用X射线吸收近边结构谱研究大气颗粒物中元素的种态

大气颗粒物中元素的种态研究,对评价其毒性和污染来源等有很重要的意义。本工作采集了不同地点和不同粒径的大气颗粒物样品,测定了样品中铬、锰、铜和锌的X射线吸收近边结构(XANES)谱,利用该谱分析了这些元素在颗粒物中的种态。结果显示,所采集的样品中铬主要以三价形式存在,锰主要以二价形式存在,铜也以二价形式存在,而锌主要以硫酸盐存在。用质子激发X射线荧光(PIXE)法测定了这些元素在样品中的浓度,观察到不同采样点和不同粒径的颗粒物中金属含量的差别,但未看到种态的这种变化。

无电解镀镍磷非晶态合金的近边结构研究

用ＤＴＡ、ＸＲＤ和ＥＸＡＦＳ方法研究无电解镀镍磷合金层结构。其中含Ｐ１０％（重量百分比）左右的Ｎｉ－Ｐ合金层是非晶态合金固溶体，Ｎｉ、Ｐ之间存在共价键作用，Ｎｉ—Ｎｉ键长０．２５ｎｍ；Ｎｉ—Ｐ键长０．２８ｎｍ；经４００℃热处理１ｈ后的含Ｐ１０％的Ｎｉ－Ｐ镀层是Ｎｉ３Ｐ晶态与Ｎｉ－Ｐ非晶态的混合物。ＥＸＡＦＳ方法给出了镍磷合金层的结构、键长和配位原子情况，体现出ＥＸＡＦＳ方法在研究金属结构尤其是非晶态金属结构方面的优越性。

Al_2SiO_5多型矿物中铝的K边X射线吸收近边结构研究

Ａｌ２ＳｉＯ５多型矿物中铝的Ｋ边Ｘ射线吸收近边结构研究李迪恩彭明生（中山大学宝石矿物材料研究所，广州５１０２７５）关键词铝硅酸盐配位Ｘ射线吸收近边结构在铝硅酸盐矿物中，Ａｌ通常为四面体和／或八面体配位，但在红柱石中Ａｌ也可为五次配位，因此，在铝硅酸盐...

微束X射线荧光和X射线吸收近边结构谱分析云南某铅锌矿区苔藓中铅的分布和形态

苔藓对重金属胁迫具有良好耐受性和一定的积累能力。本研究采集并测定了铅锌矿区苔藓和苔下土壤中重金属元素含量,利用微束X射线荧光光谱(Micro-X-ray fluorescence spectrometry,micro-XRF)测定了苔藓中重金属元素的分布,采用X射线吸收近边结构(X-ray absorption near edge structure,XANES)分析了苔藓中Pb的元素形态。研究表明,矿区苔藓具有较强的Pb、Zn、Cd、As积累能力,Pb和Zn最高含量可达1.06和1.23 mg/g,Cd和As最高含量可达30.5和13.2μg/g。苔藓地上部(尤其是新生组织)是苔藓吸收并积累重金属的主要部位;矿区采集的小灰藓和匍枝青藓中部分金属元素分布规律不同,反应了不同苔藓种属对金属元素的吸收、积累和耐受机制的差异。XANES结果显示,Pb在小灰藓中主要以Pb_3(PO_4)_2形态存在(约78%),表明生成Pb_3(PO_4)_2沉淀可能是苔藓对Pb的耐受机制之一。

同步辐射X射线吸收近边结构光谱技术在磷素固相形态研究中的应用

固相形态磷是控制环境中磷素生物可利用性、迁移流失能力的重要形态.基于同步辐射光源的X射线吸收近边结构(XANES)光谱技术可在分子水平上识别目标元素周围的局部化学信息,在非破坏性、原位直接表征等方面体现出其独特的优越性,成为表征化学物质存在形态和阐明化学反应微观机制的前沿技术之一,在环境化学领域中得到了广泛关注.本文简述了磷的XANES的基本理论,综述了XANES技术在矿物、土壤及有机肥中磷素固相形态研究中的应用进展,并分析了该技术应用在环境介质中磷形态表征中所面临的挑战及发展趋势,指出XANES技术应与其他微观光谱技术及宏观试验方法有机结合,多种表征技术取长补短,以期为环境介质中磷素形态表征及转化机制研究提供全面有效的技术支撑.

应用X射线吸收近边结构谱研究东北农耕土壤中的氯种态及含量

建立了应用X射线吸收近边结构谱(XANES)测定土壤中氯种态及含量的方法并应用该方法对东北地区3种典型农耕土壤(黑土、沼泽土和暗棕壤)进行了分析.本研究以氯化钠、3-氯丙酸以及氯酚红这3种模型化合物谱图作为标准谱图,采用最小二乘法拟合进行定性分析,用一系列不同浓度氯化钠标准谱在2854.80 eV的绝对荧光强度和氯元素浓度线性关系做定量总氯浓度.方法检出限为2 mg·kg-1,相对标准偏差为0%~5%(n=5),回收率为77%~133%.结果表明,研究区土壤总氯含量均值为19 mg·kg-1,其中有机氯平均相对含量高达61%,是无机氯浓度的1~2倍.不同类型土壤中总氯、无机氯和有机氯含量趋势皆为:沼泽土>暗棕壤>黑土.结果表明,XANES法可以无损、全面地测定真实土壤样品中的氯种态及含量,将为进一步研究氯素的地球化学循环提供一定的基础数据.

基于M壳层辐射的Si K边X射线吸收近边结构谱实验研究

基于纳秒高功率激光辐照高原子序数靶材产生的等离子体M壳层X射线辐射,利用椭圆柱面晶体谱仪进行薄膜单晶Si样品的K边X射线吸收近边结构谱(XANES)静态实验研究;通过详细介绍实验方案,分析椭圆柱面晶体谱仪的原理,得到谱仪的位置-能量色散关系,并对Au、Lu、Yb、Dy、Ta、Co这6种靶材产生的等离子体X射线光谱进行比较。结果表明:通过比较这6种靶材产生的等离子体X射线光谱后发现,在Si的K边(1839eV)附近,Lu、Yb、Dy靶材的激光等离子体M壳层辐射相对其他几种靶材具有较高的光谱亮度,对应的XANES的信噪比较好;实验获得的XANES与FEFF9.0软件计算结果基本符合,验证了单发获得的静态实验数据是可靠的。

利用X射线吸收近边结构光谱(XANES)研究水泥窑共处置产品中Ni和Cd的微观组成

在模拟水泥窑中高温煅烧掺有Ni、Cd化学试剂的水泥生料,并由制取的水泥熟料制备水泥净浆片.利用X射线吸收近边结构光谱(XANES)对水泥窑共处置产品中Ni、Cd的微观组成进行了研究.结果表明:Ni在水泥窑煅烧过程中发生了较为彻底的化学变化,形成了Ni-Mg化合物,该化合物可能是以氧化物、氢氧化物或碳酸盐的形式存在;水泥净浆中Ni的存在形态和水泥熟料中基本相同,表明水化过程对Ni的形态影响较小;水泥净浆中存在的Cd化合物及其比例分别为:CdSO442.4%,CdO40.4%,CdCO317.1%;Cd化合物在水泥净浆中可能以吸附、包容等方式存在于Ca(OH)2晶体中,较难浸出.

X射线吸收精细结构谱在材料科学中的应用

简单介绍了X射线吸收精细结构谱的物理基础,数据处理方法,讨论了X射线吸收精细结构谱在元素组成,价态和结构环境方面的分析结果。结果显示,在钠钙硅酸盐平板玻璃中,二价铁离子和三价铁离子同时存在。在Ag-Na离子交换后,二价铁离子被银离子氧化成三价铁离子。当Ti2O3和锐钛矿被分别掺入硼硅酸盐玻璃后,钛离子主要以四价存在,Ti4+离子占据五重配位点。在玻璃中同时掺入锐钛矿和还原剂C,诱导三价钛离子生成,三价钛离子占据八面体配位点,使得Ti K边预边峰高度降低。包裹在钠钙硅酸盐玻璃中的银纳米颗粒界面存在张应力,使得银晶格膨胀,银原子存在两种结构环境:Ag-O配位和Ag-Ag配位。孤立银原子的存在,使得最近邻Ag-Ag配位数显著降低。

石油沥青质含硫结构的XANES导数光谱研究

采用X射线近边结构谱(XANES)研究沥青质中硫的存在形态,针对沥青质的未知复杂混合体系特性,采用高阶导数谱图分析方法,提高XANES的分辨率,准确分析沥青质中硫的存在形态;采用反正切和高斯函数分峰拟合、定量解析谱图,针对不同氧化态硫3p轨道空余状态不同引起1s→3p跃迁几率不同,提出峰面积修正因子,以准确分析体系中各形态硫的相对含量。结果表明,石油沥青质中硫主要存在形式为硫醚、噻吩、亚砜、噻吩砜和硫酸酯,常减压渣油沥青质中基本不含硫醚。

高压下天然菱铁矿的压缩性和电子结构研究

采用同步辐射光源和金刚石对顶砧（DAC）技术,对天然菱铁矿的压缩性和电子结构进行了原位X射线衍射（XRD）和X射线吸收近边结构谱（XANES）测试研究。在室温下随着压力逐渐升高至50.2 GPa,菱铁矿保持方解石型结构不变,但是逐渐向Na Cl型结构转变;刚性[CO3]^2-基团平行于ab-平面定向排列使c轴的压缩性大于a轴。菱铁矿在44.6～47.1 GPa之间发生电子由高自旋态（HS）向低自旋态（LS）的转变,表现为体积塌陷8%。HS菱铁矿的等温状态方程参数为K0=112（5）GPa和K＇0=4.6（3）。首次采用XANES技术对菱铁矿中Fe^2＋的电子结构进行了研究,结果表明：随着压力升高至37.3 GPa,Fe^2＋的配位和局域对称并未发生明显变化;此后电子结构开始转变,Fe^2＋的3d轨道分裂能降低,电子跃迁概率增大,呈现LS特性。

含酯基苯并噻唑衍生物的摩擦膜及热膜化学结构

制备了两种苯并噻唑衍生物2-苯并噻唑基-巯基硫代乙酸正辛酯(MBTT)和2-苯并噻唑基-巯基乙酸正辛酯(MBTA),并用元素分析和核磁共振谱表征其分子结构.用X光吸收近边结构谱(X-ray absorption near edge structure,XANES)全面地分析了杂环化合物在矿物油和菜籽油中所形成的摩擦膜和热膜的化学态.分析结果表明,在矿物油中,添加剂MBTT和MBTA摩擦反应生成的摩擦膜主要由FeS2组成,而菜籽油中,两种添加剂摩擦反应生成的摩擦膜由FeSO4组成;在两种基础油中,两种添加剂生成的热膜都是由FeSO4组成的.

Cu/LiF团簇基多层纳米膜的结构研究

用蒸发／冷凝方法制备Ｃｕ／ＬｉＦ团簇基多层膜，用广延Ｘ射线吸收精细结构（ＥＸＡＦＳ）和慢正电子束进行研究。与相应的体材料相比，虽然未发现Ｃｕ－Ｃｕ键长有明显收缩，但其配位数减少，结构无序性增加。同时，讨论了制备条件对其微结构的影响。

X射线吸收谱研究碳纳米管内Rh-Mn纳米粒子结构的变化

利用X射线吸收谱技术研究了负载于多壁碳纳米管内的Rh-Mn纳米粒子在不同气氛和温度下的结构.结果表明,Rh-Mn粒子在空气中是由氧化铑团簇和混合锰氧化物组成.经过氢气在300°C下还原后,混合锰氧化物种转化成MnO.而氧化铑团簇在He气氛下当温度达到250°C时就会发生分解而形成金属铑团簇.对形成的铑团簇用H2或CO进行热处理,发现其分散性随温度升高而提高;同时,X射线吸收谱实验没有观察到Mn和Rh之间存在显著的相互作用,助剂Mn的主要作用是提高了Rh的分散性.

近三十年农田土壤磷分子形态的研究进展

农田土壤磷的赋存形态决定迁移、转化及归趋过程,单单通过全磷或有效磷含量并不能全面、准确、长效地评估土壤磷的养分供应能力和生态环境风险,探索可持续的农田磷素管理措施迫切需要能够科学表征、准确认识土壤磷形态。随着分析测试技术发展,农田土壤磷形态领域经历了以传统连续提取法为主的分级组分研究,到目前基于先进光谱技术的分子形态研究的发展历程。液相磷-31核磁共振技术(P-NMR)、基于同步辐射的X射线吸收近边结构谱技术(P-XANES)是当今土壤磷分子形态表征的主流技术,分别促进土壤多种有机磷和无机磷(铁磷/钙磷/铝磷)分子形态的有效识别。借助Histcite软件进行引文网络分析,梳理了近三十年(1990—2019年)土壤磷分子形态研究发展历程中具有重大借鉴意义的关键性成果,基于此综述了该领域的发展脉络,归纳发现农田土壤磷分子形态研究最初主要借助P-NMR技术侧重有机磷分子形态表征,而后过渡至与同步辐射XANES以及X射线微探针技术相结合,实现了土壤磷分子形态的全面认识。最后,对多谱学技术联用推动土壤磷分子形态研究的发展趋势进行了展望。

芹菜根细胞的超微结构与铅形态特征分析

植物细胞是植物响应重金属胁迫的重要生化反应场所,探索细胞层级中铅(Pb)的分布与形态转化是揭示有害元素对蔬菜毒性作用机理的重要途径。本研究以芹菜为例,利用能量色散透射电子显微镜(TEMEDS)和X射线吸收近边结构谱(XANES)技术,考察了Pb胁迫后芹菜根细胞的超微结构、元素分布和形态转化。研究发现,Pb胁迫显著改变了芹菜根细胞的超微结构,导致胞间间隙加大、细胞壁增厚和质膜变糙;芹菜根、茎和叶对Pb具有显著且不同的形态转化功能,可将无机铅(Pb(NO_3)_2)转化为有机铅形态;芹菜根细胞中62.7%的Pb以Pb_5(PO_4)_3Cl形态沉积在根细胞壁,根和茎中有机铅(Pb(Ac)_2·3H_2O)约占34.4%~37.3%,叶中总有机铅(Pb(C_(17)H_(35)COO)_2和Pb(Ac)_2·3H_2O)占63.3%。结果表明,芹菜细胞的Pb-磷酸盐来源于植物体的生物合成,而非外界根际环境,芹菜根际环境的Pb能够以Pb-Ac的络合物形式进入根细胞,一部分转化成Pb_5(PO_4)_3Cl沉积于细胞壁,实现Pb的解毒和耐受,少部分经茎长程运输至叶片以Pb-大分子有机酸/磷酸盐的形式贮存。

利用橄榄石中的钒研究洋中脊玄武岩的氧逸度

氧逸度是控制变价元素地球化学行为和岩浆去气过程中挥发分行为的关键参数。因此,了解洋中脊玄武岩(MORB)的氧逸度有助于约束大气和地慢化学演化过程。迄今为止,诸多手段可用于研究玄武岩氧逸度,如针对Fe在玄武岩熔体中价态变化的分析、V在橄榄石-玄武岩之间的分配系数、全岩V/Sc变化和锆石Ce异常等。其中,Fe的X射线吸收近边结构(Fe-XANES)因其高精度和空间分辨率而得到重视。全球MORB的Fe-XANES分析结果显示其氧逸度分布范围是FMQ-0.18士0.16。然而,一旦玄武岩经历较强的风化蚀变、变质作用,Fe-XANES便未必能够给出可靠的分析结果。

不同施肥处理对水稻根表铁和砷形态的影响

采用XAFS研究盆栽试验砷污染土壤中添加不同肥料后,苗期水稻根表铁膜和砷的矿物学特征.Fe的K边EXAFS谱表明,铁膜主要由2-line水铁矿组成,还有少部分针铁矿和赤铁矿等晶体矿;As的EX-AFS谱显示,除了KNO3和K2SO4处理外,其余处理的铁膜中砷以三价砷为主.KNO3处理显著减少了水稻根表铁膜的形成,而且抑制了水稻对砷的吸收.不同的肥料可以影响铁膜中砷的存在形态.

塔河常压渣油沥青质含硫官能团形态与其性质的关系研究

以塔河常压渣油为原料,分离正庚烷沥青质,并将正庚烷沥青质分成三个极性不同的亚组分。测定沥青质亚组分的平均偶极矩,利用1H-NMR谱关联得到沥青质平均结构参数以分析沥青质亚组分缔合性质,采用X射线吸收近边结构谱(XANES)表征沥青质亚组分中含硫官能团形态,分析硫原子存在形态对沥青质性质的影响。结果表明,随着沥青质亚组分极性降低,H/C原子比增大;沥青质极性增加,缔合性增强;沥青质中还原态硫主要以噻吩硫形式存在,其次为硫醚;亚砜、砜和磺酸盐是主要的含氧硫化物。噻吩、砜和磺酸盐等官能团的存在对沥青质性质具有影响,但对沥青质极性及缔合性的影响不明显,杂原子硫不是影响沥青质极性和缔合性的主导因素。

3种典型能量代谢菌浸出黄铜矿及其硫形态的转化

比较了3种典型嗜中温铁/硫代谢菌——Acidithiobacillus ferrooxidans、Leptospirillum ferriphilum及Acidithiobacillus thiooxidans单独及混合浸出黄铜矿过程中细菌硫氧化、铁氧化情况。同时利用XRD、硫的K边X射线吸收近边结构光谱(XANES)等分析手段研究3种细菌单独/混合浸出黄铜矿过程中矿物组成成分和矿物表面硫的形态变化。结果表明:在浸出初期电位低于400 mV(vs SCE)时,黄铜矿的浸出速率较快,此后电位迅速升高至540 mV,黄铜矿浸出速率明显变慢。混合菌浸出时体系的硫/铁氧化活性较单一菌高,根据XANES拟合分析发现,混合菌浸出时矿物表面元素硫及黄钾铁矾积累量明显减少,浸出初期辉铜矿产量明显高于单一细菌浸出的。