環境研究期刊,哪些技術備受青睞?賽默飛重金屬分析篇(上)

2021-01-08 賽默飛色譜與質譜中國

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李宇翔 荊淼

重金屬分析

隨著環境學科在基礎研究與應用基礎研究中的不斷深入，創新的分析技術也為環境研究注入新的活力，不僅助力拓寬學科廣度-從大氣、土壤、水質到固廢研究；也助力學科間實現交叉，解決更為複雜的科學問題-如環境與健康關係、環境汙染物暴露與毒理學研究等深層次探索。

環境研究中有哪些前沿方向值得重視？又有哪些值得借鑑的創新分析方法？我們僅以環境研究類頂級期刊Environmental Science & Technology近3年的文章為例，一探環境研究前沿：

1、創新聯用技術，助力地下水中砷遷移研究

前沿方向：水質

前沿方向：重金屬形態價態

創新聯用技術：陰離子交換色譜法+ICPMS

前沿概覽：砷在地下水中的毒性和遷移性取決於其水中形態。在硫酸鹽還原環境中砷形態檢測方法的不確定性阻礙了對砷遷移、轉化的研究，同時制約了對應原位修複方法的發展。研究團隊通過創新的陰離子交換色譜法與電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）聯用可以實現樣品/洗脫液的pH兼容，這樣更有利於防止色譜分離過程中硫代砷類物質的轉化。

2、創新技術，助力堆肥中活性鋅形態模式研究

【前沿方向：土壤】

【前沿方向：重金屬形態價態】

【創新技術：ICP-OES 、 HR-ICPMS】

前沿概覽：關於有機物（organic matter）濃度和組成的研究對於預測土壤中鋅的形態和生物利用度尤其重要，特別是對於低鋅土壤。但是，關於堆肥等土壤有機改良劑對金屬形態的影響的認識還是極為有限的。研究人員首次對堆肥進行了多表面建模，以研究固體和溶解的有機物組成對反應性Zn形態的影響，以及評估生物利用度。

3、創新聯用技術，探索土壤中砷和鈾的生物利用度

前沿方向：土壤、重金屬形態價態

創新聯用技術：IC + ICPMS

前沿概覽：對於根-土界面的納米級化學轉化的表徵和機理研究對於如何安全高效地食品生產至關重要。這些轉化通常控制了植物對大量必須的微量營養素以及潛在有害的微量元素（即汙染物）的攝取。美國研究人員發現，活性鐵礦物在主要不飽和土壤的缺氧環境內發生還原溶解，這可能對微量元素汙染物（如砷和鈾）在不飽和灌溉土壤中的遷移率有影響。

4、創新技術，助力固廢元素組成表徵

前沿方向：固廢

創新技術：ICP-OES、IC

前沿概覽：塑料包裝通常由多種聚合物組成，並包含各種成分，例如紙張，有機殘留物，滷素和金屬等，而這些成分則會在循環再利用時產生問題。然而目前對於塑料包裝廢棄物的聚合物成分的全面分析，包括（元素）雜質定量的研究數據非常有限。研究團隊對歐洲分揀設施中常見的塑料包裝廢料流中的100多種不同的塑料包裝產品進行聚合物和元素組成（包括C，H，N，S，O，金屬和滷素）的深入分析。

5、創新聯用技術，驗證砷形態水稻富集新結論

前沿方向：重金屬形態價態、創新聯用技術：IC+ ICPMS

前沿概覽 ：水稻根表鐵膜通常對攝取無機氧化砷及其在稻穀中積累起到阻礙作用。儘管以前曾在水稻植株的木質部和籽粒中檢測到這些有毒物種，但尚未有對甲基硫代砷酸鹽的吸附研究。德國研究人員研究表明，根表鐵膜並不是甲基硫代砷酸鹽的有效屏障，尤其是DMMTA具有很高的移動性，水稻攝取的風險很高。

6、ICPMS 助力哺乳動物環境重金屬暴露研究

【前沿方向：環境暴露】

【創新技術：ICPMS】

前沿概覽

陸生哺乳動物暴露於環境中化學汙染物（如痕量金屬（TMs））的方式被認為主要是基於營養轉換（trophic transfer）。儘管已有對於TMs轉移給動物和受汙染食物的特性之間的關係的研究，但是關於飲食多樣性對TMs轉移的變化卻鮮有記載。來自法國研究團隊對小林姬鼠（Apodemus sylvaticus）TMs的口服暴露進行了研究，涉及不同飲食豐度和飲食組成。結果表明，飲食中某些特定飲食組成和飲食豐富度都是動物TMs暴露的重要決定因素，這與「飲食稀釋假設」的預測相符。

總結

以ICP-OES、ICPMS為代表的元素分析方法因其可以快速準確定量無機元素濃度，在大氣PM2.5、環境遷移、元素形態變化、環境治理中的營養元素、有毒有害元素的變化等多個環境研究方向發揮著越來越重要的作用。而色譜質譜聯用，無需擔心流動相的pH值變化，有機流動相變化，其靈活，操作簡便的特點，同時幫助研究者節約方法開發時間。

iCAP PRO系列 ICP-OES

iCAP RQ/TQ ICPMS/ICPMSMS

HR-ICPMS

IC-ICPMS/IC-ICPMSMS

參考文獻：

1. Environ. Sci. Technol. 2019, 53, 20, 11684–11693

2. Environ. Sci. Technol. 2020, 54, 4, 2467-2475

3. Environ. Sci. Technol. 2020, 54, 21, 13839–13848

4. Environ. Sci. Technol. 2020, 54, 20, 13282-13293

5. Environ. Sci. Technol. 2019, 53, 23, 13666–13674

6. Environ. Sci. Technol. 2019, 53, 10, 5977–5986

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