In Situ Observation of pH and Phosphorus Distribution at Apatite–Solution Interface

原位 磷灰石 接口(物质) 黑磷 分布(数学) 环境科学 计算机科学 材料科学 矿物学 化学 数学 光电子学 冶金 分子 数学分析 有机化学 吉布斯等温线
作者
Xi-Yuan Li,Dong‐Xing Guan,P. W. Chang,Ming-Hao Tang,Xiangyu Zhu,Jianchao Zhang,Yuebo Wang,Hui Henry Teng
出处
期刊:Environmental Science and Technology Letters [American Chemical Society]
卷期号:12 (5): 544-549 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acs.estlett.5c00175
摘要

Phosphorus (P) availability in soils is a critical environmental challenge affecting agricultural productivity and ecosystem health. Apatite minerals serve as a key P reservoir, yet their dissolution mechanisms at the microscale remain poorly understood due to technical limitations in directly observing mineral–solution interfaces. Here, we demonstrate an innovative dual-imaging approach that combines fluorescence-based pH monitoring with diffusive gradients in thin-films (DGT) to visualize apatite dissolution dynamics at a submillimeter resolution. Using the pH-sensitive fluorescent probe HPTS, we revealed distinct spatial patterns of pH increase at the apatite–solution interface after 2.5 h exposure in acidic solution (pH 6.0), with the highest pH observed within a 70 μm interfacial layer. Concurrent DGT measurements showed P release peaked at 0.15 ng cm –2 s –1 at the interface, with radial diffusion patterns indicating reaction hotspots. This methodology provides unprecedented insights into the coupled dynamics of proton consumption and P release during mineral weathering. Our findings suggest that manipulating interfacial pH could enhance P mobilization from mineral sources, offering new strategies for optimizing nutrient availability in agricultural systems and understanding P cycling in natural environments.
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