在環(huán)境監(jiān)測與污染控制領(lǐng)域，精準(zhǔn)捕捉污染物的有效態(tài)濃度及微尺度遷移規(guī)律是理解生態(tài)系統(tǒng)過程、評估環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵。薄膜擴(kuò)散梯度技術(shù)（DGT）作為一種新型原位采樣與監(jiān)測技術(shù)，憑借其原位性、高分辨率及對生物有效態(tài)的特異性識別能力，已成為環(huán)境科學(xué)研究的重要工具。

一、DGT 技術(shù)原理與裝置構(gòu)成

DGT 技術(shù)的核心原理基于菲克第一定律，通過污染物在擴(kuò)散膜中的擴(kuò)散行為計(jì)算其有效態(tài)濃度。其基本公式為：

DGT 裝置由固定膜、擴(kuò)散膜、濾膜及支撐底板、蓋板組成。固定膜負(fù)責(zé)吸附目標(biāo)污染物（如 Zr-oxide 膜吸附磷、Chelex 膜吸附金屬），擴(kuò)散膜為污染物提供擴(kuò)散通道，濾膜則防止顆粒物干擾。根據(jù)應(yīng)用場景不同，裝置尺寸與構(gòu)型可調(diào)整：用于水體和土壤時(shí)，有效長度達(dá) 15cm，寬度 2cm；針對沉積物和濕地土壤的微區(qū)分析，分辨率可至亞毫米級，精準(zhǔn)捕捉界面動態(tài)。

二、DGT 操作流程：從制備到分析

DGT 的完整操作流程涵蓋膜制備、原位部署、回收處理及樣品分析四大環(huán)節(jié)，需嚴(yán)格控制環(huán)境干擾以保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

1. 膜制備與組裝：在潔凈實(shí)驗(yàn)室中制備固定膜（如 ZrO-Chelex 復(fù)合膜），組裝時(shí)需注意：投放前充氮?dú)馊コ鯕?，測定硫等敏感元素時(shí)需避光保存，裝置需濕潤密封以維持?jǐn)U散環(huán)境穩(wěn)定。

2. 原位部署與回收：根據(jù)場景選擇野外投放或室內(nèi)培養(yǎng)。野外部署時(shí)，通過 GPS 定位、浮標(biāo)標(biāo)記確保裝置垂直插入沉積物 - 水界面，“保護(hù)衣” 設(shè)計(jì)避免水動力干擾；室內(nèi)培養(yǎng)則通過預(yù)設(shè)標(biāo)記控制插入深度，保證界面識別精度。回收時(shí)需記錄水溫、界面位置，快速沖洗以減少樣品擾動。

3. 樣品分析：

? 一維分析：將固定膜切片（分辨率可達(dá) 2mm），通過振蕩提取、顯色測定，獲取污染物垂向分布特征；

? 二維分析：利用顯色劑（如磷的鋯膜顯色）結(jié)合灰度校正，實(shí)現(xiàn)亞毫米級（0.0423×0.0423mm）空間分布成像，揭示微區(qū)異質(zhì)性。

三、DGT 技術(shù)的核心應(yīng)用領(lǐng)域

DGT 技術(shù)的優(yōu)勢在環(huán)境監(jiān)測、機(jī)理研究及污染治理評估中得到充分體現(xiàn)，其應(yīng)用已覆蓋水體、土壤、沉積物等多介質(zhì)。

1. 環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測與風(fēng)險(xiǎn)評估

DGT 可原位測定污染物有效態(tài)濃度，為環(huán)境質(zhì)量評價(jià)提供直接依據(jù)。例如，在太湖沉積物研究中，通過 DGT 獲取有效態(tài)磷、鐵的二維分布，發(fā)現(xiàn)兩者空間分布高度一致，揭示了磷 - 鐵耦合釋放機(jī)制；在城市污染河道監(jiān)測中，長期追蹤有效態(tài)磷的動態(tài)變化，為富營養(yǎng)化治理提供數(shù)據(jù)支撐。此外，DGT 對重金屬生物有效態(tài)的精準(zhǔn)識別，可有效評估濕地、農(nóng)田土壤中鎘、鉛等元素的暴露風(fēng)險(xiǎn)，其結(jié)果與生物吸收量的相關(guān)性顯著高于傳統(tǒng)總量分析。

2. 污染物遷移動力學(xué)與微區(qū)機(jī)理探討

結(jié)合 DIFS（DGT-induced flux in sediments）動力學(xué)模型，DGT 可解析污染物在固 - 液界面的交換速率、響應(yīng)時(shí)間等參數(shù)，預(yù)測環(huán)境質(zhì)量變化趨勢。例如，在濕地轉(zhuǎn)化為水產(chǎn)養(yǎng)殖池塘的研究中，DGT 監(jiān)測發(fā)現(xiàn)磷釋放通量因動力交換改變而大幅增加，結(jié)合模型擬合揭示了生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換對物質(zhì)循環(huán)的影響。同時(shí)，DGT 與 LA-ICP-MS、平面光極等技術(shù)聯(lián)用，可同步獲取根際微區(qū)中氧、pH 與重金屬的分布，闡明植物 - 微生物 - 污染物的相互作用機(jī)理。

3. 污染治理效果與生態(tài)過程解析

DGT 在污染修復(fù)評估中表現(xiàn)突出：通過監(jiān)測覆蓋劑（如 Al 系材料）對沉積物中砷的固定效果，直接反映治理措施的長期有效性；分析底棲動物（搖蚊幼蟲、河蜆）擾動下有效態(tài)磷、鐵的分布變化，揭示生物活動對污染物釋放的調(diào)控作用。此外，多元素同步測定技術(shù)（如陰、陽離子同步監(jiān)測 17 種元素）可解析氮、磷、硫等元素的協(xié)同遷移規(guī)律，為復(fù)雜生態(tài)過程提供全新視角。

四、技術(shù)發(fā)展與未來展望

DGT 技術(shù)歷經(jīng)數(shù)十年發(fā)展，已從早期的單一元素測定邁向多參數(shù)、高分辨、跨尺度聯(lián)用的新階段。從 1994 年的水體測定起步，到如今的二維成像、多技術(shù)復(fù)合（如 DGT-PO 同步測定氮、磷與溶解氧），其分辨率從厘米級提升至亞毫米級，應(yīng)用場景從實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)展至全球各類生態(tài)系統(tǒng)。目前，智感DGT的相關(guān)研究發(fā)文量與引用量持續(xù)增長，技術(shù)培訓(xùn)會在全國范圍內(nèi)不定期舉辦，彰顯其學(xué)術(shù)影響力與應(yīng)用價(jià)值。DGT 技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用，不僅推動了環(huán)境監(jiān)測方法的革新，更深化了人類對污染物生物有效性及微尺度循環(huán)的認(rèn)知。在污染控制與生態(tài)修復(fù)的實(shí)踐中，這一技術(shù)將繼續(xù)發(fā)揮關(guān)鍵作用，為可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)力量。