重金属是土壤中最具代表性的污染物之一, 重金属的赋存形态直接关系到其生理毒性和迁移行为, 是重金属污染研究的重要方向。 重金属形态与环境条件关系密切, 鉴于土壤系统的高度复杂性, 相近条件下的重金属形态转化行为也可能不尽相同。 相关研究目前尚未有统一定论, 成为有待验证的理论问题。 在实验了解秸秆腐殖化DOM性质 (紫外光谱、 三维荧光光谱和红外光谱) 的基础上, 借助Tessier连续提取-AAS法分析DOM作用下铅的形态转化规律, 据此建立溶解性有机碳 (DOC) 与有机结合态铅的线性关系, 并辅以FTIR明确DOM官能团对铅形态转化的贡献。 结果发现: DOM紫外吸收主峰位于229 nm处, 荧光组分集中于λex/em=250/350 nm, λex/em=250/450 nm和λex/em=330/450 nm区域, 归属为紫外区类富里酸和可见光区类腐殖酸荧光峰。 DOM的官能团组成比较复杂, —OH, CO, N—H等振动峰比较明显。 DOM能够影响黄土铅的赋存形态, 其存在有助于降低可交换态、 铁锰氧化态和残渣态铅含量, 但对碳酸盐结合态铅含量影响甚微。 DOC含量与有机结合态铅含量正相关(r=0.691 8), 表明DOM可以有效络合铅离子;DOM中的—OH, CO, —COOH等基团对铅离子的形态转化具有关键作用。

土壤重金属污染已成为人类面临的共同挑战, 典型的重金属污染场地包括金属矿山、公路沿线、工业集中区、农业耕地等。对于事关农业安全生产的大农区, 土壤超量重金属往往导致农产品品质下降甚至使用价值丧失, 由此造成的经济损失不可估量。实际上, 农作物体内累积重金属量与土壤“活性”重金属关系更加密切, 这部分重金属主要以可交换态存在, 在一定条件下能够与碳酸盐结合态、Fe-Mn氧化态、有机结合态和残渣态相互转换。因此, 明确土壤条件对重金属有效性的作用规律, 有望从源头上降低重金属对农作物的污染风险。基于前期研究成果, 以华中大农区酸性网纹红土为检测对象, 采用Tessier连续提取-原子吸收光谱法(AAS)揭示不同条件对红土Pb形态转化的非生物调控机制。结果表明: 红土样品Pb总量为32.56 mg·kg-1, 低于《土壤环境质量标准》一级标准推荐值, 但比全国土壤Pb平均含量要高。不同形态Pb含量分布为残渣态>Fe-Mn氧化态>有机结合态>碳酸盐结合态>可交换态, 其中残渣态Pb占Pb总量的54.55%。红土pH值通过改变无机胶体和有机质表面电荷量来控制Pb的结合行为和可交换态含量;不同含水率导致红土氧化还原电位差异, 进而影响Pb的形态转化行为。此外, 秸秆加入量和老化时间也能改变Pb的形态分布, 但残渣态Pb含量始终最高。红土Pb的Muller指数Igeo为0.302 5, 表明土样采集区人为污染值得注意。Tessier连续提取-AAS法能有效表征红土Pb赋存形态的非生物转化机制。

采用同步热分析-红外光谱联用仪测定煤样在程序升温条件下的差示扫描量热-热重曲线和红外吸收光谱， 并通过红外吸收光谱定性鉴别燃烧气体产物。 重点研究了高温燃烧-红外吸收法， 即通过测量煤燃烧气体产物中二氧化硫的浓度， 间接地测量煤中硫含量。 该方法方便快速， 重复性较好。 研究发现， 用不同的含硫化合物和不同的煤标准物质校准仪器， 同一个煤样的硫含量结果偏差很大， 即标准物质和煤样中硫元素化学形态的差别导致系统误差。 采用时间-红外吸收强度曲线分析煤中高温硫和低温硫的组成， 然后选择与被测煤样硫元素组成接近的煤标准物质校准仪器， 因而， 消除了标准物质和样品间硫元素化学形态差别导致的系统误差。 另一个方面， 传统的高温燃烧-红外吸收法使用多点校准方法， 即通过测定多个质量的标准物质， 绘制硫质量-仪器响应信号强度的工作曲线； 采用单点校准方法， 调节标准物质和煤样的质量， 使得两者释放的硫元素质量相近， 然后间隔测量煤标准物质和煤样， 因而消除了红外吸收池的漂移的影响， 提高了煤样硫含量结果重复性。 以上述优化的方法测量一种低硫无烟煤和一种低硫烟煤， 硫含量测量结果及标准偏差分别为0.345%（0.004％）和0.372％（0.008％）。 经过评定， 两种煤样的硫含量结果的不确定度（U， k=2）分别为0.019%和0.021%。 两个主要创新在于用高温硫和低温硫组成相近的煤标准物质校准仪器， 以及采用测量和校准交替进行的单点校准方法。 改进后的测量方法， 准确性明显好于ASTM D5106的规定值， 具有一定的应用推广价值。

应用螯合树脂、阳离子交换树脂以及有机溶剂萃取等分离方法对白虎汤水煎液中Ca的不同形态进行富集分离, 采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)对不同形态的Ca含量进行测定, 钙元素的检出限为0.038 μg·mL-1, RSD为1.5%, 离子态和无机态的回收率分别为95.4%和91.8%。 白虎汤水煎液中可溶性Ca的离子态比例为83.25%, 有机结合态比例为23.79%, 其中含有少量的稳定结合态。 白虎汤水煎液中溶出的Ca是以离子态为主, 多种形态共同存在的复杂水溶平衡体系。