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【案例分享】Easysensor平面光极分析方法在重金属污染修复场景的案例分享

更新时间:2024-03-25   点击次数:63次

该设备利用光化学传感膜荧光成像原理,实时获取水体、沉积物-水微界面、水生动植物和土壤植物根际环境的DO、pH 以及 CO2等物理化学参数的二维分布及动态时空高分辨信息。

该设备适用于实验室模拟研究,测定时将光化学传感膜置于沉积物/土壤/植物根际与容器器壁之间,光敏物质与分析物相互作用并伴随荧光信号(强度、寿命)变化,利用数字成像技术(CMOS 相机)实时记录其特征发射光谱,最后通过软件分析将被测物的含量在时间和空间上的变化进行可视化呈现。

平面光极可以用于多种实用场景中,下面我们简单列举几个案例,例如:


JHM:超积累植物李氏禾根际O2动力学和金属增溶的高分辨率成像

研究背景:

植物修复技术(phytoremediation)是一种环境友好、成本低廉的重金属污染土壤原位修复技术,应用潜力强大。李氏禾(Leersia hexandra Swartz)是我国境内初次发现的铬超富集植物,能将高毒性的Cr(VI)转化成低毒性的Cr(III)并积累在植物的茎和叶片中,是铬污染土壤修复的优质植物材料。为了能更好地将李氏禾应用于生产实践,还需要对李氏禾生理生化机制进行深入研究。相关研究表明植物根系泌氧能通过改变土壤氧化还原电位、促进根部铁膜形成和调控不同功能的微生物在根际发挥作用等方式影响植物对重金属的吸收。因此研究重金属处理下超富集植物根系泌氧的变化规律对阐明超富集机制具有重要意义。


►►►平面光极的应用

由于土壤中的根–土界面、土–水界面存在大量的物质交换和能量流动,使土壤性质在微小区域内也存在显著的差异性,因此利用原位高分辨技术来揭示植物修复的根际效应和作用机理尤为重要。本研究采用平面光极技术(PO)、薄膜扩散梯度技术和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱技术,研究了铬(Cr)胁迫下水下超富集植物李氏禾根际O2和微量金属的分布。随着光照强度、空气湿度和大气CO2浓度的增加,根际O2浓度和氧化面积显著增加(p < 0.05)。O2浓度先随环境温度升高而升高,而后随温度升高而降低。Cr胁迫下根际O2浓度显著降低(p < 0.05),对环境温度变化的响应时间延长。Cr胁迫导致As、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Mo、Ni、Sb、V、W、Zn在根际的迁移率降低,且与O2浓度呈负相关。这些结果为超积累植物根系诱导的O2浓度变化在控制土壤微量金属迁移中的作用提供了新的认识。

He et al., J Haz Mat., 2023

根际O2、PH和多种金属的二维分布


STE:掩蔽与生物化学氧化相结合的原位覆盖技术对沉积物修复过程中重金属迁移和形态的影响

研究背景:

镧改性膨润土(LMB)和硝酸钙(CN)的覆盖和氧化具有清除深层磷(P)/砷(As)和阻断表层P和As的双重作用。然而,关于LMB和CN对重金属影响的资料很少。

►►►平面光极的应用

在本研究中,假设LMB和CN对重金属的协同作用与P和As相同,通过Rhizon采样器、薄膜扩散梯度技术(DGT)和平面光极(PO)方法验证了这一假设。结果表明,LMB和CN单独或联合处理能使沉积物-水界面溶解氧(SWI)逐渐降低,但最终导致界面DO增加。CN和LMB+CN处理实验中,在覆盖了30天后,表层110 mm沉积物中DGT有效态的硫化物、80 mm表层沉积物中可溶性Fe(II)和DGT有效态Fe(II)均大大降低。在CN和LMB + CN组中观察到可溶性Fe, Mn, Co和DGT有效态Mn, Co, Cu和Ni短暂急剧增加,这可能是由于硫化物氧化和碳酸盐溶解造成的。


Lin et al., Sci Total Envion., 2023

LMBCN和LMB+CN组处理前后沉积物-水界面DO的变化


平面光极技术的应用远不止此,因篇幅有限不能一一呈现,如您有更好的方案和想法,可以联系文末下方客服,与我们共同探索和开发平面光极技术在更多领域的应用~