【技術(shù)指南】智感環(huán)境DGT高分辨(二維亞毫米)分析方法詳解

近年來，以薄膜擴(kuò)散梯度（DGT）為代表的高分辨分析技術(shù)發(fā)展迅速，逐步成為表征土壤/沉積物生化異質(zhì)性的有效方法。將微尺度采樣技術(shù)與高分辨化學(xué)分析手段相結(jié)合，可在毫米-亞毫米分辨率下進(jìn)行二維化學(xué)/生物成像，能夠準(zhǔn)確地理解土壤/沉積物生物地球化學(xué)過程和污染特性。本文將結(jié)合一些應(yīng)用案例為大家介紹該技術(shù)在環(huán)境微尺度研究中的使用方法。

案例一：STE：強(qiáng)化的機(jī)理和性能優(yōu)化：使用硝酸鹽劑量策略控制下水道中的甲烷和硫化物

研究?jī)?nèi)容

近80年來，硝酸鹽一直被用作是控制下水道系統(tǒng)中有問題氣體的化學(xué)品。然而，很少有研究探索使用不同策略同時(shí)控制下水道的生物膜和沉積物。本研究介紹了一種硝酸鹽劑量控制方法，包括初始高沖擊，然后是低水平劑量，在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的下水道反應(yīng)器中以兩種不同的頻率進(jìn)行測(cè)試<110天。長(zhǎng)期研究表明，當(dāng)應(yīng)用相同的每小時(shí)劑量30 mg N/L時(shí)，更頻繁的間隔20分鐘給藥略優(yōu)于間隔1小時(shí)給藥方法(硫化物對(duì)照:98.3%±1.7% vs 97.9%±1.5%;甲烷控制:89.8±4.5% vs 83.4±6.7%)。

案例二：WR：海岸退化調(diào)控磷在沉積物-水界面的可利用性和擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)機(jī)制及環(huán)境影響

研究?jī)?nèi)容

沿海濕地在全球范圍內(nèi)經(jīng)歷了相當(dāng)大的損失和退化。然而，在亞熱帶沿海生態(tài)系統(tǒng)中，海岸退化如何調(diào)節(jié)沉積物磷（P）轉(zhuǎn)化及其潛在機(jī)制在很大程度上尚不清楚。本研究使用高分辨率薄膜擴(kuò)散梯度（HR -DGT）和擴(kuò)散平衡（HR-Peeper）技術(shù)以及基于DGT計(jì)算的沉積物通量（DIFS）模型進(jìn)行了季節(jié)性現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，評(píng)估了P從原始濕地到中度和重度退化場(chǎng)地的退化梯度。

案例三：STE：氧化還原敏感金屬在河口沉積物-水界面和孔隙水中的原位二維高分辨率分布

研究?jī)?nèi)容

受污染沉積物中的金屬可能對(duì)底棲生物構(gòu)成高環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)威脅。具有不同氧化態(tài)的氧化還原敏感元素的溶解度隨沉積物水環(huán)境的氧化還原狀態(tài)而變化。本研究利用新型高分辨薄膜擴(kuò)散梯度(HR-ZCA DGT)技術(shù)原位獲取了河口沉積物中DGT有效態(tài)S(-II)、P(V) 和六種氧化還原敏感金屬（Fe、Mn、V、Cu、Ni 和Zn）在沉積物-水界面中的亞毫米二維分布信息，發(fā)現(xiàn)其受人為活動(dòng)的影響較大。我們使用V轉(zhuǎn)向值（V/Fe 比約為 0.03）來準(zhǔn)確識(shí)別實(shí)際的SWI 界面。Ni，Cu和Zn的擴(kuò)散邊界層（DBL）厚度與溶解氧微電極法測(cè)定的一致，在SWI上方3-6 mm。

采用HR-ZCA DGT結(jié)合LA-ICP-MS法測(cè)定的DGT有效態(tài)V、Ni、Cu、Zn（μg L?1）的二維分布和一維垂直剖面

高分辨DGT技術(shù)簡(jiǎn)介

智感環(huán)境經(jīng)過10余年的技術(shù)積累與沉淀，研發(fā)出多項(xiàng)高分辨DGT技術(shù)。將DGT與電腦密度成像計(jì)量技術(shù)（CID）相結(jié)合，測(cè)定磷和硫的二維高分辨信息（42.3*42.3μm）；通過DGT固定相的改進(jìn)，研制出高分辨DGT，與激光剝蝕等離子體質(zhì)譜儀（LA-ICP-MS）相結(jié)合，測(cè)定重金屬二維高分辨信息。