關于氣候監測與超純水
大約幾十年前,威尼斯大學環境科學學院的Carlo Barbante和他的研究小組已經挖掘南極的雪進行重金屬的痕量分析。 這些深層冷凍的雪可以記錄幾個世紀的大氣狀況,重金屬含量可以顯示大氣污染狀況如何隨時間變化。
威尼斯大學教授Carlo Barbante對大氣污染狀況,特別是在過去的時間里是如何變化的很感興趣。 因為雪吸收了空氣中的重金屬等污染物,南極的雪經過幾個世紀的冷凍,可以提供過去大氣的歷史狀況。 鈣、鉛、鋅、銅等重金屬在雪中的含量非常低; 現在的格陵蘭島上的雪每克含有數百克重金屬,而從南極新紀元(約50000年前)采集的雪每克含有數十克。 由于含量極低,測定的樣品純度非常重要。 該團隊最近的探險前往南極洲的COAT陸地,采集了1915年到1985年70年的樣本。
抽樣調查
南極雪采樣,首先要去除操作人員身上的首飾和眼鏡,挖8.3米深的樣品坑采樣等污染源。 工人在挖坑和取土時都使用酸處理不銹鋼的工具,穿著干凈的工作服,在樣品孔的一個孔壁上依次取40cm x 30cm x 33cm大小的樣品塊,分別可以描繪約2年的大氣歷史情況。 為了排除其他來源的金屬污染,用酸處理過的聚乙烯刮刀將樣品塊削成酸處理過的雙層聚乙烯袋保存。 樣品處理后,儲存在-10C的冰箱中,海運返回實驗室。
實驗室按照設計步驟對樣品塊進行二次采樣,盡量提取有代表性的樣品。 二次采樣在專門設計層流量的超靜定臺15C冷室進行操作。 超靜定盤及其他儀器設備均采用以前使用過的酸處理過的聚乙烯制成。 二次提取的樣品放入聚乙烯醇,用硝酸氧化,冷凍保存。
樣品的制備與分析
在樣品的微量分析中,兩個因素尤為重要。 1 .保證樣品不受污染; 2 .檢查精度。 威尼斯大學專門從事微量分析研究,設立了非常清潔的實驗室。 高效的微粒過濾器和排氣扇也由低濃度的聚乙烯原料制成。
早期的工作已經為研究者提供了充分的信心。 如果樣品通過蒸發可以濃縮30倍,則ICP-MS可以用于分析樣品。 樣品富集明顯富集樣品中的污染物,但富集過程也很可能被帶入新的污染源。 因此,迫切需要找到不進行濃縮處理而直接進行樣品分析的方法。他們選擇了ThermoFinnigan的ICP-SFMS,擁有PFA-100微流分散器(nebuliser ),連接在保持室溫的多氟乙酸雙通道的噴霧室中。 熔化的樣品通過PFA毛細管,用帶有聚乙烯管的Spetec蠕動泵從瓶中提取。 該系統預清洗,污染程度降至最低后,用超純硝酸(1%硝酸純水溶液)處理至少20小時。 他們采用的指標為鉛208Pb,如果儀器計數穩定在每秒400次以上,則認為儀器清洗干凈。 像ICP-SFMS這樣的儀器精度主要取決于用于校準的空白和標準品的純度,以及用于清洗操作系統和氧化鉛含量為0.13pg/g的樣品的雙重硝酸。
每日ICP-SFMS參數優化抵消超純硝酸氧化的1.0ng/g銦溶液,獲得最大的信號反應和穩定性。 ICP-SFMS的校正是為了抵消Merck測定的100g/g多元素標準溶液,該標準溶液可用超純水稀釋后作為空白。
超純水處理
Giulio Cozzi是威尼斯大學的超純水專家,特別注重細節的研究。 他用ELGA的分析超純水裝置進行了他的光譜研究。
PURELAB Ultra Analytic是為純化預處理的純凈水而設計的。 在威尼斯大學的實驗室里,該裝置經過反滲透處理,用于精制電阻系數達到0.1M.cm的純水。 這些純化水首先通過使用離子交換樹脂混合床和有機吸附劑去除所有離子和有機雜質的預純化柱。 然后,用產生185nm和254nm紫外線的低壓汞燈從外部照射除去熱源。 波長越長的放射線殺菌效果越好,但短波長的放射線生成自由的氫氧化物,被這些光氧化的有機物的殘留痕跡量成為帶電離子。 第二個純化柱是去除光氧化產生的離子和一次純化后殘留的微量離子,主要是飲用水中含量較多的鈉離子。 兩個精制柱之間進行電阻率監測,主要目的是及時發現一次精制柱的壽命,但二次精制柱仍然保持精制能力,即使一次精制柱壽命結束,精制處理水的質量也不會降低。 經二次純化柱處理的水經0.05m膜微濾后循環至一次純化柱,必要時可使用。水質量是操作成功的關鍵,阻力系數監測水質量已于2006年5月、6月在IET上發表的文章得到證實。
威尼斯大學的工作也證明,按順序進行超純采樣和樣品制備,加入質量穩定的超純水,無需濃縮處理即可進行重金屬微量分析。 Veolia是一家專業從事實驗室用水的ELGA純水部,樂于幫助歐洲進行微量元素的分析,并提供超純水。
超純水的性能指標
超純水的電阻系數是測定純化系統能否正常工作的簡單指標,但對Giulio Cozzi研究組來說,弄清他們日常研究中超純水中有哪些污染物尤為重要。 因此,無論何時進行雪的樣品分析,都要首先進行超純水的分析。 超純水中雜質的含量已達到空白純度水平,超純水中這些雜質的含量也保持穩定。
結果
發現來源于樣品塊最外側2cm的樣品與來源于內部的樣品相比,外側重金屬含量特別高,表明樣品表面受到污染,同時表明獲得完全不受環境污染的樣品是多么困難。 因此,只分析了來源于樣品塊中心部分的樣品。
由于不同深度樣品的重金屬含量不同,研究者可以發現重金屬進入南極洲的模式。 這通常與來自南美、南非、澳大利亞等干燥地區的地殼塵埃的長距離傳播有關。 其他進入方法有火山噴發引起的放射性細塵等。