掌握炼焦煤中有机硫的禀赋特征, 认知微波对煤中有机硫结构的化学作用机制, 对丰富煤炭脱硫理论体系, 优化煤炭微波脱硫工艺, 开发煤精细加工新技术具有重要意义。 应用XPS和XANES表征炼焦煤中有机硫的主要赋存结构类型及其相对含量, 基于煤密度特性的差异, 探索有机硫类型及其含量的变化规律。 选择苯并噻吩和3-噻吩甲酸两种模型化合物, 分别进行915和2 450 MHz频率微波辐射实验, 通过Raman光谱研究模型化合物中含硫结构的变化特征, 利用Materials Studio进行量子化学模拟, 计算不同方向外加能量场作用下模型化合物的构型参数, 比较微波辐射前后, 模型化合物构象变化, 解析煤中含硫化学键对微波能量的响应机制。 XPS和XANES表征结果显示, 炼焦煤中硫以有机硫为主, 噻吩是煤中最主要的有机硫赋存形式。 随着炼焦煤密度级的增加, 噻吩硫相对含量逐渐减小, 硫醇(醚)和(亚)砜相对含量逐渐增大, 三类有机硫赋存含量趋于平均。 施加不同方向的外加能量场后, 苯并噻吩和3-噻吩甲酸中含硫化学键键长和键级变化不明显, 说明微波能量场对化学键的拉伸和扭转作用有限, 但是, 对模型化合物分子结构中的键角和偶极矩具有影响, 并且, 不同的能量场施加方向对键角和偶极矩的影响效果不一样。 Raman谱图分析显示, 915和2 450 MHz频率微波辐射后, 模型化合物中含硫化学键振动峰都出现了红移。 因此, 微波辐射影响了模型化合物微环境局部结构, 改变了其分子构型和分子极性, 减小了晶格的振动恢复力, 削弱了原子间的相互作用力, 促进了含硫化学键的断裂及硫的解离。 同时, 发现915 MHz频率微波辐射具有比2 450 MHz更加明显的作用效果。

当前, 磷肥不合理施用引发的资源危机和环境问题日益凸显, 创制新型磷肥、 提高磷肥利用率是保障农业生产、 环境安全及可持续发展的关键。 鉴于有机结合态磷肥不易被土壤组分固定, 在土壤中移动性强, 作物有效性高, 研发新型有机结合态磷肥有望从根本上突破并解决无机磷肥利用率低的问题。 新近, 新型有机结合态磷肥的研发方兴未艾, 而有机结合态磷肥的赋存形态及其高效机理尚不清楚。 基于多种有机结合态磷肥研制及肥效方面的研究成果, 选取价格低廉、 肥效稳定的淀粉基磷肥, 采用液相磷-31核磁共振（P-NMR）技术、 同步辐射X射线吸收近边结构谱（XANES）技术在分子层面上对其磷形态进行表征。 将供试淀粉基磷肥酶解制成α-极限淀粉糊精, 溶解于45%的二甲亚砜, 通过液相P-NMR分析发现该磷肥中总磷含量约为5 218 mg·kg-1, 与灼烧-比色法测得的结果一致; 其中磷主要以有机形态赋存, 正磷酸单酯占总磷比例达75.8%。 正磷酸二酯含量为17.3%, 而无机磷仅占总磷含量的6.9%。 另外, 通过指纹图谱比对, 供试样品磷的K-边XANES谱与植酸磷的谱图极为相似。 以上研究结果表明该淀粉基磷肥中磷以正磷酸单酯为主, 为深入揭示有机结合态磷肥的高效机制提供了重要依据。Spectroscopy

有机态氮是土壤氮素的主要存在形式,在农田生态系统氮循环中占有重要地位.了解土壤有机氮官能团组成,可为制定合理的农田管理措施提供科学依据.同步辐射软X射线近边吸收谱(N K-edge XANES)技术,是原位测定土壤有机氮官能团组成最有效的方法,但利用该技术对长期施肥条件下土壤有机氮官能团组成的研究尚未见报道.本试验利用N K-edge XANES方法,研究了长期(18年)不同施肥措施［即休闲(Fallow)、不施肥(CK)、施氮磷钾化肥(NPK)、有机肥配施化肥(NPKM)、1.5倍量的有机肥配施化肥(1.5NPKM)和玉米秸秆配施化肥(NPKS)］对黑土全土及粘粒中有机氮官能团的影响.结果表明:各处理均在401.2～401.6和402.7～403.1 eV范围内出现特征吸收峰,分别归属为酰胺/胺和吡咯类化合物,粘粒中特征吸收峰通常较全土更为明显.半定量分析结果指出,全土和粘粒均以酰胺/胺的相对比例最高,是有机氮官能团的主要存在形态;与休闲处理相比,对照处理中酰胺/胺的相对比例较低,而吡咯类氮的相对比例较高;有机无机配施条件下,酰胺/胺的相对比例随有机肥量的增加而下降,而吡咯类氮的相对比例则呈相反的变化趋势;全土中以NPKS处理的酰胺/胺相对比例最高,而粘粒中则以休闲处理的腈类/芳香氮相对比例最高.利用N K-edge XANES方法原位测定不同施肥措施下土壤有机氮官能团组成的变化是可行的。

采用X射线吸收近边结构(XANES)谱对多晶Lu2SiO5∶Ce(LSO∶Ce)发光粉体中Ce元素的化合价状态进行了表征, 结果表明: 在空气下煅烧后得到的不同Ce掺杂浓度的LSO∶Ce粉体中, Ce3+在总掺杂Ce中的含量仅为18%～39%; 而经1 000 ℃/2 h的氢气气氛下退火后, LSO∶0.5%Ce粉体中Ce3+的相对含量由39%大幅提高到83%。真空紫外(VUV)激发发射光谱表明: 当Ce的掺杂摩尔分数为0.25%～1%时, Ce3+的摩尔分数与LSO∶Ce粉体的发光强度具有很好的关联性。 氢气退火处理可以使LSO∶Ce粉体的发光强度提高近40%。LSO∶Ce粉体在变温条件(50～250 K)下的发射强度表现出良好的稳定性, 未观察到热猝灭现象发生。

为了从组织和器官水平研究植物在铅锌矿山开采区尾矿坝土壤中植物中毒和胁迫机制, 使用同步辐射微束X射线荧光技术(μ-SRXRF)研究了K, Ca, Mn, Fe, Cu, Zn, Pb等元素在云南某铅锌矿区尾矿坝土壤中生长的拟南芥幼苗中的分布特征。 发现Pb易富集于植物根部, 也容易富集在植物顶端叶芽部位, 这是很多研究没有发现的。 整株幼苗中Pb都与Mn形成明显的竞争分布特征。 导致植株中毒凋亡的原因可能是Pb造成的拟南芥顶端幼芽的氧化压力, 以及Pb分布对Mn等植物必需元素的吸收和分布的抑制。 为研究Pb在土壤中的形态和植物可利用性, 针对拟南芥及其根际土壤中开展了Pb L3边X射线吸收近边精细结构谱(XANES)研究, 发现尾矿坝土壤种植的拟南芥根际土壤Pb主要以PbO(642%), Pb(OH)2(288%), Pb3O4(63%)形式存在, 而非Pb矿物矿石或有机Pb形式存在, 本尾矿坝土壤中Pb的植物可利用水平不高。 进一步开展土壤中Pb进入植物的过程以及该过程中Pb的形态发生的变化, 尤其是溶解性有机质在其中的角色, 是开展重金属胁迫下植物中毒和解毒机制研究的重要前提。

南京栖霞山铅锌矿是华东地区最大的铅锌矿床之一, 已开采50多年, 由此引发的环境问题日益突出。 当地环境中铅含量较高, 但铅的迁移和毒性机理不明。 为此在该地区开展了铅锌矿生物地球化学研究, 借助ICP-MS铅含量分析和Pb-LⅢ边XANES形态分析技术, 在该污染区发现了耐受并富集重金属的浮萍样品, 浮萍中铅的含量为39.4 mg·kg-1。 XANES分析和形态拟合结果显示其含硬脂酸铅65%和硫化铅36.9%, 从而揭示浮萍样品中铅以含硫的有机酸铅形式存在。

采用同步辐射软X射线XANES(X-ray absorption near edge structure)与SR-FTIR(synchrotron radiation-fourier transform infrared spectroscopy)光谱技术分析云雾山退耕草地土壤<0.25 mm团聚体有机碳结构变化。 SR-FTIR测定结果的定性分析表明， 与坡耕地相比， 随退耕年限增加， 退耕草地土壤脂肪C特征峰吸收增强， 芳香C、 醇C、 羧基C、 多糖C吸收峰变化不明显; SR-FTIR半定量分析表明， 与坡耕地相比， 退耕草地土壤有机碳各官能团相对含量都有所增加， 随退耕年限增加， 0～5 cm和10～20 cm两土层土壤脂肪C、 醇C相对百分量增加幅度较大， 芳香C增加幅度较小。 XANES与SR-FTIR测定结果基本一致， 对两种方法测定的相同有机碳官能团(芳香C)的相对含量进行T检验， 两种方法测定结果差异不显著（P>0.05）， 表明采用XANES测定退耕草地土壤有机碳结构变化是可行的。

X射线显微术可直接在水环境中对胶体颗粒尺寸范围内的颗粒进行高分辨率成像,将该项技术与高分辨率光谱相结合,还可用于光谱显微研究.其中,常用的两种X射线显微镜是透射显微镜和扫描透射显微镜,文中示出了它们的装置图.由于X射线显微镜能迅速拍下一物体的高分辨率图像,所以,作为一种分析仪器,扫描X射线显微镜更适合作光谱显微研究.作为形态学目视化的一个示例,本文用一台透射X射线显微镜拍摄了粘土和土壤样品的图像.根据X射线图像进行的低温层析实验所获得的图像得到了有关细菌构成的显微生存环境以及其它土壤胶状体的3D结构信息.对扫描透射X射线显微镜拍摄的一系列图像进行分析,得到了土壤样品的形貌特性和化学特性.