介紹 碳?xì)浠衔镞M(jìn)入土壤，使土壤受到污染可有幾種途徑，如燃料通過儲(chǔ)存罐或者傳輸線泄露，雨水徑流洗車地方只是兩個(gè)例子。因此，測(cè)試土壤污染在環(huán)境監(jiān)測(cè)或土地復(fù)墾中尤為重要。通過溶劑萃取法和紅外光譜法測(cè)試總石油烴（碳?xì)浠衔铮?/span>TPH）是一個(gè)靈敏的方法，但樣品制備非常麻煩。而氣相色譜分析提取物能提供更高的靈敏度和更詳細(xì)的成分信息，但分析所需時(shí)間過長。 熱重分析和紅外光譜（TG-IR）聯(lián)用技術(shù)可以提供關(guān)于污染物數(shù)量和性質(zhì)的詳細(xì)信息，而且無需樣品制備。本文將介紹熱重和紅外（TG-IR）聯(lián)用技術(shù)得到的數(shù)據(jù)及分析結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)方法 將一份土壤樣品和濃度大約為 10％m/m 的柴油混合，土壤樣品為 17 毫克，放入 PerkinElmer TGA 4000 熱重分析儀的坩堝中。TGA 4000 通過 TL8000 傳輸線和 10-cm 氣體池與 PerkinElmer Spectrum™ 100 型紅外光譜儀聯(lián)接。傳輸線和氣體池溫度為 280℃，以避免任何重有機(jī)化合物的凝結(jié)。熱重的反應(yīng)氣體為氮?dú)?，流速?20 mL/min，天平吹掃氣流速為 40 mL/min，共以 60 mL/min 流速通過傳輸線和氣體池。以 20°C/min 的恒定速率從 30 °C 加熱到為 800℃。紅外光譜范圍為 4000-600 cm -1，分辨率為 8 cm -1，每 12 秒采集一次數(shù)據(jù)（每個(gè)頻譜合加 4 次干涉掃描）。Pyris ™軟件用來控制和分析熱重?cái)?shù)據(jù)，TimeBase ™軟件用來收集和分析同步的時(shí)間分辨紅外數(shù)據(jù)。

結(jié)果討論 該土壤樣品的失重曲線如圖1所示，總體來說，有三次顯著的失重現(xiàn)象：第yi次從略高于室溫開始，第二次開始于100℃左右，并一直持續(xù)到250℃，第三次開始于250℃左右，一直到600 ℃左右。在700℃，約65％的土壤仍然是未燃燒狀態(tài)，這可被假定主要為無機(jī)材料。

紅外吸收的平均強(qiáng)度由Gram-Schmidt 熱像圖和失重曲線及失重的微分曲線圖，如圖2所示。紅外檢測(cè)到的逸出氣體的瞬時(shí)吸收濃度和重量損失率成正比（除其他因素外），因此可推斷Gram-Schmidt 熱像圖和失重的微分曲線圖之類似。

圖 3 顯示了選定的紅外波數(shù)區(qū)域的結(jié)果，并提供了分析過程中豐富的信息。在溫度略高于室溫時(shí)，可看到水蒸氣的增加，表明土壤樣品不是干燥的。熱重曲線上第yi段失重率大概占 5％。Gram-Schmidt 熱像圖中的第yi個(gè)高峰發(fā)生在約 230℃，和第二次失重有關(guān)。由光譜圖推斷（圖 4），這 主要是水蒸汽，脂肪烴，波數(shù)約為 1745cm-1 的酯的混合物。這表明污染物可能是柴油燃料和很大一部分生物柴油（脂肪酸甲酯）。

圖3. 受污染土壤樣品Temperature-based 吸收剖面圖。紅色: Gram-Schmidt t熱像圖顯示整體吸收強(qiáng)度;深綠色: 2933 cm-1 附近對(duì)應(yīng)C-H吸收峰, 對(duì)應(yīng)脂肪烴（柴油和生物柴油）;藍(lán)色: 3015 cm-1附近的烯烴C-H吸收峰, 對(duì)應(yīng)生物柴油中的不飽和物質(zhì)；黑色：3800–3700 cm-1;之間水的吸收峰；淺綠色：2370 cm-1附近二氧化碳的吸收峰。

酯的吸收高峰和水蒸汽的有所重疊，但在約3015cm-1處還有另一個(gè)生物柴油選擇性吸收峰，對(duì)應(yīng)于烯烴不飽和脂肪酸鏈的C-H伸縮振動(dòng)。將峰值強(qiáng)度和溫度的關(guān)系作圖（如圖3所示），結(jié)果顯示高峰出現(xiàn)有一點(diǎn)后移，大約在240℃左右。這一溫度范圍有10％的重量損失，這與已知的柴油濃度相符合，表明該熱重紅外聯(lián)用技術(shù)可對(duì)污染物的數(shù)量以及詳細(xì)的組成信息有一個(gè)大概的測(cè)試。

在 更 高 的 溫 度 ， 逸 出 的 主 要 氣 體 是 二 氧 化 碳 和 水 ， 由 土 壤 中 有 機(jī) 物 燃 燒 而 來 ， 為 最 終 的 失 重 部 分 。 TimeBase 軟件還繪制出疊加的三維譜圖，如圖5所示。可以一目了然的看到吸收特征隨時(shí)間演變的一個(gè)完整的數(shù)據(jù)集合

在同樣條件下，通過 TG-IR 聯(lián)用分析了土壤樣品中添加參照柴油/生物柴油的混合樣品作為對(duì)比，結(jié)果如圖 6 和圖 7 所示。到 300℃為止，整個(gè)樣品已經(jīng)揮發(fā)完畢，在圖 7 中，可以清楚地看到，生物柴油蒸發(fā)滯后于化石柴油。由于標(biāo)準(zhǔn)柴油樣品中沒有水，所以羰基隨后直接被吸收。這些數(shù)據(jù)為證實(shí)目前的土壤污染中含有生物柴油/柴油混合物提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。

結(jié)論 熱重分析可對(duì)樣品定量分析提供了有價(jià)值的信息，但對(duì)物質(zhì)識(shí)別能力有限。而紅外光譜具有定性分析逸出氣體的能力。本文揭示了 TG-IR 聯(lián)用技術(shù)，不僅可確定土壤中存在的柴油數(shù)量，還可檢測(cè)到存在的小部分生物柴油燃料。在土壤分析領(lǐng)域，TG-IR 聯(lián)用技術(shù)一個(gè)關(guān)鍵的優(yōu)勢(shì)是不用進(jìn)行樣品制備或溶劑萃取，分析速度更快捷，分析方法更方便。