一种土壤胶体中复合污染物的可视化检测方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种土壤胶体中复合污染物的可视化检测方法及其应用。其中所述检测方法包括通过高分辨率纳米二次离子探针质谱仪对负载于载体上的土壤胶体进行检测。本发明专利技术的检测方法过程简单，可同时检测土壤中的多种污染组分，检测精度高、分辨率高，检测结果形象直观。

【技术实现步骤摘要】
一种土壤胶体中复合污染物的可视化检测方法及其应用
本专利技术涉及污染物检测

技术介绍
重(类)金属和有机污染物复合污染带来的重大生态环境问题日益凸显，已成为影响人类健康、经济社会可持续发展的瓶颈因素，引发社会广泛关注，同时也成为科研热点问题。2014年国家环保部和国土资源部公布的全国土壤污染状况调查公报显示，我国土壤的点位超标率高达16.1％，其中82.4％是由重(类)金属所造成。另一方面，有机污染物，如有机农药、酚类、合成洗涤剂等也是目前环境中普遍存在的主要污染物之一，由于其化学性质稳定、难降解或者降解后的次级产物对环境依旧有毒害作用，这些污染物的残留和危害仍然十分严重。矿物和有机质是土壤的重要组分，也是重(类)金属和有机污染物的主要吸附位点，对重(类)金属和有机污染物的迁移转化具有重要作用。土壤水分散胶体是土壤中的主要活性组分，也是重(类)金属和有机污染物的重要载体。因此，明确土壤水分散胶体中重(类)金属和有机污染物的空间结构特征和吸附位点可以为土壤重(类)金属和有机污染物的污染效应、环境风险评估和修复技术提供重要科学依据。现有技术中，已经有一定的对于土壤中污染物的可视化方法。例如，在专利CN105606690A中公开了一种基于DGT/LA-ICP-MS的沉积物中空隙水金属元素微区分布的可视化方法。虽然该方法能对多种金属元素的有效性进行分析，并能获得高质量的金属元素化学图像，但该方法却难以同步有效测定多种重(类)金属和有机污染物的总量。或如，专利CN104122260A中公开了同步辐射傅里叶变换红外显微成像技术结合微聚焦荧光显微成像技术可视化土壤微团聚体(粒径在50-800μm之间)中溴代有机污染物微区分布及相关影响因素信息。但是，由于红外光谱的非元素特异性和微聚焦荧光显微成像技术的检测限(>50ppm)不足等问题，同步辐射显微技术并不适合研究亚微米尺度的土壤胶体组分中较低浓度的重(类)金属和有机污染物的结合位点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可对土壤胶体中的多种重金属和/或类金属及有机污染物的空间分布特征及结合位点进行准确高效检测的方法。本专利技术的目的还在于提出该检测方法的一些应用方法。本专利技术首先提供了如下的技术方案：一种土壤胶体中复合污染物的可视化检测方法，其包括：通过高分辨率纳米二次离子探针质谱仪对负载于载体上的土壤胶体进行检测。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述土壤胶体的提取包括：向风干后的土壤样品中加入蒸馏水，得到水土混合物；在恒温条件下对所述水土混合物进行震荡，得到其悬浊液；将所述悬浊液进行离心处理，获得沉积物。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述土壤胶体为经水稀释、负载、喷金及剥蚀处理后得到的土壤胶体，其包括以下制备过程：通过蒸馏水稀释所述沉积物，得到沉积物稀释液；将所述沉积物稀释液滴加至所述载体表面；待滴加后的沉积物稀释液风干后，在其表面进行喷金处理，得到含有喷金层的负载体；在所述负载体进行检测前，通过铯源对其进行表面剥蚀并去除喷金层。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述蒸馏水稀释中的稀释倍数为20-50倍。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述喷金层的厚度为9-11nm。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述水土混合物中土壤样品的质量与加入的蒸馏水的体积的比、即混合物的固液比为1：3-7，优选为1:5。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述恒温为25-30℃。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述震荡的速率为1500-200rpm。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述震荡的时间为6-10小时。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述离心处理的离心力为2400-2600g。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述离心处理的离心时间为5-7分钟。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述载体为经过减薄处理的铝金复合载体，所述土壤胶体负载于金表面。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述复合载体的制备包括：将金箔片压制到具有平整上、下表面的铝钉的上表面上；通过离子减薄处理使压制在铝钉上的金箔表面平整。上述实施方式中，所述上、下表面仅用于表示两个具有相对位置的表面，并不限定其具体位置，即其后所述“上表面”仅用于表示两个表面中任一个会直接与样品接触的表面。所述铝钉可为具有平整上、下表面的圆柱形、棱柱形、梯台形或其他复合或不规则形态等。所述金箔片在压制到铝钉上表面后可完全或部分覆盖铝钉上表面。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述金箔片的厚度为0.3-0.7毫米。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述铝钉为直径0.5英寸的圆柱形。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述金箔片为圆形金箔片，其直径为圆柱形铝钉直径的1/3～1/2。根据本专利技术的一些优选实施方式，压制于所述铝钉上表面后的金箔的厚度为0.1-0.3毫米。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述离子减薄的电流密度为10mA/cm2，离子减薄效率为4μm/小时，减薄时间为3小时。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述检测中：纳米二次离子探针质谱仪的样品扫描区域为28-32μm，分辨率为256×256像素，每像素的停留时间为5-10毫秒。在上述优选实施方式下，测量的最大元素与最小元素的质量比可达到22，每样品用时约为30分钟。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述检测包括：以28Si-作为硅酸盐黏土矿物的特征质谱信号获得土壤中硅酸盐黏土矿物的空间分布图像，以56Fe16O-作为铁氧化物的特征质谱信号获得土壤中铁氧化物的空间分布图像，以12C14N-作为有机质的特征质谱信号获得土壤中有机质的空间分布图像，以79Br-作为有机污染物的特征质谱信号获得土壤中有机污染物的空间分布图像，以75As16O-作为类金属的特征质谱信号获得土壤中类金属的空间分布图像，以208Pb-作为重金属的特征质谱信号获得土壤中重金属的空间分布图像。本专利技术进一步公开了上述可视化检测方法的一种应用，其包括：通过所述可视化检测方法检测具有复合污染物的土壤中含有的各污染物组分。根据本专利技术的一些优选实施方式，所述应用还包括获得所述污染物组分在土壤中的分布图像。本专利技术具备以下有益效果：本专利技术通过高分辨纳米二次离子探针质谱仪(NanoSIMS)对土壤胶体进行检测，具有高空间分辨率、高灵敏度、高传输效率等优点，可同时分析复合污染物中的多种具体组分，在一些具体实施方式中，其通过与空间分辨率达50nm、元素分布图像灵敏度达ppm级的铯离子源(Cs+)配合，可形象直观地得到高精确性、在亚微米尺度高可视化的不同污染组分的空间分布特征及其在土壤胶体中的结合位点，在一些具体实施方式中，本专利技术的检测方法通过铝金复合载体结合离子减薄处理，通过高分辨纳米二次离子探针质谱仪，可同时检测场地土壤中硅酸盐黏土矿物、铁氧化物、有机质、重金属、类金属及有机污染物等，且其空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种土壤胶体中复合污染物的可视化检测方法，其包括：通过高分辨率纳米二次离子探针质谱仪对负载于载体上的土壤胶体进行检测。/n

【技术特征摘要】
1.一种土壤胶体中复合污染物的可视化检测方法，其包括：通过高分辨率纳米二次离子探针质谱仪对负载于载体上的土壤胶体进行检测。


2.根据权利1所述的可视化检测方法，其特征在于：所述土壤胶体的提取包括：
向风干后的土壤样品中加入蒸馏水，得到水土混合物；
在恒温条件下对所述水土混合物进行震荡，得到其悬浊液；
将所述悬浊液进行离心处理，获得沉积物。


3.根据权利2所述的可视化检测方法，其特征在于：所述土壤胶体为经水稀释、负载、喷金及剥蚀处理后得到的土壤胶体，其包括以下制备过程：
通过蒸馏水稀释所述沉积物，得到沉积物稀释液；
将所述沉积物稀释液滴加至所述载体表面；
待滴加后的沉积物稀释液风干后，在其表面进行喷金处理，得到含有喷金层的负载体；
在所述负载体进行检测前，通过铯源对其进行表面剥蚀并去除喷金层。


4.根据权利要求3所述的可视化检测方法，其特征在于：所述处理中所述稀释的倍数为20-50倍；和/或所述喷金层的厚度为9-11nm。


5.根据权利要求2所述的可视化检测方法，其特征在于：所述提取中，所述水土混合物中土壤样品的质量与加入的蒸馏水的体积的比、即混合物的固液比为1：3-7；和/或所述恒温为25-30℃；和/或所述震荡的速率为1500-200rpm；和/或所述震荡的时间为6-10小时；和/或所述离心处理的离心力为2400-2600g；和/或所述离心处理的离心时间为5-7分钟。


6.根据权利1所述的可视化检测方法，其特征在于：所述载体为经过减薄处理的铝金复合载体，所述土壤胶体...

【专利技术属性】
技术研发人员：余光辉，孙富生，王苗苗，王翔，常乐，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12