地质环境中生物标志物 GDGTs 分析技术研究进展

甘油二烷基甘油四醚脂(GDGTs)是一类来自于微生物细胞膜脂的新兴生物标志物,广泛存在于海洋、湖泊、土壤、泥炭等环境。在活体细胞中,GDGTs通常以完整极性膜脂(IPL-GDGTs)的形式存在,而在地质环境中主要以脱去极性头基的核心脂(CL-GDGTs)的形式存在。CL-GDGTs结构稳定、不易降解,并且对环境变化响应敏感,因此被认为是重建古气候-古环境变化的有力工具。GDGTs结构复杂、种类多样,在环境中的含量通常较低且常与其他化合物共存,因此分析难度较高,现有技术和方法在其分离、纯化、定量等方面仍然面临挑战。本文总结了近年来GDGTs在分析技术方面的研究进展,概述了GDGTs的分类与结构,对环境中IPL-GDGTs和CL-GDGTs的分离、纯化等方法进行总结和比较,其中CL-GDGTs可选择多种提取方法,而极性较强、热稳定性较差的IPL-GDGTs应尽量选取Bligh-Dyer提取法。普通的分离、纯化通常采用柱层析法,而涉及GDGTs单体分离时,一般采用制备液相色谱法。液相色谱-质谱、核磁共振波谱、气相色谱-同位素比值质谱是GDGTs含量测定、结构鉴定、同位素分析的主要分析手段。本文评述了现有方法的特点和不足,并在此基础上,提出了GDGTs分析技术的发展方向,以期为地质环境中GDGTs的分析研究提供启示和参考。

微量元素与健康

在我们的身体中,存在着多种不同的元素,它们在我们的身体中发挥着各自独特的作用。其中,一些元素如碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、磷(P)、硫(S)等,我们称之为"常量元素",因为它们在人体中的含量相对较高。然而,还有另外一些元素,如铁(Fe)、锌(Zn)、铜(Cu)、硒(Se)等,我们称之为"微量元素",因为它们在人体中的含量相对较低。尽管它们含量微少,但却对我们的健康有着至关重要的影响。

在线固相萃取-高效液相色谱-高分辨质谱法测定植物中11种水溶性有机酸

采用在线固相萃取-高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱高分辨质谱建立植物中11种水溶性有机酸(乳酸、富马酸、琥珀酸、苹果酸、酒石酸、香豆酸、没食子酸、柠檬酸、香草酸、阿魏酸、新绿原酸)的分析方法。样品经匀浆、超声、过滤、稀释后,经在线Oasis MAX柱(20 mm×2.1 mm,30μm)富集净化,采用BEH C18AX色谱柱(100 mm×2.1 mm,1.7μm)分离,以含10 mmol/L甲酸铵的0.9%甲酸和0.9%甲酸-乙腈为流动相,梯度洗脱。在负离子扫描模式下,以Full MS/dd-MS2模式进行分析,内标法定量。结果表明,11种有机酸可在9 min内完成分离分析,各组分的精确质量数偏差小于5.00×10^(-6),在1~100μg/L质量浓度范围内线性关系良好,相关系数(R^(2))大于0.999,方法检出限为0.1~3.2μg/kg,定量限为0.3~9.6μg/kg。以芡实和小白菜为基质样品,在2个不同加标水平下,11种有机酸的平均添加回收率分别为92.2%~111%和94.2%~110%,日内相对标准偏差分别为1.4%~4.9%和0.8%~5.6%。所建方法简便、快速、准确、可靠,已应用于8种植物(白萝卜、胡萝卜、土豆、小白菜、香蕉、鸭梨、葡萄、芡实)中有机酸含量的分析,可以作为快速分析植物中水溶性有机酸的新方法。

中国东北干旱-半干旱地区湖泊沉积物木质素酚类化合物特征及其气候指示意义

木质素广泛分布于维管植物,经分解生成的酚类化合物可示踪有机质来源、评估木质素降解程度,进而用于反演古环境与古气候变化。采用合适的分析方法有效地分解木质素是推断母源植物类型、降解程度的技术基础,常规方法是木质素经碱(或酸)解后,利用气相色谱-质谱法(GC-MS)分析酚类单体化合物,但分解、提取过程复杂、易引入杂质。热裂解技术可在高温下快速分解有机质,裂解产物可通过GC-MS进行在线分析,具有用样量少、有机质提取比例高、重现性好、操作便捷的特点。本文选择地处亚洲夏季风影响区域的边缘的内蒙伊和沙日乌苏湖,采用热裂解GC-MS(Py-GC/MS)技术,对湖泊沉积物进行裂解分析,在对裂解温度(450℃、550℃和650℃)进行了优化的基础上,识别了21种酚类化合物,包括:4-甲基苯酚、2-乙基苯酚等9种烷基酚类(PHs),4-乙基-2-甲氧基苯酚、4-乙烯基-2,6-二甲氧基苯酚等9种烷基酚类(PHs)和12种甲氧基酚类(LGs)。结合沉积岩心样品AMS 14 C年龄的分析结果,6.7 ka以来沉积物中酚类化合物总量、PHs和LGs的变化趋势总体一致,呈现出6.7~4.0ka相对含量较高、4.0ka以来相对含量较低的特征。不同于PHs中邻(o-)-PHs、间(m-)-PHs、对(p-)-PHs的变化趋势与总量一致;但不同取代特征的LGs相对含量变化趋势存在差异,p-LGs在5.4ka前后就出现含量显著下降,3.8ka以来维持较低水平。根据微生物对木质素的“去甲基/去甲氧基”氧化反应途径,对位取代酚类化合物比值(p-PHs/p-LGs)可作为陆生高等植物降解指标,该值越大微生物降解作用越强。将p-PHs/p-LGs指标应用于伊和沙日乌苏沉积物样品结果显示,6.7ka以来p-PHs/p-LGs与正构烷烃单体碳同位素δ^(13) C_(27-33)变化趋势一致(R=-0.77),间接地指示了有效降水变化。即6.7ka以来气候整体转湿,区内陆生高等植物占据优势,充足的水分和有机质为微生物提供了适宜的生存环境和相对稳定的营养来源,降解作用整体呈增强趋势;6.3~5.5ka和4.1~3.6ka期间有效湿度降低,微生物对木质素的降解作用相对减弱。p-PHs/p-LGs指标对应了呼伦贝尔地区湿度变化特征,揭示了干旱-半干旱地区微生物降解与有效湿度变化的相关性,为探讨陆地生态系统对东亚季风北部边缘区气候变化的响应提供科学依据。

雨水调蓄池智慧调控技术研究与成效分析

随着北京市海绵城市建设全域化推进,雨水调蓄池在城市雨水管理中得到日益广泛的应用,成为全市最主要的源头设施类型之一.但其具有数量众多、单个设施调蓄容积量小、位置分散的特征,以及存在未实现联动运行、自动化运行能力不足等问题.本文基于海绵设施精细化管控需求,研发以数值模拟、逻辑算法为核心,耦合在线感知、物联设备的雨水调蓄池智慧化调控技术,设计符合实际运行场景的调度策略.研究结果表明,智慧化调控技术应用,实现排水管网峰值削减率达4.5%~100%,片区流量峰值削减率可达11.81%.技术成果有效促进雨水调蓄池效益提升,为源头调蓄设施智慧化运行管理提供新思路.

顶空-固相微萃取-全二维气相色谱-飞行时间质谱测定水中短链氯化石蜡

短链氯化石蜡(SCCPs)是一种新型持久性环境污染物,准确分析水中SCCPs对研究和正确认识水环境中SCCPs的污染水平、环境行为等均具有重要意义。本研究建立了顶空-固相微萃取-全二维气相色谱-飞行时间质谱技术分析水中SCCPs的方法,确定了萃取探针、萃取温度、萃取时间、体系盐度、搅拌速率等最佳实验条件。本方法在0.2～20.0μg/L浓度范围内线性良好,相关系数大于0.999,检出限在0.06～0.13μg/L之间,平均加标回收率在80.9%～95.4%之间,日内和日间精密度(RSD)分别小于7.1%(n=5)和14.0%(n=5)。本方法灵敏、准确、环境友好、可自动化运行,已成功应用于皮革加工厂周围地下水和地表水中SCCPs的分析。

双电极法现场快速检测地下水和湖水中碳酸氢根和碳酸根

地下水和湖水中碳酸氢根(HCO_3^-)和碳酸根(CO_3^(2-))含量是地球化学碳行为和碳循环的重要表征,但两种离子的浓度易受环境影响而改变,因此,地下水和湖水中HCO_3^-和CO_3^(2-)真实含量的测定一直是个难题。实验利用CO2的水解平衡,通过p H电极和二氧化碳电极联用,建立了HCO_3^-和CO_3^(2-)现场快速测定的新方法,解决了地下水和湖水中HCO_3^-和CO_3^(2-)真实含量的测定难题。研究结果表明,在p H=4.8±0.1的底液中,HCO_3^-和CO_3^(2-)的线性范围分别为0.027~570 mg/L和1.25×10^(-8)~39.7 mg/L。共存的金属离子、强酸阴离子(K^+、Na^+、Mg^(2+)、Cl^-、SO_4^(2-),100 mg/L)、弱酸阴离子和弱酸(HSO_3^-、NO_2^-、HOAc,50 mg/L)对测定干扰小于5%。实际水样加标实验回收率在95.2%~99.2%之间,相对标准偏差为2.6%~3.7%。与酸碱滴定法进行对比,本方法的准确性良好。但方法受温度影响,因此标准溶液与样品应在同一温度下测量。总体而言,双电极法灵敏、快速、经济且电极携带方便、操作简单、对环境要求不高,十分适合现场和室内一般自然水体的快速检测。本方法已成功应用于青海省地下水和青海湖湖水中HCO_3^-和CO_3^(2-)的现场测定。实验表明,海东地区地下水样品p H在6.4~7.4之间,HCO_3^-含量为234~4096 mg/L,CO_3^(2-)含量为0.16~1.89 mg/L;青海湖湖水样品p H≈8.7,HCO_3^-含量范围在1.36~1.86 g/L,CO_3^(2-)含量在32.3~43.9 mg/L,与文献结果吻合。

基于实测载荷谱的轿车后扭梁疲劳仿真研究

通过六分力轮测试系统实测了某型轿车在试车场运行的载荷谱数据,以此作为输入,并综合有限元分析、多体动力学分析和疲劳分析等多种CAE手段,对该轿车后扭梁在实测载荷谱作用下的疲劳损伤分布进行了分析,预测了开裂风险位置并与试验进行了对照。结果表明,基于实测载荷谱的后扭梁疲劳损伤预测与试验结果一致性良好。对于开裂风险位置给出了相应的优化方案及优化后的损伤分布情况,优化后的方案有效降低了原方案的开裂风险,解决了后扭梁的开裂问题。

O_3—BAC工艺处理微污染地表水的试验研究

采用预臭氧—曝气生物活性炭滤池(O_3—BAC)工艺处理低碳源的北运河通州段原水,探讨了该系统的主要工艺参数与各项污染物去除效果的相关性。研究结果表明,臭氧的投加对提高COD_(Cr)和NH_3—N的去除效果均有促进作用,且在投加量3 mg/L、接触时间30 min时臭氧利用效率最高;在此投加量和接触时间、回流比1:1时,COD_(Cr)和NH_3—N的去除率分别可达42%和94.3%,均高于回流比为0.5:1时,而TN去除率为13.4%,有所降低,投加外碳源和降低好氧单元气水比可使之升高;系统对UV_(254)去除率达到38.8%,其中臭氧接触单元去除率为18.66%,由臭氧氧化特性推断,原水中大分子有机物以芳香族化合物为主。

BAF-BAC组合工艺对受污染河水水质净化研究

研究通过采用BAF-BAC组合工艺净化受污染河水,进行了该系统对主要污染物指标的去除效果分析,并结合多种生物毒性效应检测,进行了系统对生物毒性物质的去除研究。结果表明:组合工艺系统稳定运行阶段,对COD、NH3-N和TN平均去除率分别在60%、96%和19%左右。试验条件下最适宜水力负荷10 L/h,BAF单元最佳气水比为7:1时,系统对上述污染物的去除率分别达到72%、99%和20%。发光菌抑制试验表明,受污染河水在浓缩50、10和2倍时,相对抑制率均高于80%,经BAF-BAC组合装置净化后,相对抑制率分别为15.8%、7.8%和3%,出水水质没有表现出明显急性毒性特征;受污染河水对大型蚤急性致死率达到100%,而最终出水大型蚤死亡率为0%;在浓缩50倍、20倍、10倍和1倍时,受污染河水水样对仔鱼的致死性分别为100%、70%、20%和0,最终出水水样中仔鱼死亡率均为0,说明组合工艺系统各单元对此类毒性物质均有去除效果。

基于台架试验的轿车后扭梁悬架疲劳仿真研究

后扭梁悬架因其结构简单、成本较低且能满足一般的汽车动力学、运动学要求而被广泛应用于中低级轿车中。但由于后扭梁悬架既要保证足够的强度,以承受后轴的各种载荷,同时又要能提供合适的扭转刚度,以保证整车的侧倾刚度,导致后扭梁的受力比较复杂,高应力区域及危险区域也比较多。首先建立模拟后扭梁悬架台架试验的有限元分析模型,而后计算得到应力集中位置,并模拟后扭梁悬架台架试验条件下的疲劳载荷,借助于疲劳寿命分析软件估算后扭梁悬架各部分的损伤情况。经与台架试验结果的对比,所得试验数据与计算结果基本一致,表明基于有限元技术的后扭梁悬架疲劳寿命预测的可行性。最后分析后扭梁悬架前端刃口处开裂的原因,采用应力转移的思想,优化改进后扭梁悬架的局部结构。

恩格尔定律统计测度研究:理论反思与方法比较

以往研究大多基于宏观数据从线性相关的角度检验恩格尔系数与收入之间的关系,但从统计上看这种方法在表征恩格尔定律的内涵时并不完全准确。因此,以中国家庭收入项目(CHIP)调查中城镇、农村以及外来务工住户的收支数据为样本,采用四种更为恰当的统计方法进行实证检验,考察恩格尔定律在中国的适用性。研究表明,恩格尔定律实际应表述为收入与食品支出份额之间的反向随机关系,总体上恩格尔定律在中国是适用的,随着居民收入的增加,家庭食品支出占比呈显著下降趋势。部分群体中收入与食品支出占比的关系呈现先递减后上升的U型趋势,相关关系存在一定的收入阈值,且不同群体的阈值存在差异,这种U型变动在发达地区的高收入群体中表现更加明显。同时,城镇地区中收入与食品支出占比的负相关程度大于农村地区,东部地区的收入与食品支出占比的负相关程度大于中、西部,家庭中工作人数占比越大、家庭人口越少、女性占比越少、金融资产越多,食品支出占比随收入增加而下降的幅度越大。进一步的研究发现,恩格尔定律的适用性主要受群体间消费习惯、文化习俗等因素影响。

全二维气相色谱-飞行时间质谱测定地下水中低环多环芳烃及其衍生物

建立了地下水中低环多环芳烃及其衍生物的全二维气相色谱-飞行时间质谱(GC×GC-TOF MS)检测方法。对比研究了液液萃取(LLE)和固相萃取(SPE)对地下水中低环多环芳烃及其衍生物的提取效率,优选液液萃取为前处理方法。在优化条件下,除1,2,3,4-四氢萘(r=0.987 2)和联苯(r=0.989 9)外,其它目标物在0.1~1 000μg/L范围内具有良好的线性关系,相关系数(r)均大于0.99。地下水的平均加标回收率为63.3%~111%,除喹啉的相对标准偏差(RSD,n=6)为24.9%外,其余目标物的RSD均小于9.5%,方法检出限在1.63~14.7 ng/L之间。该方法用于河北地区6个地下水样中低环多环芳烃及其衍生物的检测,4个样品有检出,最高浓度达353 ng/L。

受污染地表水的生物毒性效应分析

针对以非常规水源补水的受污染地表水的生态安全问题,文章以北京地区受污染河水为试验用水,利用多组生物效应试验(发光菌、大型蚤和仔鱼)进行急性生物毒性检测,并与污水厂二级出水和再生水厂出水水质进行比较。结果表明:受污染地表水在浓缩倍数达50倍时,发光细菌相对抑制率达到50%以上,大型蚤和仔鱼的急性毒性试验死亡率均达到100%;20倍浓缩时,受污染地表水对大型蚤和青鳉仔鱼的致死率分别为60%和80%以上,再生水厂出水对大型蚤和仔鱼致死率均为0%;由此可见,再生水厂出水与其他测试水样相比具有较低毒性。针对地表水非常规补给水源水,建议研究科学的人体健康安全和生态安全综合指标体系。

基于扩展有限元法的裂尖场精度研究

扩展有限元方法基于单元分解的基本思想,通过引入位移加强函数来表征裂纹的不连续性和裂尖的奇异性。在裂尖加强单元与常规单元之间有一层混合单元,当对裂尖特定区域进行加强时,混合单元个数相应增加,混合单元个数与计算精度存在一定联系。本文提出一种正方形裂尖加强区域的选择方式,可得到较单个加强和圆形加强精度更高、更稳定的计算结果。对于不同长度的裂纹,表征裂尖场奇异性所需的裂尖加强范围存在较大差异,以正方形裂尖加强方式进行计算,得到了不同裂纹长度下最优的加强尺寸。

臭氧氧化对地表水溶解性有机物去除效果的影响研究

针对臭氧氧化作用对受污染地表水中溶解性有机物去除效果的影响进行研究。结果表明:臭氧投加比低于1mgO3/mgDOC时,臭氧对UVA、CODCr和UV410等有机物去除效率较高;臭氧投加比例为0.7mgO3/mgDOC时,BOD/COD由7.4%提高至18.4%,比紫外消光度(SUVA)逐渐降低并趋于平缓;不同臭氧投加比例下水中溶解性有机物的三维荧光指纹光谱变化规律表明,受污染地表水DOM中主要荧光物质为芳香族蛋白质(荧光峰A、B和C)及类腐殖酸(荧光峰D),其中,A峰、B峰和C峰的中心位置分别位于225/300nm、225/338nm和275/342nm;臭氧投加比例为0.7mgO3/mgDOC时峰强削减率为64%～81%,同时部分芳香族蛋白质的结构也发生了变化。

A^2/O—MBR工艺处理受污染河水的试验研究

利用A2/O—MBR(平板式)工艺进行北运河受污染河水净化试验研究,结果表明,进水有机负荷的改变对系统内CODCr、NH3—N和TN的去除影响很小,回流比的增加使得CODCr和TN的去除率提高约10%;受污染河水中溶解性有机物多且可生化性较差的特性影响了系统出水水质和膜污染速率,系统对DOC和UVA的去除率分别为77.3%和84.3%,对UV410的平均去除率达到99%;随着运行时间的延长,膜清洗周期逐渐缩短,混合液过滤性能的变化致使膜过滤阻力逐渐增加。

两段后置式BAF工艺处理高浓度生活污水的试验研究

采用两段后置式BAF工艺处理模拟高浓度生活污水,研究该工艺的去除效率以及运行条件对反应器去除效率的影响。试验结果表明,该工艺对高浓度生活污水具有良好的净化性能。在进水量为5L/h的条件下,反应器对CODCr、BOD5、NH3—N和TN的去除率分别为90%、96%、92%、70%,出水CODCr、BOD5、NH3—N和TN的平均值分别为56 mg/L、15 mg/L、5 mg/L和15 mg/L,都能够满足设计的水质标准。

生物强化滤池-O_3-BAC系统对微污染河水的深度净化研究

为提高生物滤池-臭氧氧化-生物活性炭滤池组合工艺系统对微污染地表水中主要污染物的去除效率,文章考察了生物强化条件下该组合系统的性能。利用PCR-DGGE技术进行各单元中微生物多样性对比分析,并采用生物毒性效应测试进行该项组合工艺出水水质的生态安全性考察。此外,通过显微镜和扫描电镜进行生物单元填料中微生物膜形态研究。结果表明:生物强化滤池单元中高效工程菌的添加有效改善了系统内微生物浓度低的问题并提高了系统对主要污染物的去除效率,生物强化滤池填料中微生物多样性指数和物种数均高于其他工艺单元。生物滤池中生物膜形态、颜色和厚度具有沿水流方向渐变的特点。原水经生物强化组合系统深度处理后可有效降低水中生物毒性,包括部分急性毒性特征物质和致癌风险值的削减。

模拟数字图像的制作方法

为了验证数字图像处理算法,尤其是图像配准算法的精度,常常需要制作模拟数字图像进行模拟实验。本文提出一种模拟数字图像的制作方法,通过对参考图像施加给定位移场函数得到变形后图像。该方法可以制作具有任意相对位移的图相对,可以为数字图像处理方法的精度验证提供有效的模拟实验手段。