引言

近年來，以薄膜擴散梯度技術（DGT）、平面光極技術（PO）、激光剝蝕－等離子體質譜技術（LA-ICP-MS）、高分辨孔隙水擴散平衡技術（HR-Peeper）以及土壤酶譜技術（soil zymography）為代表的高分辨分析技術發展迅速，逐步成為表征土壤/沉積物生化異質性的有效方法。將微尺度采樣技術與高分辨化學分析手段相結合，可在毫米-亞毫米分辨率下進行二維化學/生物成像，能夠準確地理解土壤/沉積物生物地球化學過程和污染特性。本文將重點為大家介紹上述技術在環境微尺度研究中的聯用方法。

01薄膜擴散梯度技術與平面光極技術聯用

薄膜擴散梯度技術（DGT）和平面光極技術（PO）聯用之后可以同時觀測水體、土壤/沉積物中營養鹽、重金屬（類金屬）元素以及植物根際O₂、pH與CO₂等環境參數的二維分布及動態變化過程。

1-原理與裝置

2-應用案例

Li   et al., Sci. Total Environ.,   2022

▲苦草根際泌氧區Fe、Mn、P、As與DO的二維空間分布

更多案例請看：PO案例合集

02薄膜擴散梯度技術與比色密度成像計量技術聯用

1-磷二維高分辨分析 • 著色法

該技術是將Zr-oxide DGT膜著色與CID相結合，對有效磷進行二維高分辨測定的技術。該方法著色原理與溶液中磷與鉬酸銨反應原理一致，在Zr-oxide膜表面生成藍色絡合物，利用軟件將掃描獲得的灰度值與單位膜面積磷的累積量建立校正曲線，從而實現沉積物有效磷亞毫米分布信息的大批量獲取。

▲隨時間的變化Zr-Oxide 膜表面逐漸著色

Ding et al., Environ. Sci. Technol., 2013.

▲灰度值校正標線

2-硫二維高分辨分析

還原態硫 S(II)的檢測采用Agl/ZrO-Agl/ ZrO-CA DGT膜， 膜吸收硫后呈黑色(AgI與S形成AgS)，用去離子水輕輕沖洗，濾紙擦干膜表面，掃描固定膜的正面，并拍攝彩色照片。通過Image J軟件將掃描獲得的圖像轉成灰度，利用校正曲線將灰度轉換成 S(-II)積累量，最后利用公式將累計量轉化成濃度值后導入origin生成二維濃度分布圖。

示例   

掃描                →                    灰度校正            →                二維成像

03-高分辨薄膜擴散梯度技術與激光剝蝕－等離子體質譜技術聯用

高分辨薄膜擴散梯度技術（DGT）與激光剝蝕－等離子體質譜技術（LA-ICP-MS）聯用在水土高分辨分析上有巨大優勢，一次性測定的元素多，且分辨率高，操作簡單，檢測效率高，可廣泛用于重金屬微觀尺度的分析。

LA-ICP-MS分析流程圖

示例   

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Ren et al., JHM, 2021

▲ 通過LA-ICP-MS分析和O2濃度的二維成像，獲得太湖17種元素的DGT有效態含量的二維分布。（分辨率188微米ｘ188微米）

04薄膜擴散梯度與高分辨孔隙水擴散平衡技術聯用

將DGT與HR-Peeper 同時使用，并結合相關模型，可獲得目標離子在土壤/沉積物固-液之間的交換動力學特征參數（解吸速率，響應時間等），用于預測土壤/沉積物的環境質量變化。

應用案例

示例   

Pan，et al., 2019

▲ 基于DGT和HR-Peeper的監測數據利用DIFS模擬的海岸沉積物磷的固-液動力學變化過程

  示例   

Hu et al., WR, 2022

▲低鹽度河口濕地土壤中植物生長期和休眠期CDGT-P、CDGT-Fe和CDGT-S的分布

更多案例請看：HR-Peeper合集

05平面光極、薄膜擴散梯度與酶譜技術聯用

土壤酶譜(Soil zymography)以熒光底物為基礎的新興酶學技術，對?壤進??破壞性取樣，操作簡便，能在cm到μm的尺度上研究酶活性的空間變化。平面光極（PO）、薄膜擴散梯度（DGT）和土壤酶譜可以通過連續應用的方式連續獲取不同參數在同一剖面的二維分布信息，不同技術的連續應用可獲取土壤/沉積物剖面中更多的生物地球化學信息。

1-原理與裝置

Zhang et al., ER, 2021

2-應用案例

Zhang et al., ER, 2021

▲(a)酸性磷酸酶(ACP)活性，(b)堿性磷酸酶(ALP)活性，(c)第三周根際pH和(d) O2的高分辨二維圖像。

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