萃取分离稀土元素及计算机模拟计算的研究

为了改变稀土萃取工艺单靠人工模拟实验确定的落后状况和满足生产自动化的需要，近十多年来，国内外许多国家相继开展了稀土萃取数学模型的研究。但大部分工作侧重于两相平衡分配模型方面，所提出的相平衡分配模型中，用来进行串级计算的尚不多见，进行串级计算的也大多采取逐级计算法。对于P_(507)的萃取体系的数学模型的研究及用矩阵法进行串级模拟计算，国外尚未见报导。本论文在单级实验的基础上，对15个单一稀土的RECl_3-HCl-P_(507)体系及部分二元稀土的RECl_3-HCl-P_(507)和Re(NO_3)_3-HNO_3-P_(507)体系进行了萃取平衡的讨论，求出了上述体系中，单个稀土的表现浓度平衡常数；为了串级模拟计算的需要，提出了一个形式简单、较为通用的相平衡模型，用FORTRAN语言编写了该模型的回归程序，通过回归上述体系的单级实验数据，得到了各模型的系数。进行了(Sm-Gd)(NO_3)_3-HNO_3-P_(507)体系的分馏萃取实验，和中科院化工冶金所协作，对该体系的串级模拟计算进行研究。所用串级模型把两相稀土浓度、酸度、萃取剂浓度作为变量，由以上的相平衡模型和各级稀土、酸、萃取剂的物料稀算式构成的大型非线性方程组，采用改进牛顿法求解该方程组进行计算，用FORTRAN语言编写了计算程序，计算结果和实验结果较为一致。在此基础上，独立地继续进行研究，对串级模型进行了很大的改动，改进后的串级模型把酸度、萃取剂浓度这些变量隐含在相平衡模型中，去掉了原来串级模型的酸、萃取剂的物料稀算式。和原来串级模型相比，所含的变量及方程数均减少了2N个，大大减少了占用计算机的存贮单元，提高计算收敛速度。对计算方法作了扩大迭代方向，导找最优松弛因子，采用更为合理的保证解的笔挺理意义的限制等改进，使解的收敛稳定性得到了改善。根据以上的改进用FORTRAN语言编写了新的计算程序，计算结果和实验结果吻合很好，在拟合精度，迭代次数各方面都比用原来串级模型要好得多。此外，进行了改变串级条件的模拟计算，所得结果符合萃取规律的变化。对（Ho-Er)(NO_3)_3-HNO_3-P(507)进行了2个不同工艺条件的分馏萃取实验，模拟计算值和实验值相当吻合，该体系的改变工艺条件的计算，也得到了与萃取变化规律一致的计算结果。对于文献报导的P_(204)萃取体系的分馏萃取，也同样进行了模拟计算，计算值和实验值的吻合程度也相当令人满意。通过以上不同串级体系的模拟计算，说明了所提出的相平衡模型适用于串级模拟计算；秘诀进后的串级模型及计算方法更为可靠；证明了计算机辅助实验及工艺设计的可能性。为达到这个目标打下了基础。对环烷酸分离钇的萃取体系进行了合成料及龙南稀土料的分馏萃取实验，取得了出口水相钇的纯度>97%，有机相出口非钇稀土的纯度>94%的结果。根据该体系的实际情况，简化了串级模型，提出了一种处理多元稀土体系的模拟计算方法，用FORTRAN语言编写了逐级计算程序，计算结果和实验结果有一致的趋势，但具体数值差别较大，说明该简化的串级模型及计算方法均有不够完善之处，有待深入研究。提出了一种新的萃取方式，它具有三个物料出口，可同时把若干个稀土元素分成难、中、萃三组，经试探实验初步肯定了该萃取方式的实用性。若能将之用于工厂生产上，将会带来很大的经济效益，故值得进一步研究和推广应用。

N_(8161)和N_(8162)萃取铼的研究

（1）N_(8161)和N_(8162)对ReO_4~-的萃取及反萃取性能与正三辛胺相近，在一定酸浓度范围内萃取率可达95%以上。但在溶液中其它阴离子浓度较大时，对萃取ReO_4~-影响很大，其顺序为NO_3~- > Cl~- > HSO_4~-。（2）用边续变化法、斜率法、饱和容量法和元素分析的方法确定萃合物的组成为R_3 NHReO_4。（3）萃合物的IR和NMR光谱分析表明，萃合物以离子对的形式相互结合。其结构为（R_3 NH）~+(ReO_4)~-。（4）N_(8162)和它的萃合物有较好的热稳定性，它们均在100 ℃以上开始失重，300 ℃附近大量失重。（5）N_(8161)和N_(8162)萃取HReO_4的反应焓相近，而在25 ℃时，N_(8161)的浓度平衡常数比N_(8162)大一个数量级。它们萃取HCl、H_2SO_4、HNO_3、HReO_4的浓度平衡常数顺序为HReO_4 > NHO_3 > HCl > H_2SO_4。（6）N_(8161)、N_(8162)和TOA及其它们的萃合物界面研究表明，烷基的位阻越大，其吸附能力越小，饱合吸附量越小，相应的分子截面积越大，形成胶团能力越大。萃取过程的乳化能力与临介胺团浓度顺序相同N_(8161) > TOA > N_(8162)。（7）在N_(8162)萃合物浓度不变时，添加剂（辛醇）的lgC与r曲线有极大值。当辛醇浓度大于0.3时，萃合物对界面张力的影响被掩盖。在有添加剂存在时，萃合物在界面上的吸附量降低，临介胶团浓度增大。（8）通过对萃合物的量子化学计算，进一步的确定了萃合物的结构为（R_3NH）~(+0.998) (ReO_4)~(-0.998)。（9）通过本研究证明， N_(8161)和N_(8162)比较稳定，可以在工业上应用。

伯胺N_(1923)萃取不同金属离子的机理的研究

伯胺N_(1923)(RNH_2)是一种对许多金属具有优良萃取性能的萃取剂，因RNH_2为较强的Lewis碱，能以多种途径与金属离子结合，文献报道的一般为加合反应及阴离子交换机理，至于配位反应未见报道，故详细地研究RNH_2萃取不同金属离子的机理，发现新的萃取，分离体系，具有理论和实际意义。本文分别研究了RNH_2及其相应盐从不同介质中萃取Ag~+，Zn~(2+)，Cd~(2+)，Sc~(3+)的机理。提出了RNH_2能以配位反应萃取金属离子，并且发现对一些体系(如ZnCl_2, Zn(SCN)_2, CdCl_2等)RNH_2及其盐均具有较好的萃取行为。对有关体系详细研究了其萃取机理：1）RNH_2萃取AgNO_3的机理。在接近中性介质中，RNH_2是AgNO_3的优良萃取剂，其反应机理为：2RNH_(2(0)) + Ag~+ + NO_3~- <-> (RNH_2)_2AgNO_(3(0))考察了溶剂，温度等反应平衡的影响，其分配比基本随溶剂介电常数的增大而增大，并且该反应为放热反应，温度升高不利于萃取。我们还解析了该萃合物的IR及NMR。2，RNH_3NO_3萃取硫代硫酸银的机理。与上述AgNO_3体系不同，RNH_2不能萃取硫代硫酸银，但RNH_3NO_3能以阴离子交换反应萃取该体系中的Ag(I)。通过研究不同因素对分配比的影响，指出在该体系中Ag(I)同时以AgS_2O_3~-和Ag(S_2O_3)_2~(3-)两种形式萃入有机相。并且有机相中AgS_2O_3~-/Ag(S_2O_3)_2~(3-)比值随着NO_3~-浓度的增大，RNH_3NO_3、S_2O_3~(2-)浓度的减小而增大。萃合物的IR分析证明存在两种不同配位形式的S_2O_3~(2-)。3，RNH_2萃取ZnCl_2的机理及平衡规律。研究了RNH_2在不同酸度条件下萃取ZnCl_2的机理，在pH值较高时，RNH_2能以配位反应萃取ZnCl_2，其反应为：2RNH_(2(0)) + ZnCl_2 <-> (RNH_2)_2ZnCl_(2(0))并详细地研究了其平衡规律，得出数学模型：1/D = 2/(C_(RMH_(2(o)))) X + (1 + Σ from i = 1 to 4 of β_i C_(cl~-)~i)/(K C_(cl~-)~2 C_(RNH_(2(0))) (X为平衡水相Zn~(2+)总浓度) 在高酸度([HCl] = 2.8 M)条件下，RNH_2萃取ZnCl_2呈加成反应：(RNH_3Cl)_(3(0)) + ZnCl_2 <-> (RNH_3Cl)_2ZnCl_(2(0))求得了萃取过程的各热力学函数。4）RNH_2萃取ZnBr_2, ZnI_2的机理。研究RNH_2萃取ZnBr_2，ZnI_2的性能表明，在pH值较高时, RNH_2能以萃取ZnCl_2相同的机理萃取ZnBr_2, ZnI_2，其反应为：2RNH_(2(0)) + ZnX_2 <-> (RNH_2)_2ZnX_(2(0)) (x~- = Br~-, I~-) 计算了不同RNH_2浓度条件下反应的平衡常数，表明不是RNH_2浓度的函数，该平衡常数随温度升高而降低。同时我们在相同条件下，比较RNH_2萃取ZnX_2的能力为：ZnI_2 > ZnBr_2 > ZnCl_2 5，RNH_2及其硝酸盐萃取Zn(SCN)_2的机理 在Zn(SCN)_2体系中，RNH_2及RNH_3NO_3的均能较有效地萃取Zn(II)，但其反应机理并不相同，RNH_2以配位反应萃取Zn(SCN)_2，相应的反应为：2RNH_(2(0)) + Zn(SCN)_2 <-> (RNH_2)_2Zn(SCN)_(2(0)) RNH_3NO_3则以阴离子交换反应萃取Zn(SCN)_4~(2-)，其反应如下：(RNH_3NO_3)_(2(0)) + Zn(SCN)_4~(2-) <-> (RNH_3)_2Zn(SCN)_(4(0)) + 2NO_3~- 测定并计算了各反应的浓度平衡常数及热力学函数，两反应均为放热反应。同时，在相同条件下，RNH_2比RNH_3NO_3有更强萃取Zn(II)的能力。6，RNH_2萃取CdCl_2及其它Cd(II)盐的机理 RNH_2及RNH_3Cl能分别以配位反应及加合反应萃取CdCl_2，通过萃合物组成的测定，得出反应方程式为：3RNH_(2(o)) + CdCl_2 <-> (RNH_2)_3CdCl_(2(0)) (RNH_3Cl)_(3(o)) + CdCl_2 <-> (RNH_3Cl)_3CdCl_(2(0))计算了各反应的平衡常数及热力学函数。同时观察了RNH_2萃取CdBr_2, CdI_2, Cd(SCN)_2的性能，相应萃合物组成为(RNH_2)_2CdX_2 (X~- = Br~-, I~-, SCN~-)。在相同条件下，CdX_2的萃取率次序为：Cd(NO_2)_2 < CdCl_2 < CdBr_2 < Cd(SCN)_2 < CdI_2。并讨论了CdX_2的生成能，第二级累积稳定常数，X~-的半径等因素与Cd(II)分配比的关系。7，RNH_2硫酸盐萃取Sc_2(SO_4)_3的机理 研究了不同因素对其萃取性能的影响，指出在硫酸介质中，RNH_2是Sc~(3+)的优良萃取剂。通过萃合物组成的测定得到该萃取反应式为：1.25[(RNH_3)_2SO_4]_(2(0)) + Sc(SO_4)_3~(3-) <-> (RNH_3)_3Sc(SO_4)_3·(RNH_3)_2SO_(4(0)) + 1.5SO_4~(2-)测定并计算了该反应的平衡常数及热力学函数。通过详细解释萃合物的IR，证明在该萃合物中SO_4~(2-)是以双配位形式与Sc~(3+)相结合。在上述萃取机理研究了基础上初步探讨了用RNH_2回收银及进行Zn(II)-Cd(II)分离的可能性。

钠原子激光增强电离光谱研究—以石墨杯为原子化器 原子吸收光谱法对发样中Zn、Cu、Mn、Ap的测定

、I钠原子激光增强电离光谱(LEIS)方法的研究-以石墨杯为原子化器在LEIS方法中，最常见的原子化器是火焰。但由于火焰背景噪声严重且难以克服，在火焰原子化过程中，雾化和热离解不充分，仅有10~(-2)%的分析溶液参与吸收以及火焰气体使测定元素受到高度稀释等不利因素的影响，火焰原子化限制了LEIS方法灵敏度的进一步提高。考虑到石墨炉原子化器较火焰具有取样量少，绝对灵敏度高；样品（包括固态、液态）可直接引入石墨炉内；不会发生如同火焰中所存在的干扰效应；蒸发效率和原子化效率较高，几乎全部样品都能参与吸收等优点，本工作在已建立火焰LEIS方法的实验基础上，将原子化器改换为石墨杯进行了钠原子LEIS方法的研究。到目前为止，国内外仅有的几篇有关石黑炉LEIS的研究报告中，都报导了该方法对钠原子的检出限估计可达到10~(-14)-10~(-15)克，由于此项研究尚处于探索性研究阶段，故有关方法性的系统研究几乎还未见报导。本工作在未使用任何放大器的情况下（实验条件限制）对影响钠原子LEIS信号强度的诸因互进行了实验观察。主要包括：钠原子化条件；激光束位置、阳极电压、激光输出能量、电极位置以及激光脉冲重复率对LEIS信号强度的影响等。并绘制了校准曲线，统计方法的相对标准偏差分别为11%（高浓度）18.2%（低浓度），在现有仪器条件下，还不能测出检出限，测定下限为3*10~(-9)克。对固体粉末直接进行了尝试，检测下限为5*10~(-8)克，进样是为5毫克。在进一步的研究工作中，如有条件使用低噪声的放大器及Bxear积分器，选择门检时间窗，或采用分步激发等手段，估计本方法定会达到预想的高灵敏度，检敏度至少提高了个数量级。对石墨炉原子化LEIS法来说，似比较详细的研究报告，截至实验停止时还未见报导。II原子吸收光谱法对发样中Zn、Cu、Mn、Al的测定发中微量元素ZN、Cu、Mn均属人体必需元素，与人体的生长发育和多种生理功能，临床医学等方面有着极为密切的关系，而Al则被认为是异致某种疾病的元素之一。本工作报告了用火焰法测定Zn、Cu；石墨炉法测定Al、Mn的结果，其中，对Al的测定，为摆脱基体干扰，加入改进剂Mg(NO_3)_2，并采用平台石墨炉进行试验，得到了线性较好的工作曲线，但在实际测定时，由于实验条件的限制，只能采用一般石墨管加基体改进剂对少娄样品中Al含量进行测定。Zn、Cu、Al三种元素由标准曲线法测定；而Mn由于Fe的干扰无法消除而采用标准加入法测定，并因此限制了测定样品数。Cu、ZN、Mn三种元素的回收率分别为102.8%, 99.7%, 102.5%，变异系数为9.6%, 11.3%, 9.7%，对本地居民发中（30个发样）Zn、Cu含量进行测定，Zn、Cu的含量范围为148-318ppm，7.2-15ppm，并计算了Zn/Cu比。本方法对发样中四种元素的测定结果与ICP法进行对照。两种方法测定结果吻合得较好。

长支金连低支化度聚丙烯酰胺的合成及表征研究

I 本工作聚合体系的数学模型及反应统计本工作选用多活性中心引发体系引发丙烯酰胺水溶液聚合。本部分工作是从引发体系的特点及在实验基础上提出一个聚合体系的数学模型，在此模型基础上，应用高分子反应统计理论对聚合体系进行模拟。所得数学结果能对反应现象作定性解释。A_a为多活性中心引发剂，含有a个可引发A基，在某引发点时它的引发率为P_A，B_2为双键加成单体，A基引发产生活性中心使得B_2聚合，B_2聚合动力学链长为K，最终终止。终止方式可分偶合终止（不产生分子链端）和单基及双基歧化终止（产生分子链端），偶合终止占总终止方式比率为f，为了使聚合模型简单，不考虑链转移反应。在此数学模型的基础上应用高分子反应统计理论计算了重均，数均及分子量分布宽度指数，凝胶点与各参数的关系。数学结果表明：1）分子量随反应程度增加而增加；分子量分布也随应变宽；到一定时出现凝胶。2）分子量，分子量分布宽度与终止机理有很大关系，双基偶合终止比率增加分子量增加，分子量分布变宽，并提前出现凝胶。3）分子量与动力学链长成正比关系。应用这些结论能够定性解释聚合实验中发现的一些特殊现象。II 合成及反应规律研究在文献报导的基础上合成了引发剂五－N,N,N,N",N"（2羟基丙基）二乙三胺(DOPDT)并用红外和核磁证明其结构。使用DOPDT－（NH_4)_2Ce(NO_3)_6引发体系引发丙烯酰胺（AM）水溶液聚合。研究了温度，单体浓度，引发剂浓度对聚合速率的影响，在实验基础上提出了聚合机理。本部分工作重点研究了合成条件对产物表观分子量及表观支化度的影响，实验证实产物分子量随聚合转化率的增大而提高，表观支化度（Huggins常数k值）也随聚合转化率增加而增加。本工作还采用电子显微镜法测定了产物的分子量及分子量分布。发现一定聚合条件下，分子量出现双峰分布，推论高分子量峰为支化分子，低分子量峰为未接枝线性分子。III 电子显微镜法测定聚丙燃酰胺分子量，分子量分布的研究使用电子显微镜测定高聚物分子量及分子量分布文献少有报导。本工作在前人基础上改用云母片－碳膜代替碳加强膜。从而改进了碳加强膜膜不平整的缺点，并进一步研究了制样条件对分子量测定的影响。在新揭开的云母片表面上真空喷上一层碳膜，在此碳膜上用喷雾器喷上一定量、一定浓度、一定比例水－正丙醇作为混合溶剂的PAM溶液，同时滴上直径为1090A聚苯乙烯乳胶球的正丙醇溶液。干燥后以一定角度喷上铂，漂下碳膜，用铜网捞取。在H-500型电子显微镜大约5万倍下观测，获得单分子分散球状颗粒照片，量取球状粒子的阴影长，根据聚苯乙烯乳胶球及其阴影长标定放大倍数及白金投影角计算各球球直径。此直径为球粒垂直方向高度。直接从照片上还可获得其两水平方向直径。三维直径相等，从而证明球粒为园球。统计400个以上样品球粒直径，得其粒径分布。在假设单分子球密度和聚合物本体密度相等前提下，计算得其分子量分布，重均及数均分子量。本实验采用云母片－碳膜，膜非常平整。喷金步骤在云母片－碳膜上进行，膜平整使得投影角稳定。量取投影角及阴影长计算球粒直径，而排除了白金在球粒表面附着及高分子在电子射线作用下降解交联所引起球粒外形变化而带来的误差。本工作进一步研究了制样条件对形成单分子分散球粒的影响，得列以下结论：1）混合溶剂正丙醇：水在体积比为8:2时较佳；2）高分子浓度在1 * 10~(-4)克/毫升较为合适；3）表面膜预先湿润有利于分子分散；4）本工作首次采用控制气氛干燥，优先挥发溶剂水，有利于形成园球粒子。从理论上，单分子球大小只与分子量有关。较低支化度样品，支化对聚合物本体密度影响微小。本工作应用电子显微镜法测定上部分工作合成的支化PAM，得到一双峰分子量分布。较高分子量可能为支化分子，低分子量峰为未接枝的线性分子。

金属溶剂萃取的数学模拟研究

溶剂萃取三出口分离工艺是在分馏萃取流程基础上提出的一种新工艺方法，应用这种流程，每个工艺可根据各组分萃取能力的不同得到三个不同的产品，因此具有很大的优越性。本工作首先进行了皂化P507对Cu、Co、Ni三种金属元素萃取分离性能的研究，得到了工艺设计的一些主要参数及其变化规律。在此基础上，设计了两种方式的三出口工艺，应用P507－煤油体系，对组成为1:1:1的Cu、Co、Ni混合合成料液进行同时分离串级实验，实现了三种元素的同时分离，从而将三出口工艺推广应用于非稀土体系，并对两种不同的三出口流程设计方式进行了比较，得出了有意义的结果。对串级过程的数学模拟引入了稀疏矩阵方法，并对分馏萃取体系工艺参数的优化作了尝试。通过对串给模拟计算中矩阵解法的分析，发现计算过程中的所用的大型微分矩阵是一种零元占绝对优势的稀疏矩阵。本工作根据此微分矩阵的特点，采用稀疏矩阵所特有的存贮方法，将解大型稀疏线性方程组的方法引入串级模拟计算，编制了计算程序，使矩阵法的内存占用量大大减小，而计算速度却基本上没有变化，为矩阵方法应用于高级数及多组分体系的串级模拟计算提供了基础。我们还对分馏萃取工艺参数的优化作了尝试，分别应用复合形法和直接网格搜索法编制计算程序，在料液组成一定、进料量一定的条件下，建立了目标函数：Q = N*(VOE * Zo)/(VAE * XX(1,1)对(Sm-Gd)(No_3)_3-HNo_3-P507－煤油体系，分别以级数。进料级等六个或四个变量为搜索变量。应用上述以稀疏矩阵法改进后的串级模拟程序计算目标函数，进行优化计算，得到了合理的结果。两种优化方法比较后，认为复形方法所耗机时少，较为实用。为了对Cu、Co、Ni的萃取分离体系进行数学模拟，进行了单级分配实验，通过对实验结果的分析，利用线性回归方法。得到了适用于不同浓度范围的简单的单级分配模型。研究了三出口工艺中的平衡关系，提出了两种分别适用于不同方式三出口工艺串级计算的串级模型，并在分馏萃取的基础上将稀疏矩阵方法引入三出口串级计算，对工艺一，根据流程特点，假定串级过程中分离 数变化不大；对工艺二，利用所建立的单级分配模型，分别用FORTRAN语言编制程序，串级计算的结果与实验结果基本吻合。将溶液理论应用于萃取过程的计算是目前人们努力的一个方面。本工作对于P507－正庚烷萃取CuSo_4体系进行了溶液理论模型的研究，对于水相，应用适用范围广，计算精度高的Pitger理论计算平均离子活度，并将其部分为单离子活度系数，对有机相，应用Scatacherrd-Hilbrand的“溶度参数“理论模型进行关联，得到了模型的端值常数和热力学萃取常数。

铀酰化合物的结构

本文用HMPA、TBPO与LIO_2(NO_3)_2 6H_2O和HPMBP反应，制备了LIO_2(NO_3)_2 2HMPA、LIO_2(PMBP)_2HMPA和LIO_2(PMBP)_2TBPO。分析了LIO_2(NO_3)_22HMPA的电子光谱，中红外、远红外及拉曼光谱，~1HNMR谱，并测定了晶体结构，说明了HMPA在配合物中的配位状况。对于LIO_2(PMBP)_2 HMPA和LIO_2(PMBP)_2TBPO，从测定的红外光谱及~1HNMR谱中可判断二者具有类似的结构。对前者晶体进行了X射线分析，获得了配合物的空间结构。将中性配体HMPA、TBPO、TPPO、DSMO和DMF加入到LIO_2(OX)_2的THF溶液中，制备了LIO_2(OX)_2 L的系列配合物。分析了它们的电子光谱和红外光谱。选择了系列化合物中的LIO_2(OX)_2 TBPO测定了晶体结构，证实了从光谱中所得的结构信息。以上所表征的配合物的结构与堆积模型的预测一致。从而实验证明了堆积模型的正确性。用HMPA、TPPO与LIO_2Ac_2 2H_2O和HOX作用，制备了LIO_2Ac_2·HMPA·THF、LIO_2Ac_2 TPPO·THF和LIO_2(OX)_2 TPPO；前两个为同系物，LIO_2Ac_2 TPPO THF的单晶结构分析表明其为双聚形式存在。从堆积模型出发，分析了产生双聚结构的原因以及游离的THF在晶体形成过程中的作用，对LIO_2(OX)_2 TPPO·THF和LIO_2(OX)_2·TPPO进行堆积模型分析，预测了它们的双聚及三聚结构特征。这些与LIO_2(OX)_2 TPPO的初步结构分析结果是一致的。本工作还进行了铀酰配合物电子结构的SCC-DV-X_α方法计算。结合LIO_2Ac_3Na的光电子能谱，分析了LIO_2Ac_3~-的结构特征。给出了堆积模型的理论基础，解释了堆积饱和及堆积均匀规律。并分析了该模型在铀酰配合物中正确性的原因。

原子吸收光谱法提高某些元素灵敏度的方法研究及应用

原子吸收光谱法自五十年代提出以来发展十分迅速，迄今已是一种比较成熟的仪器分析方法。对大多数元素的研究已趋于完善，要提高分析灵敏度比较困难。本工作主要从基体改进剂的角度来研究石墨炉原子吸收光谱法（GFAAS）提高某些元素，尤其是高温元素的测定灵敏度的方法及其应用。GFAAS测硼的报道很少，硼的分析灵敏度低原因的于硼在低温时易以氧化物形式挥发损失，而高温时又生成难熔的B_4C。因此，必须寻找合适的基体改进剂。本工作通过对基体改进剂量的试验以及基体改进剂对硼的灰化和原子化温度影响的研究，得到3Ca, Sr, Ca/Mg、Ca/La和Sr/Mg均可作为测硼的基体改进剂的结果，其中混合基体改进剂Ca/Mg、Ca/La和Sr/Mg较Ca、Sr单独作基体改进剂性能要优越。本工作将x射线衍射分析与热力学计算相结合，综合已有的实验现象，提出了硼原子化过程的初步机理，同时也解释了基体改进剂Sr(NO_3)_2对硼吸收信号的增强作用，并推测了相应原子化过程。即气态硼原子的产生源自固态硼原子的升华，而固态硼原子的产生源自B_2O_3的碳还原。Sr(NO_3)_2的增感作用在于子化前SrB_6的生成，减少了B_2O_3的挥发损失，阻止了B_4C的生成。此外，本工作在基体改进剂研究的基础上，选用Ca/Mg和Sr/Mg混合基体改进剂分别测定了饮用水，标准参考物质桃叶以及高温镍基合金钢中的痕量硼，进行了灵敏度、线性范围和抗干扰能力试验。硼1％吸收时的特征量分别为2.5 * 10~(-10)g和2.0 * 10~(-10)g，线性范围均达1.6μg ml~(-1)，回收率在98-105%之间，精密度为4.7-8.4%。饮用水的检出限为50ng ml~(-1) B(3σ)。本工作还比较了金属盐类注入和浸渍处理石墨管后，GFAAS测硼的灵敏度、精密度和石墨管的使用寿命。用扫描电镜分析了石墨管的表面结构，并作了相应解释。建立快速、准确和灵敏的方法检测环境试样中的痕量Be、Al、Sn和Ge，是环境分析的重要课题之一。GFAAS作为一种灵敏的分析方法已广泛地用于环境分析上，但测定某些试样中的Be、Al、Sn和Ge灵敏度尚低。为此，本工作以Ca(NO_3)_2为基体改进剂探讨了增强这四种元素灵敏度的方法。实验结果表明，最佳条件下对比测定，Ca(NO_3)_2能将Be、Al、Sn和Ge的分析灵敏度分别提高3.6，5.7，9和50倍。Ca(NO_3)_2不仅提高了Be、Al、Sn和Ge的分析灵敏度，而且也提高灰化温度，并降低原子化温度，也增强抗干扰能力。本工作还探讨了Ca(NO_3)_2对Be、Al、Sn和Ge的增感机理。实验结果表明，钙对Be和Ge的增感主要在于气相作用，钙对Al的增感主要是固相作用，而钙对Sn的增感不仅有气相作用，也有固相作用。同时利用钙的增感作用直接测定了地下水及水系沉积物标样中的痕量铍，其检出限为5.5 * 10~(-13)g Be(3σ)，回收率在98-105%之间，精密度为2.8-4.4%。也利用钙的增感作用直接测定了河水及地下水中的痕量铝，其检出限为1.1ng ml~(-1) Al (3σ)，回收率在95-106%之间，测定的精密度为2.7-6.8%。此外，本工作也研究了石墨炉原子吸收光谱法测铝时各种氯化物的干扰现象。结果发现，NaCl，KCl，FeCl_3和CuCl_2对铝产生负干扰，这种干扰来自气相中Cl和Al的结合；MgCl_2和CaCl_2对铝产生正干扰，这种干扰来自它们的氧化物对铝的增感作用；HCl不干扰铝的测定，而HClO_4对铝的干扰与石墨管的表面有关。本工作所建立的GFAAS测Al，B，Be的方法，具有简单、快速，且灵敏度高的特点，适用于环境试样中痕量铝、硼、铍的测定。

稀土冠醚络合物的研究

稀土冠醚配合物由于其有趣的稀土／冠醚配比和结构以及其在稀土萃取分离、光谱探针等方面应用的可能性，引起了人们极大的研究兴趣，在固体配合物合成、晶体结构、配合物稳定性、冠醚在稀土萃取分离中应用等方面展开了广泛的研究。但是，对于不同配比配合物的反应机理及本质的探讨尚注意不够；三元配合物的合成工作较少；冠醚对稀土元素萃取需要有大体积对阴离子存在，且萃取效率不高，分离因数低。所有这些表明，对稀土冠醚配合物的合成及其性质，有必要作进一步深入的研究。本论文以冠醚(2,2)及其衍生物以及18－冠－6作为配体，研究其稀土配合物的结构及性质，取得了一些有意义的结果。1．合成轻稀土La-Nd硝酸盐与冠醚(2,2)配合物并测定了它们的晶体结构。晶体属于三斜晶系，空间群PT。随着原子序数增加，晶胞体积减小。配合物中，中心离子位于冠醚环中心，三个硝酸根均以双齿形式配位，其中两个位于位阻较小的冠醚环一侧，另一个位于其对侧。中心离子的配位数为12。指出硝酸稀土冠醚(2,2)配合物存在着两种不同的结构: [Ln(NO_3)_3(2,2)I (Ln = La - Sm); [Ln(NO_3)_2(2,2)]NO_3 (Ln = Eu)。用“堆积原理”解释了这种结构差异的原因。2．原INDO法计算了配合物La(NO_3)_3(2,2)的净电荷分布、电子结构、键级。用XPS验证了净电荷分布计算结果。键级计算结果表明，镧与配位原子间的键具有一定程度的共价性。镧的5d轨道对共价成份的贡献最大，而4f轨道基本上不参与成键，镧与冠醚环上氮原子间具有较强的作用，从而提高了稀土冠醚(2,2)配合物的稳定性。3．合成了稀土苦味酸盐与冠醚(2,2)配合物。元素分析结果指出：La、Pr-Sm配合物为无水的1:1配合物，Eu-Lu配合物为含水配合物。用IR、NMR、TG研究了La、Pr-Sm四个配合物的性质。IR研究结果表明，冠醚环上C-O-C、C-N-C反对称伸缩振动频率在形成配合物后向低波数位移40 cm~(-1)左右。N－H伸缩振动频率向低波数位移并发生分裂，其中一个分裂峰位移达-130 cm~(-1)。配位后，苦味酸C－O伸缩振动频率向低波数位移约10 cm~(-1)，苯环上硝基面外摇摆振动发生分裂，表明苦味酸以酚氧原子及硝基氧原子参与配位。~1H NMR结果表明，配位后，冠醚环上质子向高场位移。4．合成了未见文献报道的十五个稀土－PMBP－18C6三元配合物。元素分析结果指出配合物组成为1:3:1，用IR、NMR、FAB－MS TG－DTA研究了配合物性质。IR结果指出：形成配合物后，冠醚C－O－C反对称伸缩振动频率位移较小，表明了稀土与冠醚间的作用较弱。FAB－MS中[Ln(PMBP)_2·18C6]~+谱峰丰度小于[Ln(PMBP)_2]~+，也反映了三元配合物中稀土与冠醚间的较弱的作用，表明三元配合物的稳定性不如二元配合物。选择La~(3+)、Lu~(3+)、Y~(3+)、Pr~(3+)、Eu~(3+)、Ho~(3+)的三元配合物进行了~1H NMR研究。对抗磁性离子La~(3+)、Lu~(3+)、Y~(3+)的配合物，与自由配体比较，各组质子均向高场位移。顺磁性离子Pr~(3+)、Eu~(3+)配合物中，PMBP苯环质子发生更大位移，同时谱峰宽化。冠醚环上质子及PMBP甲基质子共振峰消失。Ho~(3+)配合物由于强烈的宽化作用而没有出现质子核磁共振信号。5．研究冠醚(2,2)的两种衍生物对Pr~(3+)的萃取行为，结果表明，在没有大体积对阴离子存在下，冠醚对Pr(NO_3)_3能有较高的萃取率，这种现象尚未见文献报导。考察了冠醚浓度、稀土浓度等对萃取分配比的影响，随着冠醚浓度增加，萃取分配比增加，而稀土浓度增加时，萃取分配比下降。

伯胺N_(1923)与其它试剂对金属离子(Zn~(2+).Cd~(2+).RE~(3+))的萃取及协同萃取

胺类萃取剂具有其独特优点，特别是伯胺，因含有活泼氢，既能作为“阴离子交换剂”，又能与被萃的含氧金属络阴离了形成氢键而溶剂化，同时伯胺为一路易斯碱，可作为配体与某些金属离子形成配位键等，因而已广泛地用于金属离子的提纯与分离工业中。然而，1）为了寻找新的、更有效的萃取及协同萃取体系，以适应分析分离各种金属离子，改善金属离子的分离工艺；2）研究萃取和协同萃取的一般规律，探寻其内在规律性，充实完善萃取化学原理的内容；3）研究多元配合物的组成、结构和机理；4）系统地研究和比较不同结构胺类萃取剂与其它萃取剂对金属离子的萃取及协同萃取的相互作用，探讨多元配合物的形成条件等，因此，研究伯胺N_(1923)与其它萃取剂在不同酸度、不同条件，不同体系中对Zn(II)、Cd(II)、Re(III)的萃取及协同萃取具有一定意义。本文分别研究了伯胺N_(1923)与中性磷试剂对ZnCl_2、CdCl_2、Zn(SCN)_2的协同萃取；伯胺N_(1923)与HPMBP对RE（III）的协同萃取以及伯胺N_(1923)在不同介质中对Sc(III)的萃取机理等，并用得到了一些有意义的结果与结论。一、伯胺N_(1923)与中性磷萃取剂(TBP, DBBP)对Zn(II)、Cd(II)的协同萃取1. 伯胺N_(1923)与TBP、DBBP对ZnCl_2的协萃取 研究了伯胺N_(1923)与TBP、DBBP的正庚烷溶液从盐酸介质中对ZnCl_2的萃取机理，用斜率法、等摩尔系列法确定了协萃配合物组成为：(RNH_3Cl)_3·ZnCl_2·B、(RNH_3Cl)_2·ZnCl_2·B (B = TBP·DBBP)协萃反应为：ZnCl_2 + (RNH_3Cl)_3_((o)) + TBP_((o)) →~(K_(12)(TBP) (RNH_3Cl)_3·ZnCl_3·ZnCl_2·TBP_((o)) ZnCl_2+Z/3(RNH_3Cl)_(3(o)) + DBBP_((o)) → (RNH_3Cl)_2 · ZnCl_2·DBBP_((o))协萃配合物生成反应为：(RNH_3Cl)_3·ZnCl_(2(o)) + TBP_((o))→~(B_(12)(TBP) (RNH_3Cl)_3·ZnCl_2·TBP_((o)) (RNH_3Cl)_3·ZnCl_(2(o)) + DBBP_((o)) →~(B_(12)(DBBP) (RNH_3Cl)_2·ZnCl_2·DBBP_((o)) + RNH_3Cl_((o))同时发现，中性磷试剂对Zn(II)的协萃效应大小影响有下列关系：DBBP>TBP。并求得了协萃反应平衡常数和协萃配合物生成反应平衡常数。在研究溶剂对协同效应影响时发现，对芳香烃及其衍生物，分配比（D）与溶剂介电常数（ε）的关系为D_∝1/ε，而对芳香烃及其衍生物，分配比（D）与介电常数（ε）的关系为D_∝ε。讨论了温度对协萃反应的影响，对协萃配合物的IR、NMR谱也进行了研究。2.伯胺N_(1923)与TBP对Zn_(SCN)_2的协同萃取研究了伯胺N_(1923)与TBP的庚烷溶液从硝酸底液中对Zn(SCN)_2的萃取机理，用等摩尔系列法、斜率法确定了TBP和Zn(SCN)_2以及伯胺N_(1923)与TBP对Zn(SCN)_2的协萃配合物组成分别为：Zn(SCN)_2·3TBP. (RNH_3)_2Zn(SCN)_4·TBP,协谇反应为：Zn(SCN)_4~(2-) + (RNH_3NO_3)_(2(o)) + TBP_((o)) → (RNH_3)_2Zn(SCN)_4·TBP_((o)) + 2NO_3~-协萃配合物三种可能生成反应为(RNH_3)_2Zn(SCN)_(4(o)) + TBP_((o)) → ~(B'12) (RNH_3)_2Zn(SCN)_4·TBP_((o)) (a) (RNH_3NO_3)_(2(o)) + Zn(SCN)_2·3TBP_((o)) + 2SCN~-→~(β"12)→(RNH_3)Zn(SCN)_4βTBP_((o))+2TBP_((o))+2NO_3~- (b) (RNH_3NO_3)_(2(o)) + (RNH_3)_2Zn(SCN)_(4(o)) + 2SCN~- + Zn(SCN)_2.3TBP_((o)) →~(β"12)→R(RNH_3)_2Zn(SCN)_4.TBP_((o)) + 2NO_3~- + TBP_((o)) (c) 求得了协萃反应及生成反应的平衡常数，并由生成反应常数可知：β"'_(12) > β'_(12) > β"_(12)，即反应（c）对协萃配合物的生成贡献最大，其次反应（a），最小的是反应（b），同时还发现，不同阴离子对协萃效应影响有下列关系：SCN~- > Cl~_。并对协萃配合物的IR谱进行了研究，讨论了温度对协萃反应的影响。3. 伯胺N_(1923)与TBP、DBBP对Cd（II）的协同萃取研究了伯胺N_(1923)与TBP、DBBP的正庚烷溶液从盐酸介质中对Cd(II)的协同萃取，用等摩尔系列法、斜率法确定了协萃配合物组成为(RNH_3Cl)_2·CdCl_2·B，协萃反应及协萃配合物生成的反应分别为：CdCl_2 + 2/3 (RNH_3Cl)_(3(o)) + B_((o)) →~(K_(12)) → (RNH_3Cl)_2·CdCl_2·B_((o)) (RNH_3Cl_3)·CdCl_2_((o)) + B_((o)) →~(BR)(RNH_3Cl)_2·CdCl_2·B_((o)) + RNH_3Cl_((o))求得了协萃反应及生成反应平衡常数，计算了协萃反应的热力学函数值，结果还发现与Zn(II)协同萃取比较，协同效应大小有下列关系：Zn(II) > Cd(II)，由实验结果证实了“萃取效应大，则协萃效应小，反之，萃取效应小，则协同效应大”这一结论。并对协萃配合物的IR、NMR谱进行了研究。二. 伯胺N_(1923)与HPMBP对RE（III）的协同萃取研究了伯胺N_(1923)与HPMBP的二甲苯溶液在盐酸介质中对RE（III）的协萃机理（RE~(3+ = La~(3+), Pr~(3+), Eu~(3+), Gd~(3+), Tb~(3+), Er~(3+), Yb~(3+)和Y~(3+)）用斜率法及等摩尔系列法确定了协萃配合物组成为RNH_3Ln(PMBP)_4。求得了关于Pr(III)的协萃反应及生成反应的平衡常数值，协萃反应及生成反应分别为：Ln~(3+) + 4HPMBP_((o)) + RNH_3Cl_((o)) → RNH_3LN(PMBP)_(4(o)) + 4H~+ + Cl~- Ln(PMBP)_(3(o)) + RNH_3Cl_((o)) → RNH_3Ln(PMBP)_(4(o)) + H~+ + Cl~- 结果还发现协萃系数（R）随稀土元素的原子序数（Z）递变而出现“双峰效应”（未见文献报道），而且随RNH_3Cl浓度增加到某一一出现反协同效应。同时研究了关于Pr(III)协萃配合物的IR、NMR谱。三、伯胺N_(1923)在硝酸盐及硫氰酸盐混合介质中对Sc(III)的萃取研究了RNH_3NO_3在硝酸盐和硫氰酸盐混合介质中萃取Sc(III)的机理，结果发现，钪是以Sc(OH)_2~+形式萃入有机相的，且SCN~-, NO_3~-对RNH_3nO_3萃取Sc(III)具有协同效应，并且斜率法、连续变化法及PH值测定确定了萃取反应为：Sc(OH)_2~+ + SCN~- + 2(RNH_3NO_3)_(2((o)) → (RNH_3nO_3)_4.Sc(OH)_2SCN_((o)) Sc(OH)_2~+ + SCN~- + NO_3~- + (RNH_3NO_3)_(2(o)) → (RNH_3NO_3)_2.Sc(OH)(SCN)NO_3 + OH~-求得了反应的平衡常数及热力学函数值。

稀土——冠醚配合物的合成、结构、性质及应用研究

近20年来，冠醚类化合物的络合选择性以及稀土——冠醚络合物在结构和性质上的特殊性一直吸引着人们的研究兴趣，研究稀土冠醚的配位作用，探讨冠醚在稀土分离，作为光谱探等方面的应用一直为人们所重视，并取得了丰富的研究资料，但由于稀土冠醚配位作用的复杂性，目前人们尚无法解释许多实验事实，因此，有必要进行配合物的深入研究，同时考虑到目前高纯稀土生产中，对少量的矸金属、矸土金属杂质仍无十分有效的分离方法，而冠醚对矸金属、矸土金属的配位能力大于稀土，利用冠醚有可能实现这一分离，为此我们完成了如下工作：研究了水合稀土硝酸盐与B12C4、Cy12C4和B15C5络合物的合成结构和性质。对于B12C4，轻重稀土均可得到稳定的无水络合物（1：1），对Pr、Cd、Lu的络合物的晶体结构分析表明，三者具有相同的结构特征。Cy12C4表现出了与B12C4相似的配位性能，它与轻重稀土均可得到稳定的无水络合物；对La、Eu、Lu络合物的晶体结构研究表明，La、Eu络合物中三个NO_3~-呈不对称排列，这在“伞型”结构的稀土硝酸盐络合物中尚无报道；对于B15C5，轻重稀土表现出了不同的配位能力，其中，轻稀土络合能力较强，可以得到无水的直接配位络合物R(NO_3)_3、B15C5(R=La-Gd)，但Sm和Gd络合物的稳定性已变差，晶体结构及红外数据表明，这些络合物具有相同的结构特征；重稀土与B15C5得到含水配恰 物；通过对典型含水重稀土络合物Yb(NO_3)_3、3H_2O、B15C5和的结构和性质研究，指出B15C5不参与中心离子配位是含水重稀土-B15C5络合物的结构特点。研究了La(NO_3)_3、L(L=16C5, Me_216C5)及Lu(NO_3)_3、3H_2O、16C6的合成结构和性质，分析了它们的结构特点。初步总结了水合稀土盐与冠醚的配位特点，分析了1：2冠醚直接配位型络合物难以形成的原因及影响冠醚与水配竞争的因素，总结了稀土——冠醚络合物的结构特征。用INDO法研究了Lu(NO_3)_3、B12C4及Lu(NO_3)_3、Cy12C4电子结构，比较了取代基苯环和单环已基对配体配位性能的影响。研究了DCC对HNO_3溶液中Ca和La的萃取，指出DCC对硝酸镧基本不萃取，对Ca萃取率可达20%。因而具有明显的分离作用。

稀土元素（III）和铁（III）的萃取动力学研究

溶剂萃取是分离稀土元素的主要方法。通过对溶剂萃取动力学的研究，不但能够从理论上深入了解萃取过程的反应机理。而且在萃取的实际应用中，也可以利用动力学因素提高分离效率和选择性。因此，稀土元素（III）和铁（III）的萃取动力学研究，对萃取机理和实际应用都具有重要意义。本文用液滴生长法分别研究了伯胺N_(1923)萃取稀土（III）及铁（III）和HEH（EHP）萃取稀土（III）的动力学。1、研究了伯胺盐(N1923H)_2SO_4从硫酸介质中萃取La(III)和Fe(III)的动力学过程。考察了La~(3+),Fe~(3+),N1923,H~+,SO_4~(2-)和温度对萃取速率的影响。结果表明，(N1923H)_2SO_4萃取La(III)和Fe(III)时，它们之间在动力学性质上差异不大。并根据实验结果，推测了萃取反应机理。推导了正向初始萃取速率的理论方程。计算了萃取反应的表观活化能。2、研究了HEH（EHP）从HCL－NaCl-NaNO_3溶液中萃取Er(III)的动力学过程。考察了Er~(3+)，HEH（EHP），NO_3~-，CL~-，H~+和温度对萃取速率的影响。结果表明，在HEH（EHP）从盐酸介质中萃取Er(III)时，NO_3~-能增加该萃取体系的萃取速率。并根据实验结果，当NaNO_3作为添加剂时，推测了萃取反应机现。导出了正向初始萃取速率的理论方程。计算了萃取反应机理。导出了正向初始萃取速率的理论方程。计算了萃取反应的表观活化能。提出影响萃取速率的“表面张力效应”。3、研究了HEH（EHP）－N1923－正庚烷萃取体系从盐酸介质中萃取Er(III)的动力学过程。考察了Er~(3+)，HEH（EHP），N1923，CL~-，H~+和温度对萃取速率的影响。结果表明，在盐酸介质中HEH（EHP）萃取Er(III)时，N1923对该萃取体系的萃取速率有影响。适当浓度的N1923能加快萃取速率。当N1923作为表面活性剂时，根据实验结果推测了萃取反应机理。推导了正向初始萃取速率的理论方程。计算了萃取反应的表观活化能。4、研究了HEH（EHP）从HCl-NaCl-KSCN溶液中萃取Er(III)的动力学过程。考察了Er~(3+)，HEH(EHP)， CL~-，SCN~-，H~+和温度对萃取速率的影响。结果表明，在HEH（EHP）从盐酸介质中萃取Er（III）时，硫氯酸盐能加快该体系的萃取速率，起着正催化作用。当KSCN作为催化剂时，根据实验结果推测了萃取反应机理。推导了正向初始萃取速率的理论方程。计算了萃取反应的表观活化能。

微生物活性抑制剂对土壤氮氧化物排放及相关微生物过程的影响

为利用双氰胺（DCD）减少N肥环境污染提供依据，室内试验和原位测定相结合，研究了不同情况下（土壤类型、双氰胺与氮肥结合形式、氮肥类型、土地利用方式）DCD对农田土壤痕量氮氧化物（N_2O和NO）排放及相关微生物过程的影响。结果显示：DCD对施肥土壤硝化过程有很强的抑制作用，提高NH_4~+浓度并使之保持较长时间，减少NO_3~-累积，减少N_2O和NO排放，间接促进肥料氮的固定和减少反硝化总损失，但可增加反硝化过程中产生的N_2O排放量。正常湿度条件下，DCD的硝化抑制作用和对NO与N_2O的减排作用受土壤粘粒与有机质含量影响较大。（源于硝化过程）的土壤NO排放量高于N_2O排队放量10倍以上。壤质土壤（粘粒含蓄量和有机质含量较低）中由施肥引起的NO和N_2O排队放量分别高于草甸棕壤的NO和N_2O排放量1倍左右。相同剂量的DCD，在壤质土壤中硝化抑制作用和对NO和N_2O的减排效果显著，在草甸棕壤中硝化抑制作用较小，虽然对NO和N_2O减排效果显著，但绝对值较小。开垦（17年）降低了草原土壤有机质含量，改变与N_2O排放相关的土壤氨化细菌和反硝化细菌的数量季节变化，加快了肥料N在土壤的转化速率，减少（施肥或不施肥）土壤N_2O排队放量，增强DCD的抑制作用。因施肥引起的N_2O排队放量较小，削弱了DCD对N_2O的减排作用。与混合态DCD相比，同碳酸氢铵形成的共结晶态DCD除了作为氨稳定剂减少氨挥发外，在促进肥料氮固定和硝化抑制方面稍弱（特别是在壤质土壤中），但对土壤NO和N_2O的减排队作用差异较小（对草甸棕壤NO排队放的影响例外，差异稍大）。长碳（DCD与碳酸氢铵的共结晶）和长尿（尿素+DCD+尿酶抑制剂+植物生长激素）减少施肥相起的氮氧化物排队放和硝酸盐累积，同时对作物有一定的增产作用。在推广长碳和长尿过程中，结合当地气候、土壤类型、营养状况，可达到提高作物产量，减少环境污染的双重目标。

植物释放 NO_2 与光照及相关生物化学过程关系的研究

N_2O 是影响全球气候变化的重要温室气体，其源汇估算是深入了解人类活动对环境变化的基础。目前 N_2O 源汇的估算仍有不确实性。大气 N_2O 主要来自生物排放。植物本身作为 N_2O 排放源的发现为 N_2O 源的估算开辟了新的研究领域，为提高 N_2O 源汇估算的精确度提供了可能。植物排放 N_2O 的研究己日益引起科学家的重视。本文采用田间栽种和室内培养实验相结合的研究方法，对植物 N_2O 排放与光照的关系，及相关生物化学过程进行了系统的研究。通过对大豆及叶菜类蔬菜的观测实验，进一步证实了植物释放 N_2O 这一重要植物生物生态现象的存在；对影响植物释放 N_2O 的重要环境因子-光照对 N_2O 排放通量的影响进行了深入的探讨；研究了植物体 N 代谢过程中涉及N_2O 产生过程的硝酸盐还原作用、亚硝酸盐还原作用和植物 N_2O 释放通量之间的关系。部分揭示了植物释放 N_2O 的机理，为植物释放 N_2O 及光调节机理模型的建立提供了必要的实验和理论依据。主要实验结果如下：1）通过对不同光照条件下，不同 N 素营养供给水平大豆N_2O 释放通量 叶片内的硝酸盐、亚硝酸含量的测定，结合使用硝酸盐同化（或异化）还原作用的抑制剂（如 CH_4 或 C_2H_2），对不同培养条件下大豆的 N_2O 释放进行了测定，进一步证明了光照对大豆释放 N_2O的影响，即强光照下大豆 N_2O 的释放较少，弱光照下大豆 N_2O 的释放较多。验证乙炔对大豆植物转化 N_2O 的抑制作用。硝酸盐培养同铵盐培养相比，在不同光照条件下，大豆苗 N_2O 释放明显增加，并有较高硝酸盐积累，光照强度的降低也能导致 NO_3~- 的积累，硝酸盐培养的大豆体内 NO_2~- 含量高于铵盐培养。2）用封闭式箱法和乙炔抑制技术，通过对 200 和 40 μmol·m~(-2)·s~(-1) 光照条件下不同苗龄大豆植株 N_2O 释放通量和叶片硝酸盐还原酶活性及硝酸盐和亚硝酸盐含量的同步测定，研究了不同光照对苗期大豆 N_2O 释放和硝酸盐还原酶活性的影响。首次揭示，在强光照条件下苗期大豆叶片硝酸还原酶活性呈现“V”形变化，在此期间 N_2O 释放通量逐渐增加，两者变化趋势不呈现相关性；在弱光照条件下，同一时期大豆体内硝酸盐还原酶活性与强光照条件下相比较低，而 N_2O 释放通量较高，也呈现逐渐增加趋势，硝酸还原酶活性和 N_2O 释放通量显著相关。强光照条件下大豆叶片硝酸还原酶活性和大豆叶片硝酸盐含量显著相关。两种光照处理下，亚硝酸盐含量均较低。3）利用 3 种不同光照条件处理，对苗期大豆亚硝酸盐还原酶提取液的活性进行了观测，同时结合三种不同处理亚硝酸盐还原酶提取液的 N_2O 释放通量测定，发现不同光照条件对 30-55 天大豆亚硝酸还原酶活性没有明显的影响，三种不同处理酶提取液 N_2O 释放或吸收呈现不同变化，发育时期和亚硝酸还原酶活性对酶提取液 N_2O 释放通量起主要作用；还原剂和三种亚硝酸盐还原提取液 N_2O 释放没有明显相关性。4）通过对除草剂 2，4-D 和溴苯腈处理的大豆 N_2O 释放的观测，首次发现 2，4-D 和溴苯腈处理的大豆 N_2O 释放通量分别是 14.1 和 19.7 ng N_2O g~(-1) fw h~(-1)。2，4-D 和溴苯腈处理的大豆中 N_2O~--N 含量为 8 μmol·m~(-2)·s~(-1)，是对照的 5 倍；除草剂处理的大豆体内 NO_3~--N 与对照相比，没有显著差别，因此推断 NO_3~--N 吸收过程中代谢积累的 NO_2--N 导致所观测的 N_2O 释放，N_2O 有可能是植物代谢过程中 NO_2~--N 植物代谢物反应或是 NO_2~--N 降解的副产物。5）通过对强弱两种光照条件下，高硝酸盐含量叶菜类蔬菜小白菜、菠菜和芹菜的 N_2O 释放的吸收随时间变化的观测，结合叶片中硝酸根、亚硝酸根含量的测定，发现光照强度对菠菜、芹菜、小白菜 N_2O 释放和吸收有影响，总体上表现为弱光照下三种植物 N_2O 释放量较高，强光下很少释放或表现为吸收。在 120 min 的观测中，三种植物释放和吸收曲线没有呈现明显的规则变化。喷洒除草剂 2. 4-D 增加芹菜在黑暗条件下 N_2O 的释放。强光照射与弱光相比三种植物的硝酸根含量均略低，而亚硝酸含量没有明显的差异。6）结合实验结果探讨了植物释放 N_2O 的三种机理：1）N_2O 是逆境条件下植物不正常代谢化学反应的产物的可能；2）植物将土壤中产生 N_2O 传输到大气中；3）N_2O 可能作为植物体硝酸还原代谢产物而被植物释放。综合后三种可能提出了在各种环境因子作用下植物释放 N_2O 的模型，认为植物N_2O 的释放可能是后两种途径共同作用的结果，硝酸盐代谢过程中相关酶的还原起主要作用，随环境条件的不同，三种释放途径的作用强度可能发生改变。

土壤优先水流及溶质先迁移的研究

本文以探讨土壤优先水流的特征和非吸附性离子优先先移为主要目的，通过对土壤优先水流穿透曲线的分析，定量的论证了优先水流的特征。在分析方法上进行了一系列尝试。得出了土壤优先水流的几个典型特征，即土壤优先水流的优先穿透、穿透曲线的不对称性、穿透曲线的拖尾和出流速率的不稳定性。在土壤优先水流特征分析的基础上，提出了判断土壤优先水流的定量方法。围绕非吸附性离子的优先迁移的实验结果，分析了阶跃输入和脉冲输入的非吸附性离子在不同水力负荷下的运移特点、优先水流的侧向入渗对土体中溶质分布的影响和耕作对土壤优先水流及溶质运移的影响。研究表明原状黑土、棕壤、暗棕壤和红壤中优先水流穿透时的孔隙容积分别为 0.05、0.051、0.048 和 0.042，穿透浓度为 0.759mg/l、0.087mg/l、0.115mg/l 和 0.117mg/l，在穿透时间上分别较对应的填充土柱提前 144、104、168 和 120 小时。原状土柱出流速率波动较大，其变异系数分别较对应的填充土柱高出 5～10 倍。在不同水力负荷下，原状土柱 Br 和 NO_3~- 的累积迁移量均明显高于填充土柱。不同水力负荷条件下，Br 和 NO_3~- 累积迁移量的差异不是来源于土壤优先水流，而是来源于土壤基质流。耕作可以影响土壤优先水流的穿透规律，并对土壤溶质运移构成影响。但耕作对土壤优先水流的穿透时间、穿透时的孔隙容积、穿透峰的出现和累积迁移量的影响并不遵从同一规律，这个过程不能通过孔隙的增减来简单描述的。优先水流存在下, Br 和 NO_3~- 在土壤中的分布表现为以大孔隙为中心向外径向递减，即 I 区溶质含量 ＞ II 区 ＞ III 区。土柱中溶质的径向分布以大孔隙为中心呈辐射状，表现距大孔隙越近溶质浓度越高。土壤优先水流可以引起非吸附性离子的快速大量迁移。这种迁移为深层次土壤和地下水中溶质浓度的大幅度提高提供了条件，一方面可能增加了深层次土壤污染修复的难度，一方面可以导致水体的富营养化，造成在下水污染的危险。