微束X射线荧光和X射线吸收近边结构谱分析云南某铅锌矿区苔藓中铅的分布和形态

苔藓对重金属胁迫具有良好耐受性和一定的积累能力.本研究采集并测定了铅锌矿区苔藓和苔下土壤中重金属元素含量,利用微束X射线荧光光谱(Micro-X-ray fluorescence spectrometry, micro-XRF)测定了苔藓中重金属元素的分布,采用X射线吸收近边结构(X-ray absorption near edge structure, XANES)分析了苔藓中Pb的元素形态.研究表明,矿区苔藓具有较强的Pb、Zn、Cd、As积累能力,Pb和Zn最高含量可达1.06和1.23 mg/g, Cd和As最高含量可达30.5和13.2 μg/g.苔藓地上部(尤其是新生组织)是苔藓吸收并积累重金属的主要部位;矿区采集的小灰藓和匍枝青藓中部分金属元素分布规律不同,反应了不同苔藓种属对金属元素的吸收、积累和耐受机制的差异.XANES结果显示,Pb在小灰藓中主要以Pb3(PO4)2形态存在(约78%),表明生成Pb3(PO4)2沉淀可能是苔藓对Pb的耐受机制之一.     

原位微区同步辐射X射线荧光和近边吸收谱研究铅耐受细菌吸附-转化铅机理

为了从微观水平研究细菌生物吸附及转化铅机理,利用原位微区同步辐射X射线荧光(μ-SRXRF)及X射线吸收近边结构谱( XANES)研究云南兰坪铅锌矿区农田土壤样品中筛选的铅耐受性细菌吸附铅的分布特征及铅形态转化规律。土壤中具有铅耐受性的菌株主要为Arthrobacter sp.属(节杆菌属),采用μ-SRXRF对其吸附铅的含量进行快速简单直接分析,部分细菌吸附铅的含量高达5925μg/g,富集系数达14.8。XANES结果表明,细菌吸附 Pb 后存在形态为 PbS、(C17 H35 COO)2Pb 和 Pb5(PO4)3Cl 分别占58.0％,22.2％和19.8％,与培养基本身以有机态为主的Pb形态有明显差异,表明培养基中铅被细菌吸附后有向硫化物转化的趋势,这为研究重金属生物有效性的影响因素提供了实验参考。     

纳米α-Fe~2O~3的XANES研究

选择纳米α-Fe~2O~3体系,运用X射线近边吸收谱(XANES)技术对纳米材料进行分析。结果表明,三种尺寸的纳米α-Fe~2O~3样品(颗粒尺寸分别是3nm,10nm和55nm)与粗颗粒商品的氧K边XANES谱的不同之处在于,纳米样品出现了一个新的吸收B峰。研究揭示,该峰可能是纳米α-Fe~2O~3中晶界部分氧的2p-4sp杂化所产生的一个新电子跃迁末态造成的。进一步的研究表明,随着纳米α-Fe~2O~3的粒子尺寸减小,氧的2p轨道和铁的3d轨道杂化增加,主要体现在2p-e~g杂化程度加剧,使得纳米颗粒中铁周围的氧配位八面体畸变程度加强。最后,通过对3nm样品在研磨和不研磨两种制样方式获得的氧K边XANES谱分析,证实纳米粒子体系中存在特殊的协同作用力。     

石油沥青质含硫结构的XANES导数光谱研究

采用X射线近边结构谱(XANES)研究沥青质中硫的存在形态,针对沥青质的未知复杂混合体系特性,采用高阶导数谱图分析方法,提高XANES的分辨率,准确分析沥青质中硫的存在形态;采用反正切和高斯函数分峰拟合、定量解析谱图,针对不同氧化态硫3p轨道空余状态不同引起1s→3p跃迁几率不同,提出峰面积修正因子,以准确分析体系中各形态硫的相对含量。结果表明,石油沥青质中硫主要存在形式为硫醚、噻吩、亚砜、噻吩砜和硫酸酯,常减压渣油沥青质中基本不含硫醚。     

同步辐射微区X射线荧光光谱法原位分析蚯蚓中K,Ca,Cu,Zn和Pb

为了研究重金属元素在蚯蚓体内的富集和存储机制,使用同步辐射微区X射线荧光光谱法(μ-SRXRF)研究了K,Ca,Cu,Zn和Pb元素在生长于南京栖霞山铅锌矿区附近菜园土壤的蚯蚓体内的分布特征,发现Pb主要富集在蚯蚓后部消化道周围的区域,Zn,Cu在蚯蚓后部的分布规律与Pb类似,推测后部消化道周围区域的分布是蚯蚓为了阻断毒性重金属元素威胁而特有的富集和存储方式.5种元素的相关性表明,Pb和Zn相关性最高,存储方式最为相似,Pb与K和Ca在蚯蚓后部的分布呈显著正相关,说明毒性元素Pb在蚯蚓体内的富集和存储过程可能伴随着其它元素的吸收.本研究表明,μ-SRXRF在原位微区分析蚯蚓样品的元素空间分布方面具有很大优势,而进一步开展土壤及蚯蚓中Pb的形态研究,是研究重金属胁迫下蚯蚓解毒机制的重要前提.     

X射线吸收谱研究碳纳米管内Rh-Mn纳米粒子结构的变化

利用X射线吸收谱技术研究了负载于多壁碳纳米管内的Rh-Mn纳米粒子在不同气氛和温度下的结构. 结果表明,Rh-Mn粒子在空气中是由氧化铑团簇和混合锰氧化物组成. 经过氢气在300 ℃下还原后,混合锰氧化物种转化成MnO. 而氧化铑团簇在He气氛下当温度达到250 ℃时就会发生分解而形成金属铑团簇. 对形成的铑团簇用H₂或CO进行热处理,发现其分散性随温度升高而提高; 同时,X射线吸收谱实验没有观察到Mn和Rh之间存在显著的相互作用,助剂Mn的主要作用是提高了Rh的分散性.     

塔河常压渣油沥青质含硫官能团形态与其性质的关系研究

以塔河常压渣油为原料,分离正庚烷沥青质,并将正庚烷沥青质分成三个极性不同的亚组分。测定沥青质亚组分的平均偶极矩,利用¹H-NMR谱关联得到沥青质平均结构参数以分析沥青质亚组分缔合性质,采用X射线吸收近边结构谱(XANES)表征沥青质亚组分中含硫官能团形态,分析硫原子存在形态对沥青质性质的影响。结果表明,随着沥青质亚组分极性降低,H/C原子比增大;沥青质极性增加,缔合性增强;沥青质中还原态硫主要以噻吩硫形式存在,其次为硫醚;亚砜、砜和磺酸盐是主要的含氧硫化物。噻吩、砜和磺酸盐等官能团的存在对沥青质性质具有影响,但对沥青质极性及缔合性的影响不明显,杂原子硫不是影响沥青质极性和缔合性的主导因素。     

燃煤烟气中As、Se、Pb的形态分布及S、Cl元素对其形态分布的影响

基于化学热力学平衡分析方法,计算分析了燃煤烟气中重金属As、Se、Pb的形态分布规律,研究了S、Cl等元素对As、Se、Pb的形态分布规律的影响。结果表明,氧化性气氛下,As以As₂O₅、As₄O₆、AsO等氧化物的形式存在;Se主要以SeO₂形式存在;Pb在1000 K以下主要是固态PbSO₄,1200 K以上为气态PbO。还原性气氛下,As在较低温度时为固态As₂S₂,900-1400 K以As₂、AsS、AsN气体共存,2000 K以上全部转化为气态AsO。Se在1100 K以下主要以气态H₂Se存在,1100 K开始生成SeS和Se₂气体,1800 K时主要是气态Se和少量气态SeO;Pb在中低温时主要是PbS,1800 K以上气态Pb为主要存在形态。S在还原性气氛下增大了AsS(g)、PbS(g)、SeS(g)的比例,氧化性气氛下对As、...     

燃煤烟气中As、Se、Pb的形态分布及S、Cl元素对其形态分布的影响

基于化学热力学平衡分析方法，计算分析了燃煤烟气中重金属As、Se、Pb的形态分布规律，研究了S、Cl等元素对As、Se、Pb的形态分布规律的影响。结果表明，氧化性气氛下，As以As₂O₅、As₄O₆、AsO等氧化物的形式存在；Se主要以SeO₂形式存在；Pb在1000 K以下主要是固态PbSO₄，1200 K以上为气态PbO。还原性气氛下，As在较低温度时为固态As₂S₂，900-1400 K以As₂、AsS、AsN气体共存，2000 K以上全部转化为气态AsO。Se在1100 K以下主要以气态H₂Se存在，1100 K开始生成SeS和Se₂气体，1800 K时主要是气态Se和少量气态SeO；Pb在中低温时主要是PbS，1800 K以上气态Pb为主要存在形态。S在还原性气氛下增大了AsS（g）、PbS（g）、SeS（g）的比例，氧化性气氛下对As、Se、Pb形态分布基本无影响；Cl无论在氧化还是还原气氛下对As、Se影响均较小，但对Pb的形态分布影响较大。     

微量贵金属对Co／γ-Al_2O_3的作用及其结构表征Ⅱ．Co－M／γ－Al_2O_3的XAFS表征

采用ＸＡＦＳ方法分别对Ｃｏ的近边结构和配位状态进行了详细的表征．ＸＡＮＥＳ的结果表明，所有样品中Ｃｏ均处于不对称的配位环境中，在吸收阈值处，形成了１ｓ→４ｐ吸收峰，并且该峰发生了分裂，尤其是Ｃｏ／γ－Ａｌ２Ｏ３分裂现象最为明显．对于Ｃｏ－Ｍ／γ－Ａｌ２Ｏ３（Ｍ＝Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ），这种不对称性可能来源于Ｃｏ的高度分散性及贵金属与Ｃｏ之间的相互作用，而对于Ｃｏ／γ－Ａｌ２Ｏ３，则与四面体配位的Ｃｏ２＋离子有关．ＥＸＡＦＳ结果表明，含贵金属样品中，Ｃｏ均以零价形式存在，和标样Ｃｏ粉相比，Ｃｏ－Ｃｏ键长略有增加，而配位数较标样下降许多．配位数的下降，表明Ｃｏ具有高度的分散性，而键长的增加可能是贵金属与Ｃｏ的相互作用削弱了Ｃｏ－Ｃｏ键引起的．     

基于同步辐射X射线荧光光谱和X射线吸收近边结构谱研究铅锌矿区浮萍中砷的耐受机制

水生植物浮萍能够富集高浓度的砷,是植物过滤修复技术的代表,其耐受机理备受关注.本研究利用同步辐射X射线荧光光谱(Synchrotron radiation X-ray fluorescence, SRXRF)和X射线吸收近边结构谱(X-ray absorption near edge structure, XANES)技术,开展了铅锌矿区天然富砷浮萍样品中砷元素的微区分布和形态特征研究.微区SRXRF分析了两个单片浮萍样品FP1和FP2,单点扫描时间分别为5 s和2 s,光斑尺寸分别为70 μm×80 μm和100 μm×100 μm;对FP2样品选择了6个位置进行了微区XANES单点形态分析,扫描的能量范围为11.81~11.96 keV;整体XANES形态分析是针对压片的浮萍样品,扫描的能量范围为11.67~12.27 keV.结果表明,浮萍样品整体和微区XANES数据均表明砷形态为As(Ⅲ);SRXRF微区分析发现浮萍中砷元素具有显著的叶脉分布特征,在一定浓度范围内,砷并不扩散到进行光合作用的叶肉中,有利于减轻砷对叶片的毒害作用,可能是浮萍耐受砷的一个保护机制.     

Study on Atomic Fluorescence Spectrometry Excited by Synchrotron Radiation

A novel analysis approach using atomic fluorescence excited by synchrotron radiation is presented.A system for synchrotron radiation-atomic fluorescence spectrometry is developed, and experimental conditions such as flow rate, analyte acidity, concentration of pre-reducing and hydrogenation system are optimized. The proposed method is successfully applied to get an excitation spectrum of arsenic. Seven of ten primary spectral lines, four of which have never been reported by means of atomic fluorescence spectrometry, agree well with the existing reports.The other three are proposed for the first time. Excitation potentials and possible transitions are investigated. Especially for the prominent line at 234.99 nm, the mechanism of generation is discussed and a model of energy transition processes is proposed.     

一种改进的同步辐射X射线荧光原位分析人肝细胞胞质溶胶内金属蛋白分布的方法

对同步辐射X射线荧光分析技术(SBXRF)原位测定蛋白质经十二烷基硫酸铀．聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)分离后条带中微量元素的方法做了重要改进。通过增加一个于胶步骤，使得本底材料对光源的康普顿散射明显减弱，本底信号降低到约为湿胶的10％，从而可以用来测定蛋白条带内比锌轻的微量元素的相对含量。所提出的方法有望成为一种具有广泛应用前景的生物样品中微量元素的种态分析方法。对人肝细胞胞质溶胶内金属蛋白分布的研究结果表明：在15-95kDa的范围内有6个含锌蛋白，相对分子量分别为17．5、20．5、27、35、55及63kDa，其中63kDa蛋白为主要的含锌蛋白；此外至少还有4种分子量分别为20、23、43和83．5kDa的含铁蛋白分布于这个分子量范围内。     

Spectral change in X-ray absorption near edge structure of DNA thin films irradiated with monochromatic soft X-rays

To reveal the chemical changes induced in DNA by irradiation with ionizing radiation, we have investigated the spectral change in the X-ray absorption near edge structure (XANES) of DNA resulting from exposure to monochromatic soft X-rays. We used a thin film of calf thymus DNA as a sample and observed nitrogen K-shell and oxygen K-shell XANES spectra. The typical monochromatic soft X-ray energies used for the irradiation (395, 408, 528, and 538 eV) were obtained from a soft X-ray beamline (BL23SU, SPring-8). These energies correspond to those just below or just above the nitrogen and oxygen K-shell ionization energy, respectively. The obtained XANES spectra show significant changes by irradiation. Particularly a new π* resonance peak in oxygen XANES spectra evidently appeared by the irradiation above oxygen K-shell ionization potential. These results suggest that carbonyl groups, presumably a propenal group (OC–CC), may be produced in the sample by oxygen ionization. Thus characteristic damage induced by induction in the DNA molecule would be predicted following exposure to monochromatized synchrotron soft X-rays.     

用同步辐射X-荧光定量测定电泳分离后蛋白条带内的微量元素

建立了同步辐射X荧-光(SRXRF)定量测定生物样品等电聚焦(IEF)分离后蛋白条带内的微量元素Fe、Cu和Zn的方法。用薄层聚丙烯酰胺凝胶分离人血红蛋白后,用SRXRF测定了各亚型条带内的金属含量,用加一定量金属的含蛋白聚丙烯酰胺凝胶做SRXRF定量测定蛋白条带内微量元素Fe、Cu和Zn的定量标准,校准曲线线性回归系数r在0~8μg/g范围内均大于0.99;检出限分别为2.43、1.12和0.96μg/g;测定蛋白条带内Fe和Zn的回收率分别为90.4%和115.7%。该联用技术可用于生物样品中微量元素的化学形态分析,同时给出蛋白质的微量元素组成和等电点等信息。     

Speciation of metal(loid)s in environmental samples by X-ray absorption spectroscopy: A critical review

Element specificity is one of the key factors underlying the widespread use and acceptance of X-ray absorption spectroscopy (XAS) as a research tool in the environmental and geo-sciences. Independent of physical state (solid, liquid, gas), XAS analyses of metal(loid)s in complex environmental matrices over the past two decades have provided important information about speciation at environmentally relevant interfaces (e.g. solid–liquid) as well as in different media: plant tissues, rhizosphere, soils, sediments, ores, mineral process tailings, etc. Limited sample preparation requirements, the concomitant ability to preserve original physical and chemical states, and independence from crystallinity add to the advantages of using XAS in environmental investigations. Interpretations of XAS data are founded on sound physical and statistical models that can be applied to spectra of reference materials and mixed phases, respectively. For spectra collected directly from environmental matrices, abstract factor analysis and linear combination fitting provide the means to ascertain chemical, bonding, and crystalline states, and to extract quantitative information about their distribution within the data set. Through advances in optics, detectors, and data processing, X-ray fluorescence microprobes capable of focusing X-rays to micro- and nano-meter size have become competitive research venues for resolving the complexity of environmental samples at their inherent scale. The application of μ-XANES imaging, a new combinatorial approach of X-ray fluorescence spectrometry and XANES spectroscopy at the micron scale, is one of the latest technological advances allowing for lateral resolution of chemical states over wide areas due to vastly improved data processing and detector technology.