沉積物中的重金屬元素經(jīng)自然作用下可以活動態(tài)進行遷移,具有潛在生物可利用性及潛在的區(qū)域生態(tài)風險。利用近紅外光譜（NIRS）技術開展不同基體類型樣品響應機理研究,可為評估重金屬活動態(tài)提供無損、快速的分析方法,為生態(tài)風險研究提供依據(jù)。天津七里海瀉湖濕地沉積物具有低有機質-高黏土含量的特征,本文基于近紅外光譜分析技術,建立了沉積物中Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb重金屬活動態(tài)組分含量近紅外光譜-偏最小二乘回歸預測模型。實驗結果表明:樣品在7290～6390cm^-1和4683～4000cm^-1波段存在的雙羥基O—H伸縮振動、AlAl—OH及Al（Mg）—OH彎曲振動特征吸收,間接指示了重金屬元素活動態(tài)含量。光譜預測結果顯示,近百年來七里海沉積物中Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb活動態(tài)組分的變化特征對應了當?shù)?934—1948年、1956—1963年、1976年至今三次較明顯的升溫過程,也對應了1980年七里海水庫建設等大型人為擾動。本研究樣品中Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb總量及活動態(tài)均低于國家標準中規(guī)定的生態(tài)風險閾值,七里海內(nèi)村鎮(zhèn)及周邊農(nóng)田來... 

【文章來源】：巖礦測試. 2020,39(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

均一化預處理對Co校正模型的優(yōu)化:(a)未采取均一化;(b)經(jīng)過MSC處理

隨著學術界對元素賦存形態(tài)及其地球化學行為等研究的關注,開展對Cu、Zn、Cd、Pb等具有生態(tài)效應的重金屬元素的分析方法及應用研究,已成為環(huán)境地球化學領域研究熱點[8-10]。在實驗室內(nèi),模擬自然條件利用單一或絡合試劑可將金屬元素活化、釋放,并分別利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜/質譜儀、原子吸收光譜儀等測定各組分含量,基于順序提取的概念,活動態(tài)對應了弱酸提取態(tài)、少部分鐵錳氧化物結合態(tài)和有機質結合態(tài),并與弱酸提取態(tài)顯著正相關[11-15]。近紅外光譜(Near Infrared Spectroscopy,NIRS)技術伴隨著化學計量學的發(fā)展,在環(huán)境分析領域得到了廣泛應用。Dalal等[16]探索了利用NIRS對土壤中水分、有機碳、氮含量的預測,后續(xù)Grzegorz等[17]針對礦山、工廠等高背景地區(qū)周邊土壤、農(nóng)業(yè)種植區(qū)及大型城市周邊土壤,開展了對Cd、Pb、Zn、Ni、Cu等重金屬元素總量的預測,通過適宜光譜波段及建模回歸方法的討論,得到了滿足環(huán)境監(jiān)測及風險評估需求的結果(R>0.7)。Malley等將研究對象拓展至富營養(yǎng)湖泊及河口沉積物等,研究推動了NIRS技術對湖泊相、河相及海洋沉積物的適用性[18-21]。我國學者也開展了農(nóng)用土壤、極地湖泊沉積及生物質沉積樣品中重金屬總量的光譜反演,對于不同元素預測效果不盡相同[22-24]。Xia等[25-26]對長江流域土壤及河床沉積物中Cd元素總量進行了光譜預測(R>0.81),并討論了鐵錳氧化物及有機質對Cd不同提取態(tài)的相關性,為探索光譜預測機理、認識長江流域生態(tài)風險現(xiàn)狀提供了有效參考�；谟袡C質對重金屬元素存在吸附作用這一理論基礎,已有研究提出的方法適用范圍限于高有機質含量(Corg>3mg/g)、高背景區(qū)、顏色變化范圍較窄的樣品,且研究指標集中于重金屬元素總量,而基于近紅外光譜開展對重金屬元素活動態(tài)的研究較少。因此,開展NIRS對不同基體類型樣品重金屬活動態(tài)的預測應用及響應機理研究,將為討論重金屬的生態(tài)效應提供更直接的依據(jù)。

采用相關系數(shù)、校正標準差(SEC)、預測標準差(SEP)等參數(shù)對光譜預測模型能力進行評估。以Co和Zn的校正模型為例,對比了均一化處理前后及采取不同基線校正方法校正結果的差異(圖2、圖3)。對比結果表明,采用適宜半寬值平滑、MSC-二階導處理有效提高了校正模型的擬合效果,可以進行下一步的模型預測。為后續(xù)討論NIR預測重金屬元素的機理,同時列出了在相同建模方法下每種活動態(tài)元素對應的元素總量結果,總量提取方法遵循“氫氟酸-高氯酸-鹽酸-硝酸”四酸法結合過氧化氫進行充分消解。表1中的數(shù)據(jù)顯示各元素的活動態(tài)和總量PLSR校正模型的擬合結果較好地對應了化學測定值(R c 2 >0.6),同時各元素活動態(tài)組分擬合結果普遍優(yōu)于同元素總量擬合結果�？梢哉J為,活動態(tài)是NIRS預測重金屬元素的主控組分,其含量變化范圍相對較窄,受樣品基質影響較大,直接影響了NIRS對重金屬元素的預測效果。

【參考文獻】：
期刊論文
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