利用梯度扩散薄膜技术（DGT）研究沉积物中重金属生物有效性的应用展望

高 丽，高 博，周怀东，徐东昱

（1.中国水利水电科学研究院 水环境研究所，北京 100038；2.北京师范大学 环境学院，北京 100875）

利用梯度扩散薄膜技术（DGT）研究沉积物中重金属生物有效性的应用展望

高 丽1，2，高 博1，周怀东1，徐东昱1

（1.中国水利水电科学研究院 水环境研究所，北京 100038；2.北京师范大学 环境学院，北京 100875）

梯度扩散薄膜技术（Dffusive grdients in thin-films，DGT）是一种新的原位被动采样技术，可以高分辨地测定水体、土壤和沉积物中重金属的生物有效态，近年来在水环境领域中得到了广泛应用。本文根据文献、资料分析，介绍了DGT装置、基本原理，扩散相和结合相的发展，展望了DGT技术的发展前景。重点综述DGT技术在评价沉积物环境中重金属生物有效性的研究进展，并认为DGT技术为研究沉积物重金属生物有效性提供了快速高效的方法，为水环境中沉积物-水界面重金属迁移转化研究提供了强有力的技术支撑。

梯度扩散薄膜技术；DGT；沉积物；重金属；生物有效性

1 研究背景

重金属具有积累性、持续性和不可降解性，可以在水体沉积物中积累［1］。水体沉积物是重金属的一个重要存储库。当水环境变化时（如pH降低或氧化还原电位升高等），沉积物就变成重金属的一个潜在污染源，重金属被释放到水环境中影响饮用水水质，对水生生物造成威胁，并通过食物链对人类健康造成影响［2-3］，因此沉积物重金属污染的生态毒性成为全球关注的焦点。传统的评价重金属毒性的方法是将重金属总浓度与已有的沉积物质量基准比较［4］，然而，有研究表明，重金属总量在一定程度上可以反映沉积物中重金属的污染情况，但是重金属在水环境中的迁移性和生物有效性主要取决于重金属的化学形态。很多研究者应用不同的提取方法来评价沉积物或土壤中有效态的重金属［5］，但目前对重金属形态的分类和分析方法还不统一，应用最广泛的是Tessier等［6］提出的五步提取法和欧盟共同体提出的BCR连续提取法。虽然连续提取法在很大程度上能反应重金属的生物有效性，但是在采样和提取过程中重金属的形态有可能会发生改变，而且化学试剂缺乏选择性，因此关于重金属有效态的测定方法仍处于不断地探索中。

梯度扩散薄膜技术（Diffusive gradients in thin-films，DGT）是用于研究水体、土壤和沉积物中重金属生物有效态含量和金属从固相到液相的释放通量的一个重要方法，是一种新的原位被动采样技术，由Davison等［7］首次提出，DGT不但考虑了沉积物孔隙水中重金属总浓度，而且考虑了重金属在土壤/沉积物固-液相的动态供应，是一种新型原位测量自然界中有效态重金属的方法［8-9］。DGT最早用于水体中重金属离子的测定，随着研究的不断深入与研究范围的扩大，逐渐应用到土壤和沉积物中金属、类金属、营养元素（P和S）等的测定。与传统的方法相比，DGT具有所需设备小、操作简单、结果可靠性高、实用性强、适合现场测定、易于大面积推广应用等特点，已用于评价土壤和沉积物中重金属的生物有效性。

2 DGT装置及其理论基础

标准化的DGT装置［10］由吸附膜、扩散膜、滤膜和塑料外壳组成（图1）。其中，塑料外壳起保护和支撑作用；滤膜用于过滤环境中的颗粒物，以保护DGT装置中的扩散膜和吸附膜；扩散膜能使目标离子自由扩散；吸附膜主要是结合扩散过来的离子。根据不同的目标离子选择不同的扩散膜和吸附膜。一般进入装置中的重金属离子（如，溶解态重金属），经过滤膜和扩散膜，扩散进入吸附膜与吸附凝胶结合，这样就会消耗与DGT相邻的介质中重金属，在扩散凝胶层中形成浓度梯度。DGT测定的是能与吸附膜结合的形态，称为DGT有效态，一般包括重金属离子的游离态、无机结合态和部分小分子的有机结合态［11］。

图1DGT装置

Fick扩散第一定律是DGT技术的理论基础［7］。假如在特定的放置时间内浓度梯度保持一致，那么在这段时间内通过扩散膜被吸附膜固定的某离子的通量F可以用下式来计算：

式中：D为被测物质在扩散层中的扩散系数，cm2/s，不同温度的扩散系数可在相关文献［12］中查出；Δg为扩散层厚度，cm；CDGT为在一定时间内DGT装置界面与水或孔隙水中金属离子的浓度，ug/L。

通量也可以由胶层在单位时间内固定的离子总量M来确定：

式中：A为吸附膜面积，cm2；t为DGT装置在水溶液或沉积物中的测量时间，s。结合式（1）和式（2），可以得到：

由于水溶液中金属离子的扩散速度通常大于其在凝胶层中的扩散速度，因此CDGT通常等于溶液中金属离子的有效浓度。M一般可以通过酸洗脱来确定。

DGT从水、土壤或沉积物中取出以后，用去离子水冲洗，然后用一定体积（Ve）的硝酸洗脱24 h，最后检测洗脱液中被测物质的浓度（Ce）。由于洗脱液中只是吸附的一部分物质，因此计算时引入洗脱因子（fe），即洗脱液中测得的物质含量占固态结合相中总物质的百分比。一般重金属洗脱效率为80%。因此，可以得到：

式中：Vgel为吸附膜的体积，mL。

3 DGT技术中扩散相与结合相的发展

作为一种新技术，DGT凭借其简单易操作的优点得到了广泛的应用。随着技术的发展与研究的深入，从最初的以聚丙烯酰胺作为扩散相，以螯合树脂Chelex-100为结合相逐渐发现了很多成分不同的凝胶，可以在不同的环境下测定不同种类的物质。表1中列出了已有的部分扩散相和结合相。

表1 DGT技术的扩散相和结合相

3.1 ．扩散相早期的DGT装置采用聚丙烯酰胺凝胶（Polyacrylamide，PAAm）作为扩散相，但是研究发现，聚丙烯酰胺中的官能团会与重金属离子发生络合反应，因此近年来研究者提出用色谱分析纸、琼脂凝胶和透析膜或用聚丙烯酰胺与其他膜连用作为扩散膜，并取得了良好的试验测定结果。

Larner等［13］利用色谱分析纸作为扩散膜测定Cd的生物有效性，结果显示，在NaNO3离子强度≤5 ×10-4mol/L时，扩散系数随着离子强度的降低而增加，有可再生能力，因此色谱纸可以用于低离子强度的溶液中。色谱纸与多离子溶液平衡以后显示色谱纸对Cd吸附能力差，可以提高扩散强度。同时，利用商业的磷酸盐离子交换吸附膜确定Cd、Cu、Pb、Zn、Co、Ni和Mn。显示比聚丙烯酰胺凝胶容易组装和处理，适用于常规检测技术。

由于Hg与常规的聚丙烯酰胺膜中的酰胺态氮反应，因此聚丙烯酰胺膜不能用于测定Hg。Docekalova等［14］用琼脂凝胶作为扩散膜，用Chelex-100和Spheron-Thiol凝胶作为吸附膜来测定水溶液中的Hg，结果显示，用Spheron-Thiol凝胶作为吸附膜测得的河水中Hg的浓度是Chelex-100的3倍，这说明巯基与Hg（II）的结合能力更强，Spheron-Thiol比Chelex-100更适合测Hg。

Li等［15］在2003年以聚对苯乙烯磺酸（Poly（4-styrenesulfonate），PSS）为吸附膜，首次以透析膜作为扩散膜测定溶液中的Cu2+和Cd2+。研究发现，改进的DGT装置用透析膜作为扩散相，被监测物质在透析膜中的扩散系数小于环境中被监测物质的自由扩散系数，因此扩散边界层对被测物质在透析膜中扩散系数的干扰可以减少并忽略［16］。因此透析膜技术使DGT的测定更加合理。

Panthe等［17］则用带负电荷的Nafion膜与聚丙烯酰胺凝胶连用作为扩散相，结果显示，通过Nafion膜的扩散系数大于通过聚丙烯酰胺膜，但是扩散速率一样。因此通过加上和去掉Nafion膜可以测定不同氧化状态下的As。

3.2 结合相结合相与扩散相紧密相连，含有一些官能团（如羟基、氨基、羧基）［18］与被测物质发生配位反应。最早使用的结合相是螯合树脂Chelex-100，Chelx-100能与Cu、Zn、Ni、Cd等多种重金属反应，而且能适应较大的酸度范围［9］。后来研究者发现柱层析固相使用的cellphos对Cu、Cd、Ni、Cr等重金属具有很好的选择性，可以代替Chelex-100作为新的结合相［19］。随着DGT技术的发展，许多研究者选择性尝试使用有选择性的高分子络合物代替Chelex-100，并取得了良好的效果。例如：poly（acrylamidoglycolic acid-co-acrylamide）［poly-（AAGA-co-AAm）］［20］、PSS［15］、Whatman P81［21］、polyacrylamide-polyacrylic acid copolymer hydrogel（PAM-PAA）［22］和sodium polyacrylate（PA）［23］被用于选择性吸附有效态Cu2+和Cd2+。Spheron-Thiol被用于测定水体和沉积物中的Hg［14，24］。Teasdale等［12］以AgI作为结合相测量水体和沉积物中的S。Ferrihydrite［25］作为结合相测定水和沉积物中的P。文献［26］在2015年研制出一种新型的氧化锆结合相来测定沉积物中的含氧阴离子P、Se、Mo、V、As和Sb，这种膜分辨率≤0.2 μm，比传统的ferrihydrite小50倍，这种技术已经应用于研究太湖沉积物。目前，不同的结合相连用来同时测定阴阳离子已经得到了广泛的研究，ferrihydrite-Chelex来测定P、Mo［27］As、Cu、Zn、Pb、Cd［28］；ZrO-Chelex测定P、Fe；ZrO-SPR-IDA测定P、As、Cu、Mn、Zn；Gao等［2］利用AgI作为扩散相，suspended particulate reagent-iminodiacetate（SPR-IDA）作为结合相同时测定S和重金属Fe、Mn、Co来检测还原环境下沉积物重金属硫化物重新释放的程度。

4 DGT在沉积物中的应用

张昊等［33］首次将DGT用于原位测定英国Esthwaite湖表层沉积物孔隙水中Ni、Cu、Fe和Mn的通量和孔隙水中Zn和Cd的浓度，结果显示，3种重金属的通量分别是：Ni（0.5-1×10-15mol/cm2·s）、Cu（0.5-2.5×10-16mol/cm2·s）、Fe（1.5-2.5×10-8mol/cm2·s），而且证明孔隙水中重金属浓度由吸附/解析过程控制而不是溶解/沉淀。DGT技术不仅提供了沉积物中有效态重金属在水中的原位信息［7］，也测定出表层沉积物剖面的通量和浓度。

Harper等［34］通过DGT通量解释了重金属和沉积物固相和液相之间的离子交换动力学过程。Leermaker等［35］用DGT技术原位测定了比利时Rypel河沉积物孔隙水剖面中可移动（总溶解态和不稳定态）重金属。结果显示，DGT测定的有效态Pb和Zn与离心分离测得的结果保持一致，因此这两种金属通过与固相快速平衡得到了很好的缓冲；Fe、Mn和Cd与固相结合很紧密，因此测得的有效态和总浓度有很大差别；Cu、Zn、Co和Ni则介于上面两种情况。Fons等［36］用DGT技术研究了大西洋西北部春季浮游植物爆发前后沉积物中有效态重金属Fe、Mn、Cd、Cu、Co、Ni和Zn的纵向分布规律。Gao等［37］采集了比利时Scheldt河上游和法国与比利时交界处Leie河的表层沉积物，分别测定采集沉积物有效态Fe和Co，同时考虑了沉积物的异质性，结果显示两个地方或多或少表现出相同的趋势，而且两个地方Fe和Co的规律表现出良好的相关性。Merritt等［38］利用DGT技术测定了美国缅因州Penobscot河口沉积物和孔隙水中有效态Hg。范英宏等［39-40］利用DGT技术对大辽河水系表层沉积物中的Cd、Co、Cr和Cu等重金属的释放通量和Cu、Pb、Zn和Ni的迁移动力学及生物有效性进行研究，得出大辽河水系表层沉积物中重金属的总含量及化学形态和分布特征。

利用DGT同时测定沉积物重金属时，可能会受到其他因子和环境的影响。Mundus等［41］利用DGT测定土壤和沉积物中的Mn，并且测定了pH对测定的影响以及来自Ca和Fe离子的竞争。在高pH时，DGT能准确测定对Mn的吸附，但当pH＜5.5，Ca离子浓度大于50 mg/L时，Ca2+和H+与Mn产生竞争吸附从而抑制DGT对Mn的测定。在强还原性水体沉积物中，孔隙水中Fe2+浓度很高，会代替吸附凝胶上的Mn从而产生结果偏差。

不同层的沉积物代表不同的年份。利用DGT测定不同剖面层中沉积物重金属的浓度变化可以反映沉积物的成岩过程。Stockdale等［42］发明了一种新AgI-ferrihydrite DGT吸附凝胶，采集英国Esthwaite湖沉积物样品，同时吸附P、S、V、As，通过这几种元素的浓度变化关系来判断沉积物的地球化学过程。在微米尺度上提高对沉积物来源以及当地气候变化历史的预测。

重金属硫化物是沉积物重金属存在的主要方式之一，有效态重金属与硫化物有密切关系。而且传统的吸附膜使用Chelex-100，测定一维空间，分辨率一般为5 mm。但是在毫米数量级的分辨率下，许多微观结构仍然不能看见，而且一维空间不能完全解决这一问题。因此，需要发展新技术来增加分辨率和维度。Gao等［2］发明了一种新的DGT技术，即结合SPR-IDA micro-Chelex吸附膜和AgI扩散膜，利用LA-ICP-MS技术测定重金属硫化物的变化来确定重金属和硫化物在沉积物中的再活化作用，并形成了重金属的二维分布图。这种技术首次用于测定海洋沉积物孔隙水中由于长期环境过程，低浓度硫化物和重金属的含量变化，与传统的认为硫化物浓度高时可利用重金属浓度降低的观点形成明显的对比。

传统的DGT技术在野外原位应用后，吸附膜需要洗脱后测定，后期实验室处理时间一般需要几天，这使DGT技术在原位监测突发性事件带来的环境影响受到限制。Chen等［43］将DGT技术和野外便携式X射线荧光计fieldportable X-ray fluorescence（FP-XRF）结合，能在几分钟内测定生物可利用的重金属。这种技术可用于DGT快速原位测定突发性污染事件中的可利用重金属，从而评估突发性事件的影响，这增加了DGT技术应用的广泛性。

为了验证DGT测得的有效态重金属是否能合理预测重金属对底栖生物的毒性作用，很多研究者通过养殖底栖生物，将生物毒性试验和DGT试验联合。Amato等［44］利用DGT测定氧化型淡水河口沉积物重金属的生物有效性。实验室养殖Melitaplumulosa，10 d内繁殖两次，确定DGT测定的有效态重金属与沉积物-水界面5 mm范围内重金属对底栖无脊椎动物致死和半致死效应之间的关系，并对重金属水质基准和沉积物基准归一化。结果表明，DGT测定的可利用的重金属能很好地预测底栖无脊椎动物的生物毒性，为制定沉积物质量基准提供了强有力的技术支撑。Yin等［45］也利用DGT方法和传统的总浓度法、BCR连续提取法和AVS-SEM法来预测淡水沉积物重金属对来自中国富营养化湖泊中的淡水蜗牛（Bellamya aeruginosa）的生物有效性，结果表明，DGT技术能更好的预测沉积物重金属的生物有效性。

虽然DGT可以简单快捷的测定沉积物重金属的生物有效性，而且与吸附膜结合的重金属不能再移动。但是也有研究证明DGT也有其不确定性，它不一定能准确测定底栖生物对沉积物中重金属的毒性反应。Costello等［46］利用大型无脊椎动物群落作为反映受体，测定不同深度和不同时间沉积物中Ni的变化，结果表明，Ni CDGT随着Ni浓度的增加而增加，随着深度增加而增加，随时间增加而减小。Ni CDGT和沉积物地球化学性质说明沉积物中的Ni由AVS结合态向铁锰氧化物结合态转变。而且DGT不能很好地预测大型无脊椎动物对对重金属的毒性反应，DGT高估了生物可利用的Ni，这可能是由于固相Ni和与Ni无关的阳离子也在生物配体上竞争。因此，CDGT不能代替（SEMNi-AVS）/foc来评价大型无脊椎动物对沉积物中Ni的毒性反应。

5 DGT技术的发展趋势展望

评价水环境沉积物中重金属的生物有效性是一个非常复杂的工作，DGT作为一种新技术，在评价沉积物重金属生物有效性中得到了广泛的应用，并且DGT与生物毒理效应联合试验能很好的预测底栖生物对重金属的生物有效性。但是这种方法也有其局限性，比如不能预测底栖生物吞食沉积物颗粒摄入的重金属。未来试验中需要将此技术从实验室到应用到实际环境中，并评价实验室和野外试验的区别。未来的研究还需要进一步证明DGT测定的有效态重金属是否能全部被生物利用，而且未来将DGT技术与其他技术联用将会更有效快捷的预测沉积物重金属的生物有效性及潜在危害。总之，DGT技术对研究水环境沉积物重金属的地球化学性质有很大的潜力，需要有更多的生物毒理试验结合的研究来评价生态系统中重金属的生物有效性并建立相应的管理标准。

［1］Islam M S，Ahmed M K，Raknuzzaman M，et al.Heavy metal pollution in surface water and sediment：A preliminary assessment of an urban river in a developing country［J］.Ecological Indicators，2015，48：282-291.

［2］Gao Y，van de Velde S，Williams P N，et al.Two-dimensional images of dissolved sulfide and metals in anoxic sediments by a novel diffusive gradients in thin film probe and optical scanning techniques［J］.Trends in Analyti-cal Chemistry，2015，66：63-71.

［3］王健康，周怀东，陆瑾，等.三峡库区水环境中重金属污染研究进展［J］.中国水利水电科学研究院学报，2014，12（1）：49-53.

［4］高博，李强，周怀东，等.水体沉积物重金属质量基准研究综述［J］.中国水利水电科学研究院学报，2013，11（2）：99-106.

［5］Pierzynski G M，Schwab A P.Bioavailability of zinc，cadmium，and lead in a metal-contaminated alluvial soil［J］.Journal of Environmental Quality，1993，22（2）：247-254.

［6］Tessier A，Campbell P G C，Bisson M.Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals［J］.Analytical Chemistry，1979，51（7）：844-851.

［7］Davlson W，Zhang H.In situspeciation measurements of trace components in natural waters using thin-film gels［J］.Nature，1994，367：546-548.

［8］Zhang H，Davison W，Mortimer R J G，et al.Localised remobilization of metals in a marine sediment［J］.Science of the Total Environment，2002，296（1）：175-187.

［9］Zhang H，Davison W.Performance characteristics of diffusion gradients in thin films for the in situ measurement of trace metals in aqueous solution［J］.Analytical Chemistry，1995，67（19）：3391-3400.

［10］罗军，王晓蓉，张昊.梯度扩散薄膜技术（DGT）的理论及其在环境中的应用I：工作原理，特性与在土壤中的应用［J］.农业环境科学学报，2011，30（2）：205-213.

［11］陈宏，范洪涛，崔小莉，等.薄膜扩散梯度技术在环境监测中的应用进展［J］.理化检验：化学分册，2011，47（3）：365-370.

［12］Teasdale P R，Hayward S，Davison W.In situ，high-resolution measurement of dissolved sulfide using diffusive gradients in thin films with computer-imaging densitometry［J］.Analytical Chemistry，1999，71（11）：2186-2191.

［13］Larner B L，Seen A J.Evaluation of paper-based diffusive gradients in thin film samplers for trace metal sampling［J］.Analytica Chimica Acta，2005，539（1）：349-355.

［14］Do-ekalová H，Diviš P.Application of diffusive gradient in thin films technique（DGT）to measurement of mercury in aquatic systems［J］.Talanta，2005，65（5）：1174-1178.

［15］Li W，Teasdale P R，Zhang S，et al.Application of a poly（4-styrenesulfonate）liquid binding layer for measurement of Cu2+and Cd2+with the diffusive gradients in thin-films technique［J］.Analytical Chemistry，2003，75（11）：2578-2583.

［16］刘斌.薄膜扩散梯度技术对水体中不同形态Cu（Ⅱ）的测量［D］.沈阳：东北大学，2008.

［17］Panther J G，Stillwell K P，Powell K J，et al.Perfluorosulfonated ionomer-modified diffusive gradients in thin films：tool for inorganic arsenic speciation analysis［J］.Analytical Chemistry，2008，80（24）：9806-9811.

［18］隋殿鹏，孙挺，范洪涛，等.薄膜扩散梯度技术——一种原位富集采样技术［J］.化学通报，2007，12：954-960.

［19］范洪涛，孙挺，隋殿鹏，等.环境监测中两种原位被动采样技术——薄膜扩散平衡技术和薄膜扩散梯度技术［J］.化学通报，2009（5）：421-426.

［20］Li W，Zhao H，Teasdale P R，et al.Preparation and characterisation of a poly（acrylamidoglycolic acid-co-acrylamide）hydrogel for selective binding of Cu2+and application to diffusive gradients in thin films measurements［J］.Polymer，2002，43（17）：4803-4809.

［21］Li W，Zhao H，Teasdale P R，et al.Application of a cellulose phosphate ion exchange membrane as a binding phase in the diffusive gradients in thin films technique for measurement of trace metals［J］.Analytica Chimica Acta，2002，464（2）：331-339.

［22］Li W，Zhao H，Teasdale P R，et al.Synthesis and characterisation of a polyacrylamide-polyacrylic acid copolymer hydrogel for environmental analysis of Cu and Cd［J］.Reactive and Functional Polymers，2002，52（1）：31-41.

［23］Fan H，Sun T，Li W，et al.Sodium polyacrylate as a binding agent in diffusive gradients in thin-films technique for the measurement of Cu2+and Cd2+in waters［J］.Talanta，2009，79（5）：1228-1232.

［24］Diviš P，Leermakers M，Do-ekalová H，et al.Mercury depth profiles in river and marine sediments measured bythe diffusive gradients in thin films technique with two different specific resins［J］.Analytical and Bioanalytical Chemistry，2005，382（7）：1715-1719.

［25］Zhang H，Davison W，Gadi R，et al.In situ measurement of dissolved phosphorus in natural waters using DGT［J］.Analytica Chimica Acta，1998，370（1）：29-38.

［26］Guan D X，Williams P N，Luo J，et al.Novel precipitated zirconia-based DGT technique for high-resolution imaging of oxyanions in waters and sediments［J］.Environmental Science&Technology，2015，49（6）：3653-3661.

［27］Mason S，Hamon R，Nolan A，et al.Performance of a mixed binding layer for measuring anions and cations in a single assay using the diffusive gradients in thin films technique［J］.Analytical Chemistry，2005，77（19）：6339-6346.

［28］Huynh T，Zhang H，Noller B.Evaluation and application of the diffusive gradients in thin films technique using a mixed-binding gel layer for measuring inorganic arsenic and metals in mining impacted water and soil［J］.Analytical Chemistry，2012，84（22）：9988-9995.

［29］Garmo Ø A，Røyset O，Steinnes E，et al.Performance study of diffusive gradients in thin films for 55 elements［J］.Analytical Chemistry，2003，75（14）：3573-3580.

［30］Ruello M L，Sileno M，Sani D，et al.DGT use in contaminated site characterization.The importance of heavy metal site specific behaviour［J］.Chemosphere，2008，70（6）：1135-1140.

［31］Xu D，Chen Y，Ding S，et al.Diffusive gradients in thin films technique equipped with a mixed binding gel for simultaneous measurements of dissolved reactive phosphorus and dissolved iron［J］.Environmental Science&Technology，2013，47（18）：10477-10484.

［32］Kreuzeder A，Santner J，Prohaska T，et al.Gel for simultaneous chemical imaging of anionic and cationic solutes using diffusive gradients in thin films［J］.Analytical Chemistry，2013，85（24）：12028-12036.

［33］Zhang H，Davison W，Miller S，et al.In situ high resolution measurements of fluxes of Ni，Cu，Fe，and Mn and concentrations of Zn and Cd in porewaters by DGT［J］.Geochimica et Cosmochimica Acta，1995，59（20）：4181-4192.

［34］Harper M P，Davison W，Zhang H，et al.Kinetics of metal exchange between solids and solutions in sediments and soils interpreted from DGT measured fluxes［J］.Geochimica et Cosmochimica Acta，1998，62（16）：2757-2770.

［35］Leermakers M，Gao Y，Gabelle C，et al.Determination of high resolution pore water profiles of trace metals in sediments of the Rupel River（Belgium）using DET（diffusive equilibrium in thin films）and DGT（diffusive gradients in thin films）techniques［J］.Water，Air，and Soil Pollution，2005，166（1-4）：265-286.

［36］Fones G R，Davison W，Hamilton-Taylor J.The fine-scale remobilization of metals in the surface sediment of the North-East Atlantic［J］.Continental Shelf Research，2004，24（13）：1485-1504.

［37］Gao Y，Leermakers M，Gabelle C，et al.High-resolution profiles of trace metals in the pore waters of riverine sediment assessed by DET and DGT［J］.Science of the Total Environment，2006，362（1）：266-277.

［38］Merritt K A，Amirbahman A.Mercury mobilization in estuarine sediment porewaters：a diffusive gel time-series study［J］.Environmental Science&Technology，2007，41（3）：717-722.

［39］范英宏，林春野，何孟常，等.利用DGT高分辨率研究沉积物孔隙水中重金属的浓度和释放通量［J］.环境科学，2008，28（12）：2750-2757.

［40］范英宏，林春野，何孟常，等.大辽河水系表层沉积物中重金属的迁移特征及生物有效性研究［J］.环境科学，2009，29（12）：3469-3476.

［41］Mundus S，Tandy S，Cheng H，et al.Applicability of diffusive gradients in thin films for measuring Mn in soils and freshwater sediments［J］.Analytical Chemistry，2011，83（23）：8984-8991.

［42］Stockdale A，Davison W，Zhang H.High-resolution two-dimensional quantitative analysis of phosphorus，vanadium and arsenic，and qualitative analysis of sulfide，in a freshwater sediment［J］.Environmental Chemistry，2008，5（2）：143-149.

［43］Chen Z，Williams P N，Zhang H.Rapid and nondestructive measurement of labile Mn，Cu，Zn，Pb and As in DGT by using field portable-XRF［J］.Environmental Science：Processes&Impacts，2013，15（9）：1768-1774.

［44］Amato E D，Simpson S L，Jarolimek C V，et al.Diffusive gradients in thin films technique provide robust prediction of metal bioavailability and toxicity in estuarine sediments［J］.Environmental Science&Technology，2014，48（8）：4485-4494.

［45］Yin H，Cai Y，Duan H，et al.Use of DGT and conventional methods to predict sediment metal bioavailability to a field inhabitant freshwater snail（Bellamya aeruginosa）from Chinese eutrophic lakes［J］.Journal of Hazardous Materials，2014，264：184-194.

［46］Costello D M，Burton G A，Hammerschmidt C R，et al.Evaluating the performance of diffusive gradients in thin films for predicting Ni sediment toxicity［J］.Environmental Science&Technology，2012，46（18）：10239-10246.

Reviews of diffusive gradients in thin films and application of heavy metal bioarailability in sediments

GAO Li1，2，GAO Bo1，ZHOU Huaidong1，XU Dongyu1
（1.Department of Water Environment，China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China；2.School of Environment，Beijing Normal University，Beijing 100875，China）

Diffusive gradients in thin films（DGT）was developed as a new in situ passive sampling technique for assessing the liability of metals in water，soil and sediment at high spatial resolution.DGT has been widely used in the field of water environment in recent years.In this paper，we reviewed the theory of DGT，the development of diffusive phase and binding phase along with the prospects of DGT.Researches on applications of DGT in sediments suggested that DGT was a useful method to investigate bioavailability of metals in sediment and it provided a robust technical support for the study of the water environment.

Diffusive gradients in thin films；DGT；Sediment；Heavy metal；Bioavailability

X171.5

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2015.06.011

1672-3031（2015）06-0465-08

（责任编辑：李 琳）

2015-06-17

水利部公益性行业专项经费项目（201501019）；中国博士后科学基金项目（2015M571072，2014T70094）

高丽（1991-），女，山西吕梁人，硕士生，主要从事重金属污染物的生态水利修复研究。E-mail：gaoli0224@mail.bnu.edu.cn

高博（1978-），男河南长垣人，博士，高级工程师，主要从事重金属污染物的生态水利修复研究。E-mail：gaobo@iwhr.com