Công nghệ đồng thời đo 71 nguyên tố trong nước
Phương pháp đo các nguyên tố vô cơ từ Lithium đến Uranium, tạo ra một “vân tay” có thể phân biệt chất lỏng với nhau.
Ảnh minh họa.
Một phương pháp mới để đo đồng thời 71 nguyên tố vô cơ trong chất lỏng - bao gồm nước, đồ uống và chất lỏng sinh học— làm cho thử nghiệm phần tử nhanh hơn, hiệu quả hơn và toàn diện hơn với các phương pháp trong quá khứ.
Các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu các mẫu chất lỏng từ nhiều nguồn khác nhau trên toàn thế giới, bao gồm nước máy từ ngoại ô thành phố New York, tuyết từ Ý và Croatia, mưa từ Brazil và Pakistan, hồ nước từ Thụy Sĩ và Croatia, và nước biển từ Nhật Bản và Brazil. Thử nghiệm từng kết quả mẫu trong một mẫu nguyên tố riêng biệt, tạo ra một "dấu vân tay" có thể giúp phân biệt giữa các chất hoặc theo dõi một chất lỏng trở lại nguồn gốc môi trường của nó.
Phương pháp này được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại phòng thí nghiệm đồng vị của Đại học Nha khoa NYU và được mô tả trong tạp chí RSC Advances, được xuất bản bởi Hiệp hội Hóa học Hoàng gia - có thể được sử dụng để khám phá và hiểu được sự phân bố của các nguyên tố vô cơ vượt quá vài yếu tố thường được đo. Nó có ý nghĩa đối với các lĩnh vực như dinh dưỡng, sinh thái và khoa học khí hậu, và sức khỏe môi trường.
Một kỹ thuật phân tích được gọi là phổ khối cảm ứng plasma (ICP-MS) được sử dụng để đo các nguyên tố. Trong lịch sử, các công cụ ICP-MS đã đo các phần tử tuần tự, hoặc từng cái một, nhưng một loại công cụ ICP ‐ MS mới tại Đại học Nha khoa NYU và khoảng hai tá khác những nơi trên thế giới có khả năng đo lường toàn bộ các nguyên tố vô cơ cùng một lúc.
“Vì phương pháp mới này, máy đo phổ khối của chúng tôi có thể đo đồng thời tất cả các nguyên tố vô cơ từ lithium đến urani. Chúng tôi có thể đo lường các yếu tố trong thời gian ít hơn, với chi phí ít hơn nhiều, sử dụng ít vật liệu hơn, ”Timothy Bromage, giáo sư vật liệu sinh học và khoa học cơ bản cho biết.
Máy đo phổ khối cảm ứng đồng thời của Đại học NYU.
Tiến bộ công nghệ này có thể giúp lấp đầy những khoảng trống trong sự hiểu biết của chúng ta về sự phân bố nguyên tố và nồng độ trong các chất như nước. Ví dụ: U. S. Cơ quan Bảo vệ Môi trường theo dõi và đặt giới hạn nồng độ tối đa cho 19 yếu tố trong nước uống được coi là rủi ro về sức khỏe, nhưng nhiều yếu tố được biết là có hậu quả về sức khỏe— chẳng hạn như lithium hoặc tin— không được giám sát hay điều chỉnh.
“Việc lập bản đồ nguyên tố nồng độ trong nước đóng chai và nước máy có thể giúp chúng tôi hiểu thêm về mức nồng độ thông thường của hầu hết các nguyên tố trong nước,” ông Bromage nói.
Bromage và các đồng nghiệp của ông đã thiết kế một phương pháp để sử dụng đồng thời ICP-MS để phát hiện 71 phần tử của quang phổ vô cơ liên quan đến một tập hợp cụ thể của hiệu chuẩn và tiêu chuẩn nội bộ. Phương pháp, mà họ có một bằng sáng chế đang chờ xử lý, thường xuyên phát hiện các yếu tố trong vài giây đến vài phút và trong các mẫu nhỏ đến 1 đến 4 mililit.
Bromage và nhóm nghiên cứu của ông đã thử nghiệm phương pháp trên nước, đồ uống và các mẫu sinh học. Tuyết chứa hầu hết các yếu tố của bất kỳ mẫu nước nào: 50 trong tuyết được thu thập ở Ý và 42 trong một mẫu từ Croatia. "Những đánh giá về tuyết như vậy có thể đại diện cho một phương tiện mới và toàn diện để khảo sát nồng độ khí quyển của các nguyên tố và để theo dõi các mẫu nguyên tố trong luồng khí toàn cầu," Bromage nói.
Khi thử nghiệm nước máy, các nhà nghiên cứu đã đo 37 yếu tố khi vòi được bật đầu tiên nhưng chỉ có 34 phần tử sau khi nước chảy trong năm phút, cho thấy các yếu tố như sắt và kẽm có thể được lọc từ ống dẫn gia đình vào trong nước.
Các nhà nghiên cứu cũng đo các yếu tố trong nước đóng chai, bia, rượu và sữa, cũng như trong các mẫu nước bọt, nước tiểu và máu. Sữa được phân biệt với các loại đồ uống khác được thử nghiệm bởi nồng độ cao của titan, kẽm, palladium và vàng.
Trong mỗi mẫu, Bromage và nhóm của ông đã tìm thấy một “dấu vân tay” hoặc mẫu nguyên tố riêng biệt, cho thấy các mẫu có thể được nhận dạng và phân biệt bởi các mẫu này. Ví dụ, hàm lượng nguyên tố của nước thường phản ánh môi trường tự nhiên của nó, vì vậy việc hiểu được thành phần nguyên tố có thể cho chúng ta biết nếu nước có nguồn gốc từ nguồn đá núi lửa So với đá vôi, một loại đá kiềm. Trong nước đóng chai, các nhà nghiên cứu đã quan sát thấy các biến thể có thể có nguồn gốc từ một loại được đóng chai tại nguồn và một loại được clo hóa để vận chuyển từ nguồn này sang nhà máy đóng chai.
Các nghiên cứu trong tương lai sẽ đo lường và báo cáo về các mẫu nước, rượu, sữa và các chất lỏng khác; một nghiên cứu của hơn 1, 000 loại rượu vang từ 34 quốc gia đang được tiến hành. Ngoài ra, một khi các mẫu nguyên tố cho các môi trường cụ thể đã được thiết lập, phương pháp này có thể được áp dụng để trả lời các câu hỏi trong các vấn đề đề cập từ hiện tại đến quá khứ, chẳng hạn như paleoenvironment và biến đổi khí hậu.
“Nước như một người phán xử về cách một hệ thống thực sự hoạt động. Nếu bạn lấy mẫu nước từ ao hoặc sông và đo lường các nguyên tố, bạn đang đo lường những thứ trở nên hòa nhập vào tất cả sự sống - nước cho cây ăn, động vật ăn thực vật , Chúng ta ăn thực vật và động vật. Chúng tôi có thể sử dụng kiến thức này để nghiên cứu hóa thạch của con người và có khả năng hồi tưởng lại bản chất của nước trong vùng là hàng trăm ngàn hay hàng triệu năm trước, ”Bromage nói.
Ngoài Bromage, các tác giả nghiên cứu bao gồm Melanie Bä uchle, Sasan Rabieh, và Khemet Calnek thuộc Đại học Nha khoa NYU và Tina Lü của Trung tâm Nghiên cứu Khí hậu và Đa dạng sinh học Senckenberg và Đại học Nha khoa NYU. Hỗ trợ nghiên cứu được cung cấp bởi Giải thưởng Max Planck, được Bộ Giáo dục và Nghiên cứu Liên bang Đức cấp cho Hội Max Planck và Quỹ Alexander von Humboldt, cũng như như Human Microassay, Inc.