯甲烷(4:1)淋洗,3￡1 mL甲醇洗脱时,NNAL在分子印迹固相萃取柱上的回收率达到93%．以尼古丁为竞争分子的选择性实验进一步证明该材料有很好的特异性识别能力．同时在不同加标水平尿液(500 pg/mL,1000 pg/mL,2000 pg/mL)的回收实验中,NNAL的回收率范围为87.2%～101.2%,精密度值均低于7.1%．     

应用XRD光谱研究水旱利用方式下盐碱土粘粒矿物演化特性

以吉林省典型盐碱土为研究对象,对比分析水田与旱田利用方式下土壤粘粒矿物的组成特征,并利用X射线衍射(XRD)光谱研究两种利用方式下粘粒矿物的演化规律。结果表明,水田利用方式下,盐碱土各项理化性质均优于旱田利用,且水田利用较旱田利用更能促进盐碱土颗粒风化,提高粉粒颗粒含量。水田利用下土壤有强烈的脱钾过程,粘粒矿物的水化程度较高,伊利石结晶度降低。XRD光谱分析表明,两种利用方式下粘粒矿物组成相似,但衍射峰的强度及峰位存在差异。旱田利用的盐碱土粘粒矿物演变过程主要为S/I混层矿物→蛭石,水田方式下演变过程则主要为黑云母→伊利石和S/I混层矿物→蛭石→高岭石;长期水田利用后的盐碱土会出现一类羟基化的"绿泥石化"矿物。研究结果表明水田利用更有助于改善土壤结构,培育高肥力土壤,对盐碱土的改良效果较好。利用XRD光谱分析方法,较为全面的测定了粘粒矿物的各项特性,并针对两种利用方式进行对比分析,是土壤矿物研究的新视角。