化学处理水稻秸秆水溶性有机物的光谱特征研究

采用紫外(UV)、傅里叶红外光谱(FTIR)和核磁共振(1H和13C NMR)分析技术对13C标记水稻秸秆化学处理过程中的水溶性有机物进行了研究。由光谱变化的分析可见,随着化学处理的进行,水稻秸秆DOM中甲基、亚甲基含量逐渐降低,脂肪性降低;含芳环的化合物逐渐分解,芳香性降低;碳水化合物分解一部分形成碳酸盐类物质,另一部分形成CO₂和H₂O;羧酸和羧酸脂类化合物形成羧酸盐类物质;有机成分中的无机元素硅释放出来,形成硅酸盐类的无机硅氧化合物;DOM中的氮素以铵盐的形式存在并逐渐积累。     

新型光谱曲线特征参数与水稻叶绿素含量间的关系研究

利用高光谱信息检测作物叶绿素含量信息是田间作物长势诊断的重要研究内容。利用水稻光谱和叶绿素含量田间实测数据,从作物叶绿素含量不同,光谱曲线峰谷波形有高矮胖瘦形态变化的观点出发,提出光谱曲线峰谷波形中特征边的上升、下降速率以及组成峰谷波形两边的夹角等新型特征量,利用归一化光谱信息,分析了这些变量与水稻叶绿素含量间的相关关系。研究结果显示:(1)可见光波段范围520～740nm之间的归一化光谱反射率与叶绿素含量间呈良好的负相关关系;(2)绿峰反射光谱曲线特征边的变化速率及绿峰两边的夹角等变量与水稻叶绿素含量具有较好的相关性,表明利用这些新型变量开展叶绿素含量高光谱无损监测成为可能,这将为利用高光谱信息开展作物长势与营养诊断提供新的思路和方法。     

基于互信息理论的水稻磷素营养高光谱诊断

当前,磷素营养诊断的化学分析方法既费力又费时,使诊断结果难以及时应用到田间生产,而高光谱遥感技术是一种非破坏性、快速和有潜力的作物营养诊断技术。但是,由于光谱分析技术的限制,作物磷营养与光谱特性之间的关系研究进展一直较为缓慢。文章通过室内实验获取了不同磷营养水平水稻典型生育期冠层光谱反射率及其对应的磷、叶绿素含量等农学参数,并对农学参数做了LSD多重比较。利用互信息(MI)理论分析了水稻磷素含量的敏感波段,结果表明水稻拔节期叶片磷素估测的敏感波段分别为536,630,1 040,551和656 nm,与其相对应的互信息值分别为1.057 5,1.103 9,1.135 3,1.141 7和1.149 4;比较了以此敏感波段为自变量构建的BP人工神经网络模型和多元线性回归模型,结果显示BP人工神经网络模型更优,其交叉验证均方根误差(RMSE-train)和相关系数(R2)分别为0.038 8和0.988 2,而预测均方根误差(RMSE-test)和相关系数(R2)分别为0.050 5和0.989 2。说明利用互信息-神经网络模型(MI-ANN)和高光谱遥感估测田间水稻磷含量是可能的。     

含钙添加剂处理下不同秸秆腐解产物可溶性有机质三维荧光特征变化

秸秆是优质的有机资源,研究含钙添加剂种类及添加量对不同秸秆腐解产物可溶性有机物(DOM)组成性质差异,可为秸秆高效腐熟利用提供理论依据和技术参考。以花生秸秆和水稻秸秆为供试物料,通过添加不同含钙添加剂草酸钙(CaC₂O₄)和氢氧化钙[Ca(OH)₂]及不同添加量(4%、 8%),进行秸秆腐解试验。测定腐解产物养分含量,并利用三维荧光光谱(3DEEM)技术和平行因子方法(PARAFAC)探究秸秆腐解产物DOM的化学组成变化特征。结果表明：(1)总体上,草酸钙处理的秸秆腐解物总碳含量显著大于氢氧化钙处理;高量添加剂处理的秸秆腐解产物总碳含量小于低量处理;花生秸秆腐解产物的总氮、总磷和总钾高于水稻秸秆腐解产物。(2)通过3DEEM-PARAFAC方法分析腐解产物DOM组成,共识别出类胡敏酸(C1)、类胡敏酸(C2)和类色氨酸(C3)三种荧光组分;不同添加剂类型、添加量和不同秸秆类型对腐解产物DOM荧光组分的影响较为复杂,没有明显规律,但是总体上氢氧化钙处理的秸秆腐解产物DOM的C1和C2组分比例大于草酸钙处理,而草酸钙处理的秸...     

不同培肥土壤颗粒有机碳的~(13)C核磁共振与红外光谱对比分析（英文）

为明确颗粒有机碳在土壤固碳中的作用机制,对比研究了不同有机培肥土壤颗粒有机碳的结构差异。以单施化肥处理为对照,选择了四种有机物料进行定位培肥试验,利用~(13) C NMR和红外光谱技术对比分析不同有机培肥对土壤颗粒有机碳结构的影响。结果表明:颗粒有机碳以脂肪碳和含氧基团为主,脂化度高于75%,含氧官能团含量高于50%;不同有机培肥对土壤颗粒有机碳结构的影响差异性显著,树叶培肥在提高颗粒有机碳芳香度的同时,亲水性也大幅度提高,比单施化肥处理(对照)提高了0.78%;短期内,牛粪、秸秆和树叶培肥均可提高土壤颗粒有机碳的芳香度,但从长远角度分析,牛粪和秸秆培肥更利于土壤颗粒有机碳的稳定,尤其是秸秆培肥,其颗粒有机碳的芳香度分别比对照和牛粪培肥高0.35%和0.11%,而亲水性远低于二者;红外光谱与核磁分析的结果基本一致,红外光谱可用于大量样品的颗粒有机碳结构初步筛选。     

基于近红外光谱技术的秸秆工业分析

工业分析是生物质热化学工程技术中的一项常规应用分析。文章探讨了近红外光谱技术(NIRS)在秸秆工业组成分析上的应用,并利用近红外光谱技术预测了秸秆中挥发分和固定碳含量。利用Foss 6500光栅型近红外光谱仪在1 108～2 492 nm光谱范围内分别对直接切短秸秆样品中水分、灰分、挥发分和固定碳以及干燥粉碎样品中灰分、挥发分和固定碳的近红外光谱建立了预测模型。对于直接切短秸秆样品,水分、灰分、挥发分和固定碳校正模型外部验证的R2_V(SEP)分别为0.92(0.76%),0.94(0.84%),0.88(0.82%)和0.75(0.65%)。干燥粉碎样品中灰分、挥发分和固定碳的近红外光谱模型外部验证的R2_V(SEP)分别为0.98(0.54%),0.95(0.57%)和0.78(0.61%)。实验结果表明,近红外光谱技术能实现秸秆的快速分析和多组分同时测定, 从而可降低秸秆工业分析的成本。     

不同培肥土壤颗粒有机碳的13C核磁共振与红外光谱对比分析

为明确颗粒有机碳在土壤固碳中的作用机制,对比研究了不同有机培肥土壤颗粒有机碳的结构差异。以单施化肥处理为对照,选择了四种有机物料进行定位培肥试验,利用13C NMR和红外光谱技术对比分析不同有机培肥对土壤颗粒有机碳结构的影响。结果表明：颗粒有机碳以脂肪碳和含氧基团为主,脂化度高于75%,含氧官能团含量高于50%;不同有机培肥对土壤颗粒有机碳结构的影响差异性显著,树叶培肥在提高颗粒有机碳芳香度的同时,亲水性也大幅度提高,比单施化肥处理(对照)提高了0.78%;短期内,牛粪、秸秆和树叶培肥均可提高土壤颗粒有机碳的芳香度,但从长远角度分析,牛粪和秸秆培肥更利于土壤颗粒有机碳的稳定,尤其是秸秆培肥,其颗粒有机碳的芳香度分别比对照和牛粪培肥高0.35%和0.11%,而亲水性远低于二者;红外光谱与核磁分析的结果基本一致,红外光谱可用于大量样品的颗粒有机碳结构初步筛选。     

生活垃圾微生物堆肥水溶性有机物光谱特性研究

利用外源微生物(MS,ZJ)进行城市生活垃圾工厂化堆肥,在堆肥前后对水溶性有机物的紫外、红外、荧光光谱进行了分析,探讨外源微生物堆肥对水溶性有机光谱学特性的影响。结果表明,堆肥结束后,不同处理水溶性有机物紫外、红外、荧光光谱形状基本相似,但特征峰强度有明显区别。与CK相比,接种微生物处理堆肥后,水溶性有机物紫外光谱280 nm附近类肩峰明显减弱;红外光谱解析表明,水溶性有机物中小分子糖类物质减少,芳族类物质增加;荧光同步扫描光谱进一步证实,水溶性有机物中多环芳族类化合物增加,其荧光光谱特征峰与污泥中富里酸相似。试验结果证实,接种外源微生物可明显增加堆肥水溶性有机物芳构化程度,各处理芳构化程度依次为：MS+ZJ>ZJ>MS>CK。     

长期定位施肥对黑土养分平衡和胡敏素分子结构动态变化的影响

以黑土长期定位试验(始于1979年)为基础,根据土壤养分的输入和输出分析长期不同施肥处理的土壤养分收支状况。利用红外光谱和核磁共振光谱分析胡敏素(Humin,Hu)分子结构的动态变化特征并分析土壤养分收支状况与Hu结构变化之间的关系。结果表明：不同施肥措施在改变黑土养分含量的同时,影响了土壤中惰性组分Hu的分子结构。1980年-2014年有机无机肥配施(MNPK)处理可以满足作物对养分的吸收,土壤总养分含量有盈余,且较不施肥(CK)处理增加土壤有机碳含量,降低土壤C/N比,同时土壤Hu的2 920/1 620和2 920/2 850、脂族C/芳香C、烷基C/烷氧C和疏水C/亲水C比值均增加,表明黑土Hu分子结构变得脂族化、简单化,施肥可以增加土壤活性有机碳,减少惰性有机碳组分含量。有机肥(M)和氮磷钾化肥(NPK)处理不能满足作物对养分的吸收,土壤养分出现亏缺状况。红外光谱显示,施肥年限增加,有机肥(M)和氮磷钾化肥(NPK)处理土壤Hu的2 920/1 620下降,表明其脂族C含量降低;核磁共振光谱显示,氮磷钾化肥(NPK)和不施肥(CK)处理烷基C/烷氧C降低,表明其活性有机碳含量下降。虽然各施肥处理较不施肥(CK)处理整体增加土壤Hu的脂族C含量,降低芳香C含量,但随着施肥年限的增加,氮磷钾化肥(NPK)处理使土壤Hu结构有变复杂化的趋势。各养分盈亏量与土壤Hu的结构特征参数之间具有相关性,N,P₂O₅和K₂O养分盈亏量和总养分盈亏量与2 920/1 620、脂族C呈正相关,与芳香C呈负相关,表明养分状况可以影响土壤Hu的结构。节约经济成本情况下,轮作周期内施入一次有机肥,每年结合氮磷钾化肥的施入可以满足作物对养分的吸收,在提高作物产量的同时,改善土壤腐殖质惰性组分结构,培肥地力。     

微生物对黑土添加麦秸后腐殖质结构特征影响的红外光谱研究

应用红外光谱研究微生物对黑土添加麦秸后腐殖质结构特征变化的影响。结果表明：(1)土壤水溶性物质(WSS)的结构和官能团数量受微生物影响较大。细菌有利于提高WSS中脂肪族烷烃类物质含量,其他处理结果相反。(2)放线菌在减少土壤富里酸(FA)羟基含量的能力最强,而真菌对FA的“净生成”能力最强,其有利于提高土壤FA中羧基和碳水化合物的含量。除混合菌外,其他处理均有利于土壤FA中多糖的降解,且速率大于脂类分解。(3)除混合菌外,其他处理均有利于降低土壤胡敏酸(HA)中脂肪族烷烃类物质的数量。真菌可有效提高土壤HA的羧基含量,而细菌作用相反。微生物可消耗和利用HA中的多糖类物质,促使植物残体类腐殖质向土壤成熟腐殖质转化。     

示差光谱分析在作物残体腐解研究中的应用

采用示差光谱法对玉米叶片残体腐解过程进行了研究,并与常规谱进行了比较。结果表明,用示差光谱可以省去从腐解有机物中除去无机物的纯化过程,得到的红外光谱清晰可辨。     

Multiple Characterizations of Automotive Coatings in Forensic Analysis

The analysis of the organic and inorganic compositions is important in forensic characterization of automotive coatings in hit-and-run cases. The functional groups and the organic structures of coating samples could be easily analyzed from the FTIR and Raman spectrum. The elemental components and the possible additive types could be analyzed by the SEM-EDS and ICP-MS in a short time. All four instruments could present useful and unique information on the composition and structures of the coatings, so a method using the four instruments in combination to characterize the coating samples was introduced in this study. Two four-layered samples from a case were compared layer by layer as an example. FTIR, Raman, EDS, and ICP-MS provided similar results on the two samples. The results indicated that the method was accurate and reliable and could be used in real cases.     

徐州地区胆结石的溶剂萃取的FTIR研究

胆石病是徐州地区的多发病之一,针对徐州地区临床术中取出的五类胆结石利用系列溶剂萃取,用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分别表征萃取前后的成分、结构及形态变化。结果表明:所取的五类徐州地区胆结石分别为胆固醇型、难溶物分别为胆红素盐、蛋白质的胆固醇为主的混合型、棕色色素型和黑色色素型胆结石。蛋白质为胆结石的形成提供沉淀基质,对于胆结石成核具有重要意义;胆结石难溶物中胆固醇和羟基碳酸磷灰石相伴而生,羟基磷灰石与胆固醇存在相互作用,促使其结晶析出,从而加速胆结石的形成。结果可以为胆结石的临床诊断、治疗及预防提供一定的参考。     

典型作物残茬磷分子形态表征

作物残茬还田对农业绿色发展和地力提升意义重大。我国作物残茬产量大,种类多,研究典型作物残茬中磷的赋存形态是预测其还田后作物有效性的前提。目前,液相磷-31核磁共振(³¹P-NMR)是可在分子水平上表征磷素形态的主流分析技术。而利用该技术表征作物残茬磷素形态的已有研究有限,且主要采用不同磷化合物的化学位移进行图谱解析。由于某些有机磷的峰位置相邻,其化学位移受样品pH等化学条件影响较大,导致单纯依靠文献报道进行图谱解析存在较大不确定性,并且识别出的有机磷种类偏少。该研究进行加标实验,选取典型作物残茬(玉米、小麦、水稻、大豆、花生、棉花),利用液相³¹P-NMR技术表征了不同部位(茎叶、谷壳和种子)磷的分子形态及其含量。研究发现,所有供试作物残茬中总磷含量均为种子>谷壳>茎叶。NaOH-EDTA前处理对供试作物残茬总磷有较高的提取率(73%～139%),平均105%。根据加标试验的³¹P-NMR图谱,供试样品中检测出的无机磷形态包括正磷酸盐、焦磷酸盐、三聚磷酸盐,有机磷包括植酸、α/β-甘油磷酸盐、单核苷酸,首次在...     

HPLC-ESI-MS和FTIR方法鉴别不同产地中药肉苁蓉的研究

采用HPLC-ESI-MS和傅里叶红外光谱法对五种不同产地中药肉苁蓉进行了分析,采用HPLC-ESI-MS检测了中药肉苁蓉中荒漠肉苁蓉苷A、松果菊苷、毛蕊花糖苷、异毛蕊花糖苷、2’-乙酰基毛蕊花糖苷、荒漠肉苁蓉苷C、管花苷B七种有效成分的含量。采用傅里叶红外光谱法,以五种药用植物样品的红外指纹图谱为依据,计算出所测样品的共有峰率和变异峰率。建立了五种药用植物的共有峰率和变异峰率双指标序列。结果显示两种方法对药材评价结果基本一致。采用傅里叶变换红外光谱法亦可区分肉苁蓉的常见伪品锁阳。HPLC-ESI-MS具有高通量、高灵敏度、分析快速等优点,可以通过主要化学成分含量的测定对肉苁蓉进行质量评价。傅里叶红外光谱法可以对样品进行无损处理,不需要对药材进行复杂的提取分离过程即可获得肉苁蓉红外光谱特征,其光谱的吸收峰强度与峰形是各种官能团互相作用的结果,是肉苁蓉多组分红外光谱的叠加。我们能从整体水平分析谱图特征峰,具有分析速度快,重现性好,非破坏性和样品量小,制样简单,专属性强,节约成本,保护环境等优点,符合中药向综合分析和整体分析的发展趋势。HPLC-ESI-MS和傅里叶红外光谱法联合应用,两种方法互为补充,为鉴别中药的真伪,探讨中药质量评价提供了一种新方法。     

傅里叶变换红外光谱法分析紫外线-B(UV-B)辐射对黄芩不同部位化学成分的影响

通过傅里叶变换红外光谱法(FTIR)研究了紫外线-B(UV-B)辐射对黄芩根、茎、叶不同部位化学成分的影响.结果表明,UV-B辐射增加了黄芩根及叶中醇类和酚类物质以及类黄酮的含量,根中萜类物质含量增加,叶中蛋白质含量增加.与根和叶中的情况相反,UVB辐射降低了茎中醇类和酚类物质、类黄酮、不饱和脂以及内酯类物质,这些结果说明UV-B辐射下黄芩产生了次生代谢方面的变化,并且代谢产物的分配可能在根、茎、叶不同部位间存在权衡.使用红外二阶导数谱进化学成分的分析,能够进一步为红外光谱分析结果补充更多信息,特别是有关类黄酮及其与糖类等结合成苷类分子的信息.使用傅里叶变换红外光谱法可以在宏观上简便、快速地检测UV-B辐射对黄芩根、茎、叶不同部位化学成分的影响,可以作为化学成分进一步深入分析的先导方法.     

小麦秸秆堆肥水溶性有机物的结构和组成演变

堆肥是小麦秸秆资源化利用重要的途径之一,然而目前关于秸秆单一物料堆肥的研究较少。水溶性有机物（DOM）被普遍认为是堆肥中最活跃的有机组分,因此探讨DOM的演变特征可有效评价秸秆的腐熟过程。以小麦秸秆好氧堆肥过程中的DOM为研究对象,利用总有机碳、紫外-可见光光谱（UV-Vis）、三维荧光光谱（EEM）结合平行因子（PARAFAC）分析方法,阐明小麦秸秆堆肥过程中DOM的含量、结构和组成的演变特征。结果表明：堆肥过程中DOM的有机碳含量降低了23%,说明DOM是堆肥中活跃的有机质组分。值得注意的是,堆肥前期DOM微生物降解最为剧烈。UV-Vis谱图显示DOM光谱随堆肥进行不断降低,表明堆肥过程芳香族物质不断降解。EEM光谱显示出显著的荧光峰演变趋势,由堆肥前期较强的类蛋白荧光峰（D,E）演变为堆肥后期较强的类腐殖质荧光峰（H）,表明堆肥过程DOM的物质组成发生改变。通过光谱参数SUVA₂₅₄和HIX的观测,发现随着堆肥进行,DOM的芳香度和腐殖化程度呈现动态变化,整体呈增强趋势。由此可推测堆肥过程DOM降解的成分主要为非腐殖质,而腐殖质类物质的相对含量则不断提升、整体芳构化和腐殖化程度增加。EEM-PARAFAC进一步定量分析了DOM组分的演变特征。随着堆肥的进行,DOM中的类蛋白物质（C3）相对含量显著降低（~46%）,而类富里酸（C1）和类腐殖酸（C2）物质相对含量分别提高了45%和80%。DOM中的组成由堆肥初期的C1∶C2∶C3=41∶17∶42演变成堆肥后期的53∶27∶20。结果揭示出堆肥过程中类蛋白物质发生显著的降解,而类腐殖质则由于分子聚合生成作用和微生物降解速率较慢等因素逐渐演变成堆肥DOM的主要组分。相关性分析结果显示HIX与C1和C2均呈现极显著正相关（r=0.806~0.853）,表明腐殖化指数(HIX)可有效指示DOM的腐殖质物质组成。本研究结果可为进一步优化小麦秸秆堆肥条件,改善秸秆有机肥质量提供科学依据。     

毛竹材表面光化降解的FTIR和XPS分析

竹材光变色和光化降解过程比较复杂。该文以我国资源丰富的毛竹为研究对象,利用氙光衰减仪对竹材进行表面劣化处理,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱分析(XPS)对竹材表面化学组成和结构的变化进行表征。XPS测试结果表明,竹材表面光劣化处理后其O元素含量及氧碳比(O/C)明显增加;从C原子结合形式来看,C1(C—C)含量减少,C2(C—O)含量增加,C3(CO)和C4(OCO)含量增加明显,C的氧化态显著升高。FTIR分析表明,光劣化处理使得与木质素有关的吸收峰(如1 604,1 512及1 462 cm-1)强度明显降低,木质素发生降解,同时1 735 cm-1处非共轭羰基吸收峰强度明显增强,表明有新的羰基类物质生成,竹材表面发生光氧化反应。竹材表面的多糖物质(纤维素和半纤维素)受光劣化影响较小,其表面多糖相对含量在劣化处理后明显提高。     

原位土培秸秆育苗容器的降解特性光谱分析

为研究新型可降解育苗容器降解行为,以改性大豆胶为基体树脂,秸秆为增强材料热压制备的秸秆育苗容器为研究对象,利用原位土培降解秸秆育苗容器,采用纤维素测定仪、傅里叶红外光谱(FTIR spectra)、扫描电镜-X能谱(scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray spectroscopy,SEM-EDS)以及热重(thermo-gravimetry,TG)等分析手段,对秸秆育苗容器土培降解前后物理、化学组分和结构变化进行表征。研究结果表明:与土培前秸秆育苗容器相比,土培降解秸秆容器中纤维素、半纤维素和木质素相对含量从29.03%,30.44%和12.52%降低至21.43%,21.41%和9.54%;FTIR分析表明土培降解后秸秆育苗容器中酯键和脂肪键发生断裂,且芳香族特征峰明显减弱;SEM-EDS谱图结果证明秸秆容器中微纤丝链段、基体树脂溶解,材料表面发生氧化降解;TGA结果分析表明土培秸秆容器内部存在大量小分子物质,分解后残余物耐热性提高。