研究团队开发了一种干燥土壤和矿物表面pH原位测定新技术

自然土壤和矿物常处于干燥或半干燥状态，其表面性质和界面环境行为与其悬浊液土壤和矿物体系有显著不同。目前，干燥土壤和矿物质的表面酸度不能通过悬浊液体系的电极法测定，而传统的NH₃程序升温脱附等固体酸检测方法在分析土壤和矿物的酸性时又会存在不可靠且复杂的问题。

针对以上问题，广东省科学院生态环境与土壤研究所刘同旭研究员团队开发了一种基于酸碱指示剂和固体漫反射光谱仪（DRS，附有积分球）的原位测定新技术。通过该技术测定的干燥蒙脱石、高岭石、氧化铝、氧化硅、二氧化钛的表面pH（pH_surf）值比悬浊液体系电极法测定的pH低1.13-3.14。同时，为探究干燥矿物和矿物悬浊液酸性差异，团队进行了不同水分矿物中抗生素的降解实验。实验显示，干燥矿物中抗生素明显更易降解，说明干燥矿物比矿物悬浊液具有更强的酸催化活性，反映出悬浊液体系电极法不能真实反映干燥矿物酸性，团队开发的测定新技术更具准确意义。

此外，团队还将我国红壤、黄壤、黑土等7个省份的自然土壤样品用基质BaSO₄稀释，通过DRS测定其pH_surf值，并利用金属氧化物和黏土矿物的pH_surf值与其悬浊液体系的pH值构建pH_surf与悬浊液pH标准曲线，再基于土壤悬浊液pH值计算得到土壤的pH_surf值。实验结果显示，两种DRS方法计算得到的pH_surf值保持一致，比悬浊液pH及其水分推外法得到的干燥土壤的pH更能准确反映干燥土壤的表面酸性。

研究团队表示，该项新技术可用于研究干燥土壤、矿物、粉尘、生物炭等的酸性，能为干燥环境中材料界面污染物、微生物、有机碳等环境行为的研究提供技术支撑。

以上成果发表于界面化学领域权威期刊Langmuir。程鹏飞和程宽博士为共同第一作者，刘同旭研究员为通讯作者。该研究获国家自然科学基金、中国博士后基金和广东省科学院发展专项资金等项目的资助。

期刊封面

将酸碱指示剂与漫反射光谱相结合可以获得干燥矿物和土壤表面pH值

论文信息：Cheng, Pengfei^#; Cheng, Kuan^#; Yang, Yang; Hu, Shiwen; Guo, Chao; Chen, Guojun; Wang, Ying; Liu, Tongxu*. In situ quantification of surface pH of dry soils and minerals: an innovative approach combining indicators and diffuse reflectance spectroscopy", Langmuir, 2025, In Press. 

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.langmuir.5c01668

（土壤分子过程团队 程鹏飞/供稿）