Mere end H2O:Teknologi måler samtidig 71 grundstoffer i vand, andre væsker

En ny metode til samtidig måling af 71 uorganiske grundstoffer i væsker - inklusive vand, drikkevarer, og biologiske væsker - gør elementtest meget hurtigere, mere effektivt, og mere omfattende end tidligere muligt.

Forskerne studerede prøver af væske fra en række forskellige kilder verden over, inklusive postevand fra en forstad til New York City, sne fra Italien og Kroatien, regn fra Brasilien og Pakistan, søvand fra Schweiz og Kroatien, og havvand fra Japan og Brasilien. Test af hver prøve resulterer i et særskilt elementært mønster, skabe et "fingeraftryk", der kan hjælpe med at skelne mellem stoffer eller spore en væske tilbage til dens miljømæssige oprindelse.

Metoden - udviklet af forskere ved isotoplaboratoriet ved NYU College of Dentistry og beskrevet i tidsskriftet RSC går videre , udgivet af Royal Society of Chemistry - kan bruges til at udforske og forstå fordelingen af ​​uorganiske grundstoffer ud over de få, der typisk måles. Det har konsekvenser for områder som ernæring, økologi og klimavidenskab, og miljømæssig sundhed.

En analytisk teknik kaldet induktivt koblet plasmamassespektrometri (ICP-MS) bruges til at måle grundstoffer. Historisk set, ICP-MS-instrumenter har målt elementer sekventielt, eller en efter en, men en ny type ICP-MS-instrument på NYU College of Dentistry og omkring to dusin andre steder rundt om i verden har potentialet til at måle hele rækken af ​​uorganiske elementer på én gang.

"På grund af denne nye metode, vores massespektrometer kan samtidig måle alle uorganiske grundstoffer fra lithium til uran. Vi er i stand til at måle elementerne på langt kortere tid, til langt færre omkostninger, bruger langt mindre materiale, " sagde Timothy Bromage, professor i biomaterialer og i grundlæggende videnskab og kraniofacial biologi ved NYU College of Dentistry og undersøgelsens seniorforfatter.

Dette teknologiske fremskridt kan hjælpe med at udfylde huller i vores forståelse af grundstoffordelinger og koncentrationer i stoffer som vand. For eksempel, U.S. Environmental Protection Agency overvåger og fastsætter maksimale koncentrationsgrænser for 19 elementer i drikkevand, der anses for at være sundhedsrisici, men mange elementer, der vides at have sundhedsmæssige konsekvenser - såsom lithium eller tin - er hverken overvåget eller reguleret.

"Den elementære kortlægning af koncentrationsniveauer i flaskevand og postevand kan hjælpe med at øge vores forståelse af 'normale' koncentrationsniveauer af de fleste grundstoffer i vand, " sagde Bromage.

Bromage og hans kolleger designede en metode til at bruge samtidig ICP-MS til at detektere 71 elementer af det uorganiske spektrum, der involverer et specifikt sæt kalibrering og interne standarder. Metoden, som de har anmeldt patent på, registrerer rutinemæssigt elementer på sekunder til flere minutter og i prøver så små som 1 til 4 milliliter.

Bromage og hans forskerhold testede metoden på vand, drikkevarer, og biologiske prøver. Sne indeholdt flest elementer af enhver vandprøve:50 i sne indsamlet i Italien og 42 i en prøve fra Kroatien. "Sådanne evalueringer af sne kan repræsentere et nyt og omfattende middel til at overvåge atmosfæriske koncentrationer af elementer og til at overvåge elementmønstre i globale luftstrømme, " sagde Bromage.

Når man tester postevand, forskerne målte 37 elementer, da hanen først blev åbnet, men kun 34 elementer efter, at vandet var løbet i fem minutter, tyder på, at elementer som jern og zink kan udvaskes fra husholdningsrør til vandet.

Forskerne målte også grundstoffer i flaskevand, øl, vin, og mælk, såvel som i prøver af spyt, urin, og blod. Mælk adskilte sig fra de andre testede drikke ved dens høje koncentrationer af titanium, zink, palladium, og guld.

I hver prøve, Bromage og hans team fandt et tydeligt "fingeraftryk" eller elementært mønster, tyder på, at prøver kan genkendes og differentieres af disse mønstre. Grundstofindholdet i vand, for eksempel, typisk afspejler dets naturlige miljø, så forståelse af grundstofsammensætningen kan fortælle os, om vand havde sin oprindelse fra en kilde med vulkansk sten versus kalksten, en alkalisk sten. I flaskevand, forskerne observerede variationer, der sandsynligvis kan spores til, at en blev aftappet ved kilden, og en blev kloreret til transport fra kilden til aftapningsanlægget.

Fremtidige undersøgelser vil måle og rapportere om større prøver af vand, vin, mælk, og andre væsker; en undersøgelse af mere end 1, 000 vine fra 34 lande er i gang. Ud over, når elementære mønstre for specifikke miljøer er blevet etableret, metoden kan anvendes til at besvare spørgsmål inden for områder, der relaterer nutiden til fortiden, såsom palæo-miljøet og klimaændringer.

"Vand bestemmer, hvordan et system rent faktisk fungerer. Hvis du prøver vandet fra en dam eller flod og måler elementerne, du måler de ting, der bliver inkorporeret i alt liv - vand fodrer planterne, dyr spiser planterne, vi spiser planter og dyr. Vi kunne bruge denne viden til at studere menneskelige fossiler og potentielt retrodikte hvad naturen af ​​regionens vand var for hundredtusinder eller millioner af år siden, " sagde Bromage.