平面光電極技術應用于沉積物微界面過程研究取



平面光電極技術應用于沉積物微界面過程研究取得進展

2016-11-11 南京地理與湖泊研究所

【字體:大 中 小】

語音播報

  沉積物微界面過程的發生大都是以微尺度體現的各種物理、化學和生物效應,二維原位研究手段是科學闡釋這些過程的關鍵。平面光電極技術(簡稱PO)是當前快速發展的一種新型原位、實時監測技術。PO基于熒光分析原理,通過將敏感的熒光指示劑附在平面基質上,在激發光源照射下,光敏物質與目標物相互作用并伴隨熒光信號(強度、壽命)變化,利用數字成像技術實時記錄其二維特征發射光譜,從而測量目標物的二維空間分布信息。該技術具有極高的靈敏度(高出傳統方法2~3個數量級),能夠攜帶多種光學特性參數如量子產率、激發波長、釋放波長、熒光壽命及熒光偏振等,可提供獨特的多路復用功能,具有非常優異的信號選擇性。此外,PO系統具有設備簡單、操作簡便、響應時間快(ns-s級)、重現性高等優勢。PO技術最早應用于醫學、生物科學、航空動力學及分子生物學等研究,近年來逐步引入到環境監測領域。

  在國家自然科學基金和中國科學院南京地理與湖泊研究所人才引進基金的資助下,南京地理所湖泊環境與工程研究室博士韓超在國內湖泊研究領域率先引入PO,研制出三種PO系統并成功應用于沉積物微界面過程研究。相關研究成果發表在Scientific Reports, Science of the Total Environment Water Research上面,取得主要研究進展如下:

  (1)構建新型CPIPA-PO系統,該系統具有較寬響應區間pH 7.5-pH 10.5、快速響應時間(t < 90 s)、高分辨率(22 μm)及良好抗干擾能力,可適用于堿性基質(沉積物、水體和土壤等)監測。利用該技術進一步研究了苦草光合作用對根際pH二維分布特征的影響(見圖1-I),結果表明苦草根際區域pH呈顯著異質性分布,光合作用會導致上覆水中pH > 9.0,而苦草根際分泌的小分子有機酸可以導致苦草根際區域pH降低0.3pH單位。

  (2)構建PtOEP-PO系統研究了苦草根系泌氧動力學過程,該研究從微尺度首次報道了苦草根際泌氧形式并且原位測量不同生長期苦草根系氧釋放通量變化(見圖1-II)。結果表明根際泌氧過程發生在整條根表面,根系氧的釋放量在靠近根基區域最為強烈而根尖最低;苦草36天生長期間根際泌氧通量為8.80 ± 7.32 to 30.34 ± 17.71 nmol m-2 s-1,顯著高于多數沉水植物,因此具備很強的環境適應能力;此外,研究還直接證實光照條件是控制苦草根際泌氧的重要控制因子。

  (3)構建新型復式傳感器(DOS)可同步、高分辨獲取沉積物微界面DO和活性磷釋放通量二維分布信息,利用DOS系統研究苦草根際界面DO和活性磷的同步變化特征(見圖1-III),結果表明苦草根際區域DO和活性磷通量二維分布特征具有明顯異質性且具有很好的同步性;苦草根際泌氧過程所形成的根際好氧層可明顯促進活性磷向非活性磷轉化。

  文章鏈接:

平面光電極技術應用于沉積物微界面過程研究取

 

1. 苦草根際pH (I), 根際泌氧(II)DO-P (III) 二維分布特征




上一篇:手記|一針清醒劑喚醒同路人
下一篇:兩性離子水凝膠培養人造血干細胞
贵州快3开奖结果