同步辐射技术在环境纳米金属组学研究中的应用

随着我国工业的发展,在工业产值不断提升的同时,向环境中释放出的各类污染物也逐渐增加,其中包括多种金属纳米颗粒物。这些金属纳米颗粒物进入大气、水源及土壤中,累积到一定程度引起环境安全问题;进一步可被动植物所吸收,经过食物链富集和传递,造成直接或间接人体暴露,危害人体健康。环境纳米金属组学,研究的范畴主要涉及自然或人为因素产生的金属纳米颗粒在环境介质和生物有机体中的生物/化学行为、转化归趋,并且据此评价金属纳米颗粒物的环境安全性及其生物健康效应。随着对金属纳米颗粒环境效应研究的不断深入,对传统的研究方法提出了更多的挑战。同步辐射具有高亮度、高准直和宽频谱等特性,在金属元素分析方面具有无可比拟的优势。本文主要介绍了同步辐射技术,如同步辐射X射线荧光分析技术(SR-XRF)和同步辐射X射线吸收光谱技术(SR-XAS)等,在金属纳米颗粒物的环境行为及其生物健康效应研究中的应用;结合本实验室及国内外的一些研究工作,阐述了同步辐射技术应用于环境纳米金属组学研究领域所取得的一些新进展,以期为拓展同步辐射技术在环境金属纳米颗粒物分析的应用研究提供参考价值。     

金属纳米颗粒的环境行为及其与藻类的相互作用概述

金属纳米颗粒在各领域的应用日益广泛，可通过多种途径进入环境，并在水生生态系统中积累.因此关于其进入水环境后的行为及与水中初级生产者—藻类相互作用的研究至关重要.金属纳米颗粒在水中会发生团聚、沉降、溶解、硫化反应及光化学反应等，这些行为受到自身理化性质(大小、形状、表面电荷、晶体结构、化学组成等)和环境因素(pH、离子强度、阳离子价态等)的影响，进而改变金属纳米颗粒在藻类表面的吸附聚集和可能的吸收累积.金属纳米颗粒还可能影响藻类光合作用、引起氧化应激、甚至造成藻类的凋亡.同时，与金属纳米颗粒共存的其它污染物及天然有机质也可能改变金属纳米颗粒的行为、生物吸附、生物累积和生物效应.相应地，藻类在面对金属纳米颗粒胁迫时也会启动自我防御机制.尽管如此，真实环境中金属纳米颗粒与藻类的相互作用及分子机制仍有待进一步研究.     

水体中金属(氧化物)纳米颗粒的环境行为与污染控制研究进展

金属(氧化物)纳米材料在生产和使用过程中,可以通过各种途径进入到水环境中,对水生生物、生态环境和人体健康产生威胁.理解纳米颗粒在水体中的环境行为,对于评估纳米材料的归趋及其对环境和人体的健康风险至关重要.本文概述了金属(氧化物)纳米颗粒的性质、来源和毒性危害,汇总了表征纳米颗粒浓度、粒径及形貌的分析方法与技术,分析了它们在水环境中的环境行为以及影响其稳定性的主要环境因素,并总结了水体中金属(氧化物)纳米颗粒的去除方法和效果的最新研究进展.随着金属(氧化物)纳米材料的广泛应用,未来有必要加强对自然水体中纳米颗粒环境行为的研究,并系统开展纳米颗粒健康风险评估工作,为预测纳米材料进入水环境后的归趋和风险提供科学依据.     

基于多表面形态模型的土壤镉在小白菜中的富集效应

基于土壤理化性质和热力学化学平衡的多表面形态模型(multi-surface speciation model,MSM)近年来已成功被应用于描述多种痕量元素在土壤固/液相间的分配,但在土壤-植物系统中的应用尚不多见.本文采用室内盆栽实验,调查了我国6种代表性土壤中Cd(Ⅱ)在小白菜中的生物富集情况,首先比较了5种化学提取方法(总Cd、CaCl_2、HNO_3、Mehlich-3和BCR)测定的有效态Cd与小白菜中Cd富集量之间的相关性,其次基于MSM预测土壤中溶解态Cd(Ⅱ)浓度并与Cd在白菜中富集量进行了相关性分析,同时考察了不同模型架构下模型对相关性的影响.结果表明,MSM预测的土壤中溶解态Cd浓度与小白菜中Cd富集量之间有较好的相关性,大部分模型架构下优于化学提取法,说明MSM一定程度上反映了土壤理化性质对Cd生物有效性的影响.由于MSM在计算过程中基于热力学参数,因此具有很好的外延性,说明其在土壤-植物系统中重金属生物有效性和风险评价方面具有较大的潜力.     

环境介质中喹诺酮类抗生素的前处理与检测方法研究进展

由于在人类医疗保健与集约化禽畜和水产养殖中的大量使用,痕量水平的喹诺酮类抗生素在水体、土壤及沉积物中广泛出现.因此,使用灵敏度高、选择性强的分析方法来检测环境中的痕量喹诺酮类抗生素,对了解其潜在的环境风险极为重要.本文综述了水体、土壤及沉积物样品中喹诺酮类抗生素萃取、富集与检测方法的最新进展.固相萃取(solid phase extraction,SPE)和超声/微波辅助萃取联合SPE分别是萃取和富集液相和固相(土壤和沉积物)样品中喹诺酮类抗生素最成熟可靠的方法.液相色谱-荧光检测联用和液相色谱-串联质谱联用技术是使用最为广泛的常规分析方法.此外,近年发展的免疫测定、生物传感器与电化学方法有望在筛检方面替代昂贵的仪器分析,尤其在现场实时监测领域具有较好的应用前景.     

硫化汞纳米颗粒的微生物摄入及其在汞甲基化中的作用

甲基汞因其独特的食物链富集特性和毒性使汞成为重要的全球污染物.厌氧环境中微生物介导的汞甲基化是甲基汞生成最主要的来源,厌氧环境中不同汞地球化学形态控制着甲基汞的生成过程.硫化汞纳米颗粒是在实际厌氧环境中新近发现的重要颗粒汞形态,对其环境行为还缺乏基本认识.本文基于硫化汞纳米颗粒的环境行为,重点围绕其与微生物的相互作用,讨论并总结了硫化汞纳米颗粒的生成、硫化汞纳米颗粒的微生物摄入、溶解以及硫化汞纳米颗粒对微生物汞甲基化的影响,并进一步对硫化汞纳米颗粒与微生物相互作用的未来研究重点进行了展望.     

巯基化纳米Fe_3O_4在海水痕量汞检测中的应用

利用共沉淀法和巯基化表面修饰制备Fe3O4纳米吸附材料,并将其应用于海水中痕量汞检测的富集和分离前处理过程.所制备的巯基化Fe3O4纳米颗粒的粒径小于100 nm,饱和磁化强度达63.64 emu·g-1,巯基含量为3.11 mg·g-1.当巯基化Fe3O4的用量为0.5 mg·m L-1、吸附溶液p H值为7.5—8.0、吸附时间为20min时,吸附剂对汞的富集率可达95%以上,并且在外磁场作用下可快速分离.在优化的吸附条件下并借助原子荧光光谱法测定了实际海水样品中汞离子的含量,加标回收率在89.8%—107.3%之间,11次空白样品测量的检出限(3σ)为5.3 ng·L-1.该方法利用巯基化Fe3O4纳米材料具有高效富集的特点,可应用于海水中痕量汞的快速富集和分离,以实现对海水中痕量汞的准确测量.     

电化学方法检测海水中铁的研究进展

海水中的痕量铁作为限制海洋浮游植物初级生产力的关键因素之一,在海洋生物地球化学循环中起着重要的作用.及时分析海水中铁的不同存在形态及其含量,对于进一步认识铁循环机制和有效预防海洋环境污染具有重要意义.电化学方法较其他分析方法在检测海水中痕量铁的含量,尤其是形态分析方面具有独特的优势.本文总结了运用电化学方法检测海水及其他自然水体中铁的分析方法,以期为发展准确、快速测定海水中痕量铁的形态及其含量的分析技术提供基础性参考.     

环境中可电离有机化合物生物有效性研究进展

随着人工合成化合物的增加,可电离有机化合物(ionizable organic compounds,IOCs)所占比例越来越大。由于IOCs在环境pH范围内可能以分子或离子形式存在,其在环境中的生物有效性具有特殊性。主要从物理化学吸附和生物对IOCs的吸收2个过程综述环境中IOCs生物有效性的影响因素,环境介质吸附IOCs主要受环境pH的影响,通常中性分子比离子态分子更易被环境吸附。IOCs对生物的有效性主要取决于IOCs在环境中的电离程度和生物对其富集因子。根据离子障理论,中性分子相比于离子态分子更容易穿透细胞膜,一旦化合物进入生物膜内,IOCs是否具有生物有效性取决于细胞质内pH,细胞内部影响浓度与外界环境pH无关。与生物监测和模型监测等方法相比,中空纤维液相微萃取技术更能有效地用于评估IOCs的生物有效性。在未来对IOCs的生物有效性研究中,应更加注意环境介质pH和生物体内pH的影响。     

环境中纳米塑料的分离与检测

微塑料作为环境中一类新兴污染物备受关注.然而对于尺寸更小的纳米塑料,尽管毒性效应被不断发现,但其在真实环境中的存在水平和检测技术还鲜有报道.本文评述了有限研究中纳米塑料分离和检测方法的优点与局限,并依据现阶段纳米污染物分析方法存在的问题,对相关方法的未来发展进行了展望.     

巯基棉富集分离-氢化物发生原子吸收法分别测定水中痕量不同价态的硒

本文首次提出利用微孔纤维素滤膜和巯基棉纤维分离、富集水中痕量的单体硒、四价硒和六价硒、然后用氢化物发生-原子吸收分别测定的方法.初步探讨了该分离方法的作用原理、讨论了截留、吸附、还原、氧化、解脱、测定等步骤的最佳条件,以及水样的釆集、前处理和共存物干扰与消除等问题. 实验表明,该法富集倍数大,分离简便,选择性强,可准确测定天然水及污染河水中痕量不同价态的硒和总硒.     

水环境中纳米氧化锌的环境行为及生物毒性研究进展

随着纳米氧化锌的大量生产和应用,作为其最终受体之一的水环境将面临越来越大的威胁.纳米氧化锌在水环境中的团聚,溶解等环境行为使其具有不稳定性,在很大程度上影响着纳米氧化锌在水体中的迁移性、生物可利用性以及对生态环境的毒性.本文着重探讨纳米氧化锌在水环境中的环境行为及其影响控制因素和检测分析方法,归纳纳米氧化锌对不同种类水生生物的毒性效应,分析纳米氧化锌的毒性机制及其存在的问题,并对水环境中纳米氧化锌的环境行为及生物毒性的研究方向进行了展望.     

地球化学模型在土壤重金属形态研究中的应用进展

重金属在土壤中的固-液分配行为和形态分布对于其环境迁移过程和生物有效性有重要意义.基于热力学机制的地球化学平衡模型是重金属形态研究中一项重要手段.本文从形态模型的发展历史出发,对土壤环境中一些常见的地球化学形态模型进行了梳理;对形态模型的使用过程中模型输入值,包括吸附组分和活性态金属含量的确定方法进行了说明;对地球化学形态模型在各方面的应用进行了总结;最后对模型今后的发展方向和应用前景进行了展望.     

重金属在环境中的化学形态分析研究进展

重金属在环境中的形态与迁移转化决定了其污染风险和生物有效性.本文从影响重金属形态的主要环境条件和结合物特性出发,分析了重金属在环境中与有机物、无机矿物质等的交互作用机理,对目前重金属形态分析的主要研究方法(化学提取、电化学、分子尺度仪器检测技术、模型计算等)展开综述与讨论.     

环境样品中有机锡分析方法研究进展

有机锡具有毒性作用,其引起的环境问题日益受到人们的关注.但由于有机锡种类繁多、性质复杂,分析过程存在较大困难.本文概述了近年来国内外有机锡分析方法的研究现状,介绍了从水、沉积物、生物等环境介质中提取富集、衍生化、净化有机锡的多种方法,其中水样的富集提取以固相萃取或固相微萃取为主,沉积物样和生物样以超声波萃取或微波萃取为主.同时重点介绍了气相色谱联用技术、高效液相色谱联用技术等分析测定方法.最后,对未来有机锡分析方法的发展趋势做出了展望.     

土壤中锰氧化物的形态及其化学提取方法综述

土壤中锰元素主要来自于成土母质,风化后的锰主要以锰氧化物形式存在于土壤中.锰氧化物因具有比表面积大、表面电荷低、对金属的亲合力强、氧化还原电位高等特性,对土壤中痕量金属的环境行为存在重要影响.化学提取方法是研究土壤中不同固相组分的重要手段.本文首先从土壤中锰的来源及主要存在形态出发,介绍了不同价态锰(+2、+3、+4)...     

水环境中痕量重金属生物活性形态的分析

水环境中痕量重金属的生物活性形态,包括生物可吸收态和生物毒性形态,这种形态的分析是重金属形态分析研究的一个重要发展方向。对于水环境中重金属对生物的毒害现状评价、潜在危害预测以及水环境容量的确定、排放标准和污染治理方案的制定,具有重要意义。本文总结了各种物理化学法重金属形态分析的结果与生物测试重金属形态测定结果之间的相关性,进而探讨了应用物理化学方法进行金属生物活性形态分析的可行性和特点。     

环境样品中炸药的痕量富集及HPLC分析

炸药对环境的影响主要来自于军工企业及军事单位的武器生产、贮存及试验过程中的污染.痕量炸药的分析一般采用高效液相色谱法,如美国环保局(EPA)批准的方法(SW846中的方法8330),Waters最近推出的环境样品中炸药的痕量富集及HPLC分析方法,对于现有的方法提出了以下改进.1.固相萃取技术富集样品为了改进现有方法及减少有机溶剂的使用量,EPA正在就使用新的样品处理技术替代传统的液-液萃取进行探讨.固相萃取由于快速、经济、操作简便而倍受青睐.Waters生产的Porapak RDX预处理柱由一种低萃取度树脂制成,专门用于水中芳香硝基化合物及硝氨的富集,这种柱子具有很高的选择性,回收率达到90%以上.Ippb和10ppb样品富集,分析的变异系数分别好于7%和5%.图1为纯水中含lppb各化合物经Porapak RDX柱富集40倍后在waters反相色谱系统上的分离谱图.     

道南膜技术测定CaCl2溶液体系中汞的化学形态

尝试并探索道南膜技术(DMT)测定溶液体系中Hg化学形态的方法条件.结果表明,0.01mol·1-1CaCl2作为背景溶液时,跨过阳离子交换膜的Hg主要形态并非阳离子而是HgCl2和HgCl3.Hg在阳离子交换膜内扩散为限制Hg跨膜传输的主要因素.Hg在阳离子交换膜内的吸附除静电吸附外还存在结合力更强的化学吸附,成为限制道南膜技术用于Hg形态测定的主要因素.采用动力学DMT方法,缩短试验时间至8h以内,可在一定程度上降低Hg的化学吸附,为DMT方法测定土壤溶液体系中Hg的化学形态提供可能.     

大骨节病区硒元素分布的调控机理研究——以四川省阿坝地区为例

分析了阿坝地区的岩石、饮用水、农作物及其根系土中硒的不同存在形态的分布,并结合生物有效性深入研究了硒元素分布与大骨节病病因的联系和调控机理.阿坝地区的环境(岩石、土壤、水)中全硒浓度、农作物中硒的富集系数和水溶性硒占总硒的含量均远低于非病区;硒在氧化还原条件(Eh平均值143.27 mV)和酸碱度(pH 6.51—8.48)的控制下主要以亚硒酸态的稳定形式存在.元素铝、铁等的富集可能会促进硒的沉淀和络合,制约硒的生物有效利用率,进而导致人体硒摄入不足,最终激发人类微小病毒B19(HPV B19)的毒性,引发大骨节病.通过采取土壤增施硒肥、改善水质、改变膳食结构等方法可以有效地提高环境中硒的水平及其生物有效性,以缓解大骨节病的病情及发病率.