CN114486824B - 一种模拟pH变化的面向土壤系统的高分辨技术耦合的重金属原位表征系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种模拟pH变化的面向土壤系统的高分辨技术耦合的重金属原位表征系统。所述系统包括土柱淋溶系统、光极膜工作系统和吸附膜处理分析系统，所述的土柱淋溶系统设有土柱装置，所述光极膜工作系统包括pH光极膜及相应分析设备，所述吸附膜处理系统包括DGT吸附膜及相应分析设备；所述土柱装置具有用于DGT吸附膜和pH光极膜依次贴附的二维平面，所述的光极膜工作系统用于原位分析pH光极膜上二维平面的pH值，所述的吸附膜处理分析系统用于原位分析DGT吸附膜上获得的金属有效态浓度二维分布。本发明的系统具有操作方便、空间分辨率高(毫米‑亚毫米)、对土壤环境低干扰、实用性强等优点。
Description
技术领域
本发明属于污染土壤重金属迁移转化评估领域，更具体地说，涉及一种可模拟pH变化的面向土壤系统的高分辨技术耦合的重金属原位表征系统。
背景技术
在我国土壤污染中，由于重金属具有富集性、高毒性及难降解性，土壤中的重金属可以通过雨水冲刷进入江河湖泊或地下水，容易造成水体的污染，对生态环境及人类健康造成极大的威胁，因此土壤中重金属的修复迫在眉睫。
重金属污染土壤中重金属离子在土壤中的迁移转化过程对于重金属污染土壤修复工作的研究具有重要意义。然而，通过现场试验研究重金属在土壤中的运移转化过程，不仅操作难度大，费用消耗多，而且试验周期过长，根本无法满足现阶段对于污染土壤治理的急迫性。
实际应用中，模拟pH对重金属迁移转化的研究是非常重要的，可以为重金属修复提供重要参考，现有的系统多为采用分级提取等传统异位手段，实验操作繁琐，且对实际土壤环境的破坏性较大，重金属的形态和有效性容易发生变化，影响实验的准确性，因此无法对土壤动态平衡过程的pH以及重金属有效态浓度进行实时监测和捕捉。
针对土壤的监测，现有技术已公开了相关的申请案，如中国专利申请号为2018101565765，公开日期为2018年7月31日的申请案公开了一种湿地土壤的原位同步监测方法，一种湿地土壤的原位同步监测方法，将监测装置插入湿地土壤中，所述装置包括一侧设置透明窗镜的不透光外壳，窗镜外侧安装荧光传感膜；还包括光学传导单元、CMOS图像传感器、二维平移导轨及数据采集模块；所述的光学传导单元依次包括平面反射镜、LED光源、光学透镜组和电动旋转滤光片；所述光学传导单元与CMOS整体设置在二维平移导轨上；开启LED光源，激发光经反射后照射荧光传感膜产生的荧光，再经反射、汇聚和滤光后，在CMOS上获得局部荧光图像；操作装置对荧光传感膜进行扫描，局部图像合成和拼接后得到整体荧光图像；根据荧光传感膜的响应曲线进行数据处理得到监测结果。上述方法虽然能够实现湿地土壤的原位同步监测，但该监测只能针对特定的pH点值进行，无法实现对土壤动态平衡过程的pH以及重金属有效态浓度进行实时监测和捕捉。
发明内容
1.要解决的问题
现有针对pH对重金属迁移转化的研究多为采用分级提取等传统异位手段，实验操作繁琐，且对实际土壤环境的破坏性较大，重金属的形态和有效性容易发生变化，影响实验的准确性，因此无法对土壤动态平衡过程的pH以及重金属有效态浓度进行实时监测和捕捉。
本发明的目的在于提供一种新型的土柱淋溶系统以及模拟pH变化的面向土壤系统的高分辨技术耦合的重金属原位表征系统。该系统可以同步原位获取淋溶后土壤动态平衡过程土壤pH和重金属有效态浓度的二维分布高分辨图像，具有操作方便、空间分辨率高(毫米-亚毫米)、对土壤环境低干扰、实用性强等优点。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明提供了一种模拟pH变化的面向土壤系统的高分辨技术耦合的重金属原位表征系统，包括土柱淋溶系统、光极膜工作系统和吸附膜处理分析系统，所述的土柱淋溶系统设有土柱装置，所述光极膜工作系统包括pH光极膜及相应分析设备，所述吸附膜处理分析系统包括DGT吸附膜及相应分析设备；所述土柱装置具有用于DGT吸附膜和pH光极膜依次贴附的二维平面，所述的光极膜工作系统用于原位分析pH光极膜上二维平面的pH值，所述的吸附膜处理分析系统用于原位分析DGT吸附膜上获得的金属有效态浓度二维分布。
本发明的重金属微区表征系统可模拟不同pH值的酸雨淋溶，在动态淋溶过程中不破坏土壤固-液相整体环境，将pH光极膜和吸附膜原位应用在土柱二维平面，同步原位获取土壤pH和重金属有效态浓度信息，操作方便，为解释土壤中污染物的迁移转化提供重要依据。
作为更进一步改进，本发明的光极膜系统利用光极膜荧光传感器，可在LED光源的激发下通过相机直接记录环境中的pH的高分辨率二维测量。吸附膜处理分析系统通过DGT吸附膜与激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱技术的联用实现土壤中重金属或非金属有效态浓度的高分辨率(μm级)二维分布。
所述的DGT吸附膜包括现有技术中已知的针对不同元素的各种吸附膜，例如，可同时检测土壤中多种二价阳离子的Chelex吸附膜，检测Cr(VI)的NMDG吸附膜等，所述的DGT吸附膜为英国DGT研究有限公司生产。所述的pH光极膜采用合成的二正丁胺作为pH敏感荧光染料包埋于水凝胶中制备成薄膜，该膜对pH变化响应时间快，信号分布均匀，可以对pH 5-9的范围进行准确检测。
作为本发明更进一步的改进，所述土柱装置包括淋溶柱体、径迹蚀刻膜及可拆卸板，所述淋溶柱体内部设有土壤层，所述径迹蚀刻膜用于接触土壤层，所述可拆卸板可拆卸的安装在淋溶柱体侧面。
作为本发明更进一步的改进，所述土柱淋溶系统中的土柱装置上下设有用于连接泵管的进出水口，可实现多个土柱装置相接。所述可拆卸板拆卸后可暴露出二维平面，便于pH光极膜和吸附膜的贴附与检测应用，同时也能确保淋溶过程中柱体四周不漏水的密闭状态。
作为本发明更进一步的改进，所述土柱装置包括进水口、出水口，其顶端设封口板；所述土柱装置的上部和底部分别设有布水板，内部设有滤网层、土壤层及石英砂层。
作为本发明更进一步的改进，所述的土柱装置上下的进水口和出水口内径均为0.5cm，可用于连接淋溶软管；柱体顶端的封口板可拆卸，使用六个螺丝进行固定；所述淋溶柱体规格为5×1.5×20cm，内壁厚0.5cm；在淋溶柱体上部和底部分别设有布水板；柱体有一侧面为可拆卸有机玻璃板，有机玻璃板与柱体其他部分之间添加硅胶垫片，用六角螺丝密封。
作为本发明更进一步的改进，所述土柱淋溶系统还包括淋溶储液瓶、淋溶软管、多通道蠕动泵及滤液收集瓶，所述淋溶软管用于将淋溶储液瓶、多通道蠕动泵、淋溶柱体和滤液收集瓶连接；所述光极膜系统包括pH光极膜、LED光源、相机及电脑；和/或所述的吸附膜处理分析系统包括DGT吸附膜、干胶仪、激光剥蚀及电感耦合等离子体质谱仪。
作为本发明更进一步的改进，所述土柱淋溶系统设有多个串联的土柱装置，所述多通道蠕动泵连有多条蠕动泵软管，用于同时将同种或多种不同溶液以稳定流速泵入多个土柱装置。
作为本发明更进一步的改进，所述的淋溶柱体内部由下而上依次设置有第一滤网，上部布水板、第一石英砂层、第二滤网层、土壤层、第三滤网层、第二石英砂层、底部布水板、第四滤网层。所述第一滤网层、第二滤网层、第三滤网层及第四滤网层均为50μm尼龙滤网。
作为本发明更进一步的改进，所述可拆卸板为有机玻璃板，所述有机玻璃板与柱体其他部分之间添加硅胶垫片，用六角螺丝密封；所述第一和第二石英砂层厚度为2-3cm，土壤层厚度为14-16cm。
在应用过程中，所述的可拆卸有机玻璃板在淋溶柱体填装完成后取下，附上孔径为0.2μm厚度约为10μm的径迹蚀刻膜，与土层充分接触，安装好硅胶垫片和可拆卸有机玻璃板，拧紧六角螺丝，将装置密封。
作为本发明更进一步的改进，本发明提供了所述的模拟pH变化的面向土壤系统的高分辨技术耦合的重金属原位表征方法，包括以下步骤：
1)将可拆卸板在淋溶柱体填装完成后取下，附径迹蚀刻膜，与土层充分接触，安装好可拆卸板，将装置密封；
2)将所述可拆卸板从淋溶后的淋溶柱体拆开，将DGT吸附膜和pH光极膜依次贴于土柱装置的二维平面；
3)所述的DGT吸附膜紧贴在土柱二维平面上，精准记录吸附膜与土壤接触时间，将吸附膜取下后利用相应分析设备原位分析DGT吸附膜上获得的金属有效态浓度二维分布；
4)所述的pH光极膜紧贴DGT吸附膜上，与土壤接触至平衡后，利用相应的分析设备原位分析pH光极膜上二维平面的pH值。
作为本发明更进一步的改进，步骤3)中，pH光极膜与土壤接触至平衡后，开启LED灯光源发射对应波长激发光均匀照射pH光极膜，所述pH光极膜激发产生特定波长的荧光，经相机捕获土柱整体的荧光图像，整个过程由笔记本电脑控制，荧光图像可保存至电脑中根据pH光极膜对pH的响应曲线进行数据处理得到监测结果。
作为本发明更进一步的改进，步骤4)中，所述DGT吸附膜紧贴在土柱二维平面上，精准记录吸附膜与土壤接触时间，将吸附膜取下后平铺至聚醚砜滤膜上，上面覆盖一层平整的干净塑料膜，在室温下轻压8h后使用干胶仪干燥2h，利用激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱联用进行定量分析，获得所述二维平面的金属有效态浓度。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的模拟pH变化的面向土壤系统的高分辨技术耦合的重金属原位表征系统，设计的土柱装置模拟不同pH值酸雨进行动态淋溶，与pH光极膜-DGT技术耦合，可以在不破坏土壤固-液整体环境的前提下，同步原位获取淋溶后土壤动态平衡过程土壤pH和重金属有效态浓度的二维分布高分辨图像，更全面解释pH促使的动态平衡过程中土壤重金属的迁移与转化机制。
(2)本发明提供的模拟pH变化的面向土壤系统的高分辨技术耦合的重金属原位表征系统，通过对传统面向植物根际的高分辨耦合系统进行改造，设计了针对土壤系统的高分辨耦合系统，可应对模拟不同pH值淋溶等动态过程中pH平面光极膜技术以及DGT技术进行二维原位应用。
(3)本发明提供的模拟pH变化的面向土壤系统的高分辨技术耦合的重金属原位表征系统，既能在淋溶过程中保持四周不漏水的密闭状态，又可以做到方便拆卸且可同时装配二维光极膜以及高分辨DGT吸附膜，在不破坏土壤环境的前提下，实现在土壤动态淋溶过程中同时获取土壤理化性质以及土壤重金属有效态的二维分布高分辨图像获取，更能准确有效的评估土壤环境中重金属的环境风险，探讨重金属的迁移转化机制。而传统的探讨pH对重金属迁移转化的研究方法只能实现对厘米尺度内一个点的pH以及重金属浓度监测，如要得到高分辨率的二维数据，需要大量电极支撑或大量实验，无疑很大程度增加成本，同时使测量过程复杂化。
附图说明
图1为本发明的系统的整体示意图；
图2为本发明的淋溶土柱三位立体图；
图3为本发明的淋溶土柱的正视图；
图4为本发明的淋溶土柱的侧视图；
图5为本发明的淋溶土柱的俯视图；
图6为本发明的淋溶土柱中的布水板结构图；
图7为实施例2中pH光极膜分析系统的标准曲线；
图8为实施例2中DGT吸附膜分析系统目标元素Ni的标准曲线；
图9为实施例3中土柱淋溶后pH光极膜二维图像；
图10为实施例4中土柱淋溶后pH光极膜二维图像；
图11为实施例4中柱淋溶后HR-DGT获得的Ni二维原位高分辨图像；
图中：1、淋溶储液瓶；2、淋溶软管；3、多通道蠕动泵；4、土柱装置；5、滤液收集瓶；6、径迹蚀刻模；7、DGT吸附膜；8、pH光极膜；9、LED光源；10、相机；11、电脑；12、聚醚砜滤膜；13、干胶仪；14、激光剥蚀；15、电感耦合等离子体质谱仪；16、进水口；17、螺丝；18、封口板；19、滤网层；20、淋溶柱体；21、布水板；22、出水口；23、可拆卸有机玻璃板；24、硅胶垫片；图10-图11中，A、pH 5.6淋溶表层土壤土柱；B、pH 5.6淋溶深层土壤土柱；C、pH 4.0淋溶表层土壤土柱；D、pH 4.0淋溶深层土壤土柱。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述。
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。以下所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员均可能利用以下揭示的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以下实施例所做的任何简单修饰或等同变化，均落在本发明的保护范围内。
实施例1
本实施例提供了一种模拟pH变化的面向土壤系统的高分辨技术耦合的重金属原位表征系统，包括土柱淋溶系统、光极膜工作系统和吸附膜处理分析系统，所述的土柱淋溶系统设有土柱装置4，所述光极膜系统包括pH光极膜8及相应分析设备，所述吸附膜处理系统包括DGT吸附膜7及相应分析设备；所述土柱装置4具有用于DGT吸附膜7和pH光极膜8依次贴附的二维平面，所述的光极膜系统用于原位分析pH光极膜8上二维平面的pH值，所述的吸附膜处理分析系统用于原位分析DGT吸附膜7上获得的金属有效态浓度二维分布。
如图1所示的结构示意图，本实施例的表征系统由土柱淋溶系统、光极膜系统和吸附膜处理分析系统组成，所述的土柱淋溶系统包括淋溶储液瓶1、淋溶软管2、多通道蠕动泵3、土柱装置4、滤液收集瓶5；所述的光极膜系统包括pH光极膜8、LED光源9、相机10、电脑11；所述的吸附膜处理分析系统包括DGT吸附膜7、干胶仪12、激光剥蚀14、电感耦合等离子体质谱仪15。
在土柱淋溶系统中，淋溶软管2将淋溶储液瓶1、多通道蠕动泵3、土柱4和滤液收集瓶5连接。所述的多通道蠕动泵3连接有多条淋溶软管2，同时将同种或多种不同溶液以同一稳定流速泵入多个土柱装置4，溶液经土柱装置4流出，在滤液收集瓶5中储存。
所述的土柱装置4如图2-6所示，由进水口16、螺丝17、顶端封口板18、滤网19、淋溶柱体20、布水板21、出水口22、可拆卸有机玻璃板23、硅胶垫片24、径迹蚀刻膜6组成。上下的进水口16和出水口22内径均为0.5cm，可用于连接淋溶软管2；柱体上部封口板可拆卸18，使用六个螺丝17进行固定；装置中部淋溶柱体规格为5×1.5×20cm，内壁厚0.5cm；在淋溶柱体上部和底部分别设有布水板21；柱体有一侧面为可拆卸有机玻璃板23，有机玻璃板23与柱体4其他部分之间添加硅胶垫片24，用六角螺丝17密封。
所述的淋溶柱体20的内部由下而上依次设置有50μm尼龙滤网层19，布水板21、第一石英砂层、50μm尼龙滤网层19、土壤层、50μm尼龙滤网层19、第二石英砂层、布水板21、50μm尼龙滤网层19。第一和第二石英砂层厚度为2-3cm，土壤层厚度为14-16cm。
所述的可拆卸有机玻璃板23在淋溶柱体20填装完成后取下，附上孔径为0.2μm厚度约为10μm的径迹蚀刻模6，与土层充分接触，安装好硅胶垫片24和可拆卸有机玻璃板23。通过蠕动泵3调节淋溶流速，对土柱装置4进行持续模拟酸雨淋溶。
所述的可拆卸有机玻璃板23从淋溶后的土柱装置4拆开，将DGT吸附膜7和pH光极膜8依次贴于土柱装置4的二维平面。所述的DGT吸附膜7包括现有技术中已知的针对不同元素的各种吸附膜，例如，可同时检测土壤中多种二价阳离子的Chelex吸附膜，检测Cr(VI)的NMDG吸附膜等，所述的DGT吸附膜为英国DGT研究有限公司生产。所述的pH光极膜8采用合成的二正丁胺作为pH敏感荧光染料包埋于水凝胶中制备成薄膜，该膜对pH变化响应时间快，信号分布均匀，可以对pH＝5-9的范围进行准确检测。
所述的光极膜工作系统中，pH光极膜紧贴在土柱二维平面上，与土壤接触至平衡后，开启LED灯光源9发射对应波长激发光均匀照着pH光极膜8，pH光极膜8激发产生特定波长的荧光，经相机10捕获土柱整体的荧光图像，整个过程由笔记本电脑11控制，荧光图像可保存至电脑中根据pH光极膜8对pH的响应曲线进行数据处理得到监测结果。
所述的吸附膜处理分析系统中，DGT吸附膜7紧贴在土柱二维平面上，精准记录吸附膜与土壤接触时间，将DGT吸附膜7取下后平铺至聚醚砜滤膜12上，上面覆盖一层平整的干净塑料膜，在室温下轻压8h后使用干胶仪13干燥2h，利用激光剥蚀14和电感耦合等离子体质谱15联用进行定量分析，获得土柱二维平面的金属有效态浓度。
实施例2
本实施例为pH光极膜系统及DGT吸附膜分析系统测定的稳定性验证
1)pH光极膜的标定：在光极膜使用之前需对其进行标定，即裁剪出合适大小的条状膜，将其贴附于与土柱大小接近的石英玻璃盒内侧。装满10mM的tris-HCl缓冲液，并用1M的HCl和NaOH溶液来调节pH，在此过程中使用的缓冲液会使离子强度基本保持不变。恒定室温条件下，在暗室中用相机捕获425nm和500nm LED灯激发光下的各pH值对应的pH光极膜的荧光照片，在数据处理过程中，提取绿色通道的荧光强度。将各pH值溶液在500nm LED激发下的绿色通道荧光强度平均值(I500)比上425nm LED激发下的绿色通道荧光强度平均值(I425)，得到荧光比例I500/I425，利用玻尔兹曼方程对pH值与对应的I500/I425进行数据拟合，线性关系良好(R2＝0.990)，如图7所示，确定了后续研究中pH光极膜的稳定性以及数据可靠性。因此在光极膜的后续使用中，将获得的荧光强度比值代入标准曲线，即可获得对应的pH值。
2)DGT吸附膜在吸附胶分析系统中的定量化：采用吸附膜分析系统获取吸附膜上重金属有效态浓度前，先提前准备标准浓度DGT吸附胶用于调试仪器参数和最后的定量分析。准备足够数量的普通圆盘式DGT，放入含有一定浓度的目标元素溶液中，恒温条件下搅拌，在不同时间分别从溶液中取出6个DGT，其中三个按照DGT常规方法对吸附胶进行洗脱，利用ICP-MS测定目标元素浓度，计算吸附膜上目标元素质量与密度。另外三个参考吸附膜分析系统中的操作方法进行干燥，用于LA分析。根据上述数据，建立LA测试样品的信号值与吸附膜上目标元素量的线性关系，数据拟合可得R2＝0.998，如图8所示。在后续分析中，样品吸附膜的信号值可代入上述线性关系汇总进行计算，实现吸附膜元素通量的原位定量化计算。
实施例3
采用实施例1的装置开展二维土柱淋溶实验并观察pH光极膜在实际二维土柱平面的变化情况。所述的淋溶土柱装置中使用两种pH值有较大差异的土壤进行柱填装。开始淋溶前，将pH光极膜贴于可拆卸有机玻璃板上，有染料的一面靠近土壤，紧贴土壤二维平面，染料另一面为背面，紧贴在可拆卸有机玻璃板上，光极膜与可拆卸玻璃板之间避免有气泡造成分析误差。多通道蠕动泵将纯水以0.2mL min-1的流速从淋溶柱体20上端进水口16流入，底部出水口22流出，进入滤液收集瓶5。在淋溶后在暗室中对柱子内部的pH光极膜8的荧光响应强度进行捕获。如图9所示，表明针对两个不同的pH值土壤，淋溶后可看到pH光极膜在LED激发光下荧光强度有显著差异，其中上部深色表示土壤pH值更低，下部浅色表示土壤的pH值更高，代入pH光极膜标准曲线可获取原位土柱二维高分辨pH分布，这表明该系统中的pH光极膜可以在多种实际土壤环境中稳定应用。
实施例4
本实施例中一套模拟pH变化的面向土壤系统的高分辨技术耦合的重金属原位表征系统方法同实施例1，不同之处在于：本实施例采用上海某污染场地1m表层土壤和3m深层土壤，用实施例1种所述的淋溶土柱装置4进行填装，用蠕动泵软管将填装表层土壤的第一土柱装置4的出水口与填装深层土壤的第二土柱装置5进水口连接，多通道蠕动泵3将pH＝4.0和pH＝5.6两种溶液泵入土柱装置4，流速稳定在0.2mL min-1。采用间歇淋溶的方式对土柱装置4进行淋溶，即每淋溶12h停止12h。在淋溶实验进行了21天后，使用光极膜工作系统和吸附膜处理分析系统开展二维土壤平面pH及重金属有效态浓度的原位高分辨表征实验，具体实验步骤同实施例1。
pH光极膜表征结果详见图10，结果表明深层土壤柱的pH值显着高于表层土壤柱，pH＝4条件下淋溶后土柱的pH值与pH＝5.6相比略有下降。DGT吸附膜二维图像如图11，根据吸附膜的标准曲线可将土柱的Ni扩散通量定量化，其中颜色深的代表扩散通量更低，颜色更浅部分代表扩散通量更高。由此可见，表层土壤柱中的Ni扩散通量远高于深层土壤柱，同时在土柱上部位置的扩散通量与土柱其他位置存在差异，说明淋溶过程对各金属迁移的促进作用主要体现在土柱上部位置。这也说明了该系统的稳定使用，可有效模拟酸雨淋溶动态过程中重金属有效态浓度在不同深度土壤、不同性质土壤中的迁移，同时可定量化的原位获取元素的二维高分辨图像。
Claims (7)
1.一种基于模拟pH变化的面向土壤系统的高分辨技术耦合的重金属原位表征方法，该方法利用模拟pH变化的面向土壤系统的高分辨技术耦合的重金属原位表征系统进行，其特征在于：包括以下步骤：
1）将可拆卸板在淋溶柱体（20）填装完成后取下，附径迹蚀刻膜（6），与土壤层充分接触，安装好可拆卸板，将装置密封；
2）将所述可拆卸板从淋溶后的淋溶柱体（20）拆开，将DGT吸附膜（7）和pH光极膜（8）依次贴于土柱装置（4）的二维平面；
3）所述的DGT吸附膜（7）紧贴在二维平面上，精准记录DGT吸附膜（7）与土壤接触时间，将DGT吸附膜（7）取下后利用相应分析设备原位分析DGT吸附膜上获得的金属有效态浓度二维分布；pH光极膜（8）与土壤接触至平衡后，开启LED光源（9）发射对应波长激发光均匀照射pH光极膜（8），所述pH光极膜（8）激发产生特定波长的荧光，经相机（10）捕获土柱装置（4）整体的荧光图像，整个过程由笔记本电脑（11）控制，荧光图像可保存至电脑（11）中，根据pH光极膜（8）对pH的响应曲线进行数据处理得到监测结果；
4）所述的pH光极膜（8）紧贴DGT吸附膜上（7），与土壤接触至平衡后，利用相应的分析设备原位分析pH光极膜（8）上二维平面的pH值；所述DGT吸附膜（7）紧贴在土柱装置4的二维平面上，精准记录DGT吸附膜（7）与土壤接触时间，将DGT吸附膜（7）取下后平铺至聚醚砜滤膜（12）上，上面覆盖一层平整的干净塑料膜，在室温下轻压一段时间后使用干胶仪（13）干燥，利用激光剥蚀（14）及电感耦合等离子体质谱仪（15）联用进行定量分析，获得所述二维平面的金属有效态浓度；
其中，所述的模拟pH变化的面向土壤系统的高分辨技术耦合的重金属原位表征系统，包括土柱淋溶系统、光极膜工作系统和吸附膜处理分析系统，所述的土柱淋溶系统设有土柱装置（4），所述光极膜工作系统包括pH光极膜（8）及相应分析设备，所述吸附膜处理分析系统包括DGT吸附膜（7）及相应分析设备；所述土柱装置（4）具有用于DGT吸附膜和pH光极膜依次贴附的二维平面，所述的光极膜工作系统用于原位分析pH光极膜上二维平面的pH值，所述的吸附膜处理分析系统用于原位分析DGT吸附膜上获得的金属有效态浓度二维分布。
2.根据权利要求1所述的基于模拟pH变化的面向土壤系统的高分辨技术耦合的重金属原位表征方法，其特征在于：所述土柱装置（4）包括淋溶柱体（20）、径迹蚀刻膜（6）及可拆卸板，所述淋溶柱体（20）内部设有土壤层，所述径迹蚀刻膜（6）用于接触土壤层，所述可拆卸板可拆卸的安装在淋溶柱体（20）侧面。
3.根据权利要求1或2所述的基于模拟pH变化的面向土壤系统的高分辨技术耦合的重金属原位表征方法，其特征在于：所述土柱装置（4）包括进水口（16）、出水口（22），其顶端设封口板（18）；所述土柱装置（4）的上部和底部分别设有布水板（21），内部设有滤网层（19）、土壤层及石英砂层。
4.根据权利要求3所述的基于模拟pH变化的面向土壤系统的高分辨技术耦合的重金属原位表征方法，其特征在于：所述土柱淋溶系统还包括淋溶储液瓶（1）、淋溶软管（2）、多通道蠕动泵（3）及滤液收集瓶（5），所述淋溶软管（2）用于将淋溶储液瓶（1）、多通道蠕动泵（3）、淋溶柱体（20）和滤液收集瓶（5）连接；和/或所述光极膜工作系统包括pH光极膜（8）、LED光源（9）、相机（10）及电脑（11）；和/或所述的吸附膜处理分析系统包括DGT吸附膜（7）、干胶仪（13）、激光剥蚀（14）及电感耦合等离子体质谱仪（15）。
5.根据权利要求4所述的基于模拟pH变化的面向土壤系统的高分辨技术耦合的重金属原位表征方法，其特征在于：所述土柱淋溶系统设有多个串联的土柱装置（4），所述多通道蠕动泵（3）连有多条蠕动泵软管，用于同时将同种或多种不同溶液以稳定流速泵入多个淋溶柱体（20）。
6.根据权利要求4所述的基于模拟pH变化的面向土壤系统的高分辨技术耦合的重金属原位表征方法，其特征在于：所述的淋溶柱体内部由下而上依次设置有第一滤网、上部布水板、第一石英砂层、第二滤网层、土壤层、第三滤网层、第二石英砂层、底部布水板、第四滤网层。
7. 根据权利要求6所述的基于模拟pH变化的面向土壤系统的高分辨技术耦合的重金属原位表征方法，其特征在于：所述可拆卸板为可拆卸有机玻璃板（23），所述可拆卸有机玻璃板（23）与柱体其他部分之间添加硅胶垫片（24），用六角螺丝（17）密封；所述第一石英砂层和第二石英砂层厚度为2-3 cm，土壤层厚度为14-16 cm。
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| CN114486824A (zh) | 2022-05-13 |
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