一種土壤中有機溴代化合物的原位可視化分析方法
【專利摘要】一種土壤中有機溴代化合物的原位可視化分析方法：1)以有機溴代化合物污染土壤，選擇土壤水飽和微團聚體，將冷凍微團聚體顆粒切片得到微切片樣品，并將其轉移到載玻片上；2)利用同步輻射傅里葉變換紅外顯微成像技術分析待測土壤微切片樣品中含碳官能團及黏土礦物組成與微區分布；3)應用硬X射線微聚焦熒光顯微成像技術分析同步輻射傅里葉變換紅外顯微成像技術所檢測微切片樣品的同一區域，分析待測區域內示蹤元素Br與其他礦質元素的分布情況，以及其他礦質元素和Br的賦存形態；4)分別獲取含碳官能團、黏土礦物、Br及其他礦質元素在分析區域中的微區分布譜圖，對譜圖進行分析，得到溴代有機污染物在土壤中微區分布特征及相關影響因素等信息。
【專利說明】一種土壤中有機溴代化合物的原位可視化分析方法

【技術領域】
[0001] 本發明屬于有機污染物分析化學領域，具體地涉及一種土壤中有機溴代化合物的 原位可視化分析方法。

【背景技術】
[0002] 有機污染物在土壤中的界面遷移與轉化行為與其在土壤介質上的結合位點及賦 存形態密切相關。這方面的研究一直是環境化學領域的熱點。以往的相關研究主要依賴于 化學提取、質譜分析等手段。這些方法不可避免地對土壤組成和結構造成擾動和破壞，難以 反映土壤中污染物的真實分布情況。基于同步輻射光源的譜學技術具有空間分辨率好、靈 敏度高等特點。隨著同步輻射譜學技術的發展與應用，使原位分析環境介質中有機污染物 的結合位點和賦存形態成為可能，是探索土壤中污染物環境界面反應機制的首選技術。
[0003] 利用Br作為示蹤元素，通過微聚焦光束線表征其在土壤中的賦存形態，可以直接 表征土壤中溴代有機污染物的結合位點及其賦存形態。利用μ-XRF分析土壤中溴代有機 污染物的結合位點，檢測限可低至2mg Br/kg。同時，利用FTIR成像技術可以得到土壤中 有機碳不同官能團的微區分布。聯合應用這兩種技術可以建立溴代有機污染物的微區分布 與土壤組分的微區分布之間的關系，從而形象直觀地揭示土壤中溴代有機污染物的結合位 點。


【發明內容】

[0004] 本發明的目的是提供一種土壤中有機溴代化合物的原位可視化分析方法，可以原 位可視化檢測土壤中污染物的賦存形態、微區分布，真實反映土壤中污染物的反應過程。
[0005] 為實現上述目的，本發明提供的土壤中有機溴代化合物的原位可視化分析方法， 其步驟如下：
[0006] 1)以有機溴代化合物污染土壤，選擇土壤水飽和微團聚體，將冷凍微團聚體顆粒 切片得到微切片樣品，并將其轉移到載玻片上；
[0007] 2)利用同步輻射傅里葉變換紅外顯微成像（FTIR)技術分析待測土壤微切片樣品 中含碳官能團及黏土礦物組成與微區分布，選擇微切片樣品邊緣清晰，易于定位的微團聚 體顆粒；
[0008] 3)應用硬X射線微聚焦熒光顯微成像（μ -XRF)分析FTIR所檢測微切片樣品的同 一區域，分析待測區域內示蹤元素Br與其他礦質元素的分布情況，以及其他礦質元素和Br 的賦存形態；
[0009] 4)分別獲取含碳官能團、黏土礦物、Br及其他礦質元素在分析區域中的微區分布 譜圖，對譜圖進行分析，得到溴代有機污染物微區分布及相關影響因素信息。
[0010] 所述的可視化原位分析方法中，微團聚體的粒徑在50-800 μ m之間。
[0011] 所述的可視化原位分析方法中，微切片樣品的厚度為2-15 μ m。
[0012] 所述的可視化原位分析方法中，載玻片為Low-E載玻片。
[0013] 所述的可視化原位分析方法中，步驟2)中的測定步長為5-30 μ m。
[0014] 所述的可視化原位分析方法中，步驟3)中其他礦質元素為Ca、Fe、Μη和Ti。
[0015] 所述的可視化原位分析方法中，μ _XRF分析區域大于并覆蓋FTIR分析區域，每個 檢測點保留時間在〇. 5-10秒。
[0016] 所述的可視化原位分析方法中，步驟4)中是利用Image-Pro Plus數據處理軟件 對譜圖進行疊加分析。
[0017] 本發明的可視化原位分析方法，可以在原位、微米尺度、形象直觀地分析土壤中有 機溴代污染物的賦存形態和微區分布的方法，從而可以直接反映污染物在土壤中的結合位 點，避免因復雜前處理造成對土壤中污染物結合位點、微區分布及賦存形態等信息的干擾， 為土壤中污染物的反應機制研究提供直接的科學證據。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是本發明利用FTIR和μ -XRF兩種譜學成像技術原位分析溴代有機污染物在 土壤微切片樣品中微區分布示意圖。
[0019] 圖2是本發明實施例1中利用FTIR和μ -XRF顯微成像技術得到的十溴聯苯醚在 污染土壤中可視化分布及與含碳官能團、黏土礦物及其他礦質元素的關系，Br作為十溴聯 苯醚的示蹤元素；圖中a為污染土壤微切片光學圖片及分析區域示意圖；A-D分別是利用 FTIR顯微成像技術得到的污染土壤微切片光學圖片：A為芳香基碳（1613CHT 1)』為羧基碳 (1730cm-1)、C 為脂肪基碳（2922cm-1)、D 為黏土 04(3621(^1) ;E-I 分別是利用 μ-XRF 顯微 成像技術得到污染土壤微切片分析區域示意圖：Ε為Br、F為Ca、G為Fe、H為Ti、I為Μη。
[0020] 圖3是本發明實施例1中利用Image-Pro Plus數據處理軟件處理得到的十溴聯 苯醚（深色區域）及芳香基碳（淺色區域）在污染土壤中可視化分布疊加圖。
[0021] 圖4是本發明實施例2中利用FTIR顯微成像技術得到的四溴雙酚A在污染土壤中 可視化分布及與含碳官能團、黏土礦物及其他礦質元素的關系，Br作為四溴雙酚A的示蹤 元素；圖中a為污染土壤微切片光學圖片及分析區域示意圖；A-D分別是利用FTIR顯微成 像技術得到的污染土壤微切片光學圖片：A為芳香基碳（1613〇1^)、13為羧基碳（1730〇1^)、 C為脂肪基碳（29220^ 1)^為黏土 0-11(36210^1) ;E-I分別是利用μ-XRF顯微成像技術得 到污染土壤微切片分析區域示意圖：Ε為Br、F為Ca、G為Fe、H為Ti、I為Μη。
[0022] 圖5是本發明實施例2中利用Image-Pro Plus數據處理軟件處理得到的四溴雙 酚A(深色區域）及芳香基碳（淺色區域）在污染土壤中可視化分布疊加圖。

【具體實施方式】
[0023] 本發明提供的土壤中有機溴代化合物的原位可視化分析方法如下：
[0024] 1)測樣前一周內，調節污染土壤含水量至田間持水量，并保持過夜（>12小時），提 供放大鏡及光學顯微鏡選擇粒徑大小合適（50-800 μ m)的穩定微團聚體，用于冷凍切片， 制備2-15 μ m厚度微切片樣品，置于Low-E載玻片，于干燥皿內避光保存，備測；
[0025] 2)首先利用FTIR顯微成像技術分析微切片樣品中含碳官能團及黏土礦物的 組成和微區分布信息，選擇微切片樣品邊緣清晰，易于定位的微團聚體顆粒，測定步長為 5-30 μ m，分辨率為 1-4CHT1，掃描 32-128 次；
[0026] 3)應用μ-XRF分析FTIR所檢測微切片樣品的同一區域，分析待測區域內Br、 Ca、Fe、Μη、Ti等元素的微區分布信息及Br在土壤中的賦存形態，為保證兩種技術成像重 疊區域在100X100 μ m以上，μ-XRF分析區域要大于并覆蓋FTIR分析區域，測定步長在 1-30 μ m，根據污染物濃度，每個檢測點保留時間在0. 5-10秒；
[0027] 4)分別獲取含碳官能團、黏土礦物、Br及其他礦質元素在分析區域中的微區分布 譜圖，利用數據處理軟件（如Image Pro Plus等）對譜圖進行分析，得到溴代有機污染物 微區分布及相關影響因素信息。
[0028] 本發明優選微團聚體粒徑在50-800 μ m之間，以方便應用兩種技術分析時能準確 定位所分析區域，同時保證重疊區域在100X 1〇〇 μ m以上，以方便進行有效統計分析和比 較。
[0029] 本發明優選土壤微切片厚度在2-15 μ m之間，以兼顧兩種分析技術對空間分布率 和目標檢測物濃度的要求。
[0030] 本發明首先利用FTIR分析，然后在利用μ -XRF分析，以避免μ -XRF分析過程中 硬X射線對樣品造成的輻射損傷。
[0031] 為驗證本發明的可行性，應用本發明方法分別分析了兩種溴代阻燃劑（十溴聯苯 醚和四溴雙酚Α)在棕壤中的結合位點。所有分析結果均顯示，本發明提出的基于同步輻射 譜學分析方法可以實現原位可視化表征污染物在土壤中的結合位點，為分析土壤中污染物 的反應機制提供直接的證據支持。
[0032] 實施例1
[0033] 1) 土壤樣品制備：
[0034] 十溴聯苯醚（BDE-209)污染棕壤，污染濃度為50mg Br/kg ;待土壤混合均勻后，再 加入無菌水至田間持水量，過夜后，以備切片。
[0035] 選擇大小合適、穩定的微團聚體，利用Microm HM525冷凍切片機，直接對微團聚體 進行切片，切片厚度為2-15 μ m，轉移到Low-玻璃載玻片，以備譜學分析。
[0036] 2) FTIR顯微成像分析：
[0037] 如圖1所示，利用臺灣光源（NSRRC) 14A1光束線直接分析BDE-209污染棕壤微切 片樣品，分析步長為5-30 μ m，分辨率為1-4CHT1，掃描32-128次；通過Omnic 8. 0對成像數 據進行解譜得到有機碳芳香基（1613CHT1)、羧基（1730(3!^)、脂肪基（2922CHT 1)官能團及黏 土礦物（棕壤主要黏土礦物為伊利石，其0-H位置為3621CHT1)在微切片上的微區分布圖 (圖 2A、B、C、D 所示）。
[0038] 3) μ -XRF顯微成像分析：
[0039] 如圖1所示，利用上海光源（SSRF) 15U1光束線分析FTIR所測同一區域中 BDE-209(Br作為示蹤元素）及其他礦質元素（Ca、Fe、Mn、Ti等）的微區分布（圖2E、F、G、 Η、I所示）。
[0040] 4)通過Image-Pro Plus軟件進行數據處理得到BDE-209在棕壤中微區分布主要 受芳香基含碳官能團控制（圖3所示）。
[0041] 實施例2
[0042] 1) 土壤樣品制備：
[0043] 四溴雙酚A(TBBPA)污染棕壤：污染濃度為50mg Br/kg ;待土壤混合均勻后，再加 入無菌水至田間持水量，過夜后，以備切片。土壤微切片制備方法同實例1。
[0044] 2) FTIR顯微成像分析：
[0045] 主要分析儀器及參數同實例1。通過Omnic 8. 0對成像數據進行解譜得到有機碳 芳香基（1613CHT1)、羧基（1730〇1^)、脂肪基（2922CHT1)官能團及黏土礦物（棕壤主要黏土 礦物為伊利石，其0-H位置為3621CHT1)在微切片上的微區分布圖（圖4 A、B、C、D所示）。
[0046] 3) μ -XRF顯微成像分析：
[0047] 利用上海光源（SSRF) 15U1光束線分析FTIR所測同一區域中TBBPA(Br作為示蹤 元素）及其他礦質元素（Ca、Fe、Mn、Ti等）的微區分布（圖4 E、F、G、Η、I所示）。
[0048] 4)通過Image-Pro Plus軟件進行數據處理得到TBBPA在棕壤中微區分布也主要 受芳香基含碳官能團控制（圖5所示）。
【權利要求】
1. 一種土壤中有機溴代化合物的原位可視化分析方法，其步驟如下： 1) 以有機溴代化合物污染土壤，選擇土壤水飽和微團聚體，將冷凍微團聚體顆粒切片 得到微切片樣品，并將其轉移到載玻片上； 2) 利用同步輻射傅里葉變換紅外顯微成像技術分析待測土壤微切片樣品中含碳官能 團及黏土礦物組成與微區分布； 3) 應用硬X射線微聚焦熒光顯微成像技術分析同步輻射傅里葉變換紅外顯微成像技 術所檢測微切片樣品的同一區域，分析待測區域內示蹤元素Br與其他礦質元素的分布情 況，以及其他礦質元素和Br的賦存形態； 4) 分別獲取含碳官能團、黏土礦物、Br及其他礦質元素在分析區域中的微區分布譜 圖，對譜圖進行分析，得到溴代有機污染物微區分布及相關影響因素信息。
2. 根據權利要求1所述的可視化原位分析方法，其中，微團聚體的粒徑在50-800 μ m之 間。
3. 根據權利要求1所述的可視化原位分析方法，其中，微切片樣品的厚度為2-15 μ m。
4. 根據權利要求1所述的可視化原位分析方法，其中，載玻片為Low-E載玻片。
5. 根據權利要求1所述的可視化原位分析方法，其中，步驟2)中的測定步長為 5-30 μ m〇
6. 根據權利要求1所述的可視化原位分析方法，其中，步驟3)中其他礦質元素為Ca、 Fe、Mn 和 Ti。
7. 根據權利要求1所述的可視化原位分析方法，其中，硬X射線微聚焦熒光顯微成像技 術分析區域大于并覆蓋同步輻射傅里葉變換紅外顯微成像技術分析區域，每個檢測點保留 時間在0.5-10秒。
8. 根據權利要求1所述的可視化原位分析方法，其中，步驟4)中是利用Image-Pro Plus數據處理軟件對譜圖進行疊加分析。
【文檔編號】G01N21/84GK104122260SQ201410367582
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】羅磊, 呂繼濤, 溫蓓, 張淑貞 申請人:中國科學院生態環境研究中心