您好,欢迎来到大型科学仪器资源共享服务平台

大型科学仪器资源共享服务平台

首页   >  资讯   >  文章详情
中国环境科学家开启稳定同位素分析技术应用新领域
2016-08-03

[导读]  一是可以利用这一新技术来研究纳米材料的环境行为。纳米材料进入环境之后会经历不同的环境过程,不同的过程会造成不同的同位素比值变化,因此可以利用初始和最终的同位素变化来研究纳米材料的环境过程。二是可以基于此技术对纳米材料在环境中的归趋或者来源进行一个判断。如天然生成的纳米银和人工生产的纳米银,在环境转化过程中的同位素变化是有差异的,因此可以通过这个差异来判断纳米银的来源是天然的还是人工的。

  纳米材料的兴起和大量使用促进了科技的发展。但近年来,其负面效应如是否会对人体健康和生态环境造成风险也引起了广泛关注,一些交叉学科如环境纳米科学、纳米毒理学等应运而生。

  总体来说,环境纳米科学的研究还处在起步的阶段,一方面是此领域的研究力量还比较有限,另一方面是还有很多关键瓶颈问题没有解决,如缺乏针对性的研究方法。常规的污染物无论其分子大小,都有相对固定的分子结构,可以通过色谱、质谱等分析手段对其成分和结构进行研究,但纳米材料的化学组成往往是不确定的,而且其形状多变,这给研究带来很大的不确定性,导致纳米材料难以直接用传统的方法进行研究。此外,对纳米材料的浓度定义的不同也会影响其分析方法的选择,分析其所含元素总浓度或者其颗粒个数需要依赖于不同的分析技术。对于环境样品分析而言,样品前处理与净化是非常关键的一个步骤,纳米材料分析的富集、净化方法等都与传统的污染物有一定差别。除此之外,在纳米毒理学研究中,目前还没有很好的方法来区分其毒性效应到底是来自纳米材料本身还是其释放的离子。这些问题都为环境纳米科学研究带来了新的方法学挑战。

  有新的挑战就会有新的突破。近日,中科院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室刘倩、江桂斌研究组在纳米材料转化过程同位素分馏方面取得重大突破,研究成果已在线发表于Nature Nanotechnology,doi: 10.1038/nnano.2016.93; Impact Factor 35.267(详情请见:江桂斌团队在纳米材料转化过程稳定同位素分馏方面取得重大突破)。此研究成果也引起了同行的极大关注,为此仪器信息网专门请刘倩老师为大家对此成果进行一个详细的解读。

刘倩老师的工作主要围绕环境分析化学开展,早期主要是利用纳米材料来建立污染物分析新方法,特别是样品前处理方面。近年也开始研究针对纳米材料自身的分析方法。在这些研究工作中,他愈发感受到环境纳米材料现有研究技术的不足,需要有新的技术来推动这一领域的研究。刘老师关注到地质研究中的天然同位素分析方法,在地球科学、考古学等领域,使用天然同位素来进行年代判定或来源追溯已是一个相对比较成熟的方法,但在其他领域的应用还相对较少。“这可能一是因为其他领域的研究人员对稳定同位素技术还不够了解,二是稳定同位素分析还是具有一定的门槛的”。刘老师开始思考是否可以将地学上的稳定同位素技术用来解决一些环境领域的问题,如研究环境中的纳米材料等。结合课题组之前在纳米银方面的工作基础,他开始研究环境水体中纳米银的转化过程中的稳定同位素分馏。幸运的是,银只有两个同位素且具有相近的丰度,因此他很快就建立起了银同位素的分析方法,为后续研究的开展打下了良好的基础。

  银稳定同位素的分析方法是否具有决定性的作用?对此刘老师进行了专门的解释:“从最终的分析结果来看,纳米材料进入环境水体之后的转化过程中,同位素比值会有一个变化,但是这个变化是非常细微的,一般只有千分之零点几。因此准确、可靠的分析方法对此研究的开展至关重要。”除了环境水体,后续还将会对土壤、大气等其他环境介质进行研究,要想保证结果的准确性,就需要对样品基质进行彻底的净化,可能还需要依赖于更可靠、更严格的样品前处理方法的开发。

  谈到这一成果的意义,刘老师也与我们进行了分享。一是可以利用这一新技术来研究纳米材料的环境行为。纳米材料进入环境之后会经历不同的环境过程,不同的过程会造成不同的同位素比值变化,因此可以利用初始和最终的同位素变化来研究纳米材料的环境过程。二是可以基于此技术对纳米材料在环境中的归趋或者来源进行一个判断。如天然生成的纳米银和人工生产的纳米银,在环境转化过程中的同位素变化是有差异的,因此可以通过这个差异来判断纳米银的来源是天然的还是人工的。当然这一方法还需要进一步的验证。

  虽然这一技术在真正广泛应用于环境纳米科学研究之前还有很多工作要做,但是其为环境纳米研究提供了一个全新的思路。刘老师表示他们会继续深入相关领域的研究,仪器信息网也会持续关注。


文章来源:仪器信息网


首页