納米材料的興起和大量使用促進(jìn)了科技的發(fā)展。但近年來(lái)，其負(fù)面效應(yīng)如是否會(huì)對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境造成風(fēng)險(xiǎn)也引起了廣泛關(guān)注，一些交叉學(xué)科如環(huán)境納米科學(xué)、納米毒理學(xué)等應(yīng)運(yùn)而生。

　　總體來(lái)說(shuō)，環(huán)境納米科學(xué)的研究還處在起步的階段，一方面是此領(lǐng)域的研究力量還比較有限，另一方面是還有很多關(guān)鍵瓶頸問(wèn)題沒(méi)有解決，如缺乏針對(duì)性的研究方法。常規(guī)的污染物無(wú)論其分子大小，都有相對(duì)固定的分子結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)色譜、質(zhì)譜等分析手段對(duì)其成分和結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，但納米材料的化學(xué)組成往往是不確定的，而且其形狀多變，這給研究帶來(lái)很大的不確定性，導(dǎo)致納米材料難以直接用傳統(tǒng)的方法進(jìn)行研究。此外，對(duì)納米材料的濃度定義的不同也會(huì)影響其分析方法的選擇，分析其所含元素總濃度或者其顆粒個(gè)數(shù)需要依賴于不同的分析技術(shù)。對(duì)于環(huán)境樣品分析而言，樣品前處理與凈化是非常關(guān)鍵的一個(gè)步驟，納米材料分析的富集、凈化方法等都與傳統(tǒng)的污染物有一定差別。除此之外，在納米毒理學(xué)研究中，目前還沒(méi)有很好的方法來(lái)區(qū)分其毒性效應(yīng)到底是來(lái)自納米材料本身還是其釋放的離子。這些問(wèn)題都為環(huán)境納米科學(xué)研究帶來(lái)了新的方法學(xué)挑戰(zhàn)。

　　有新的挑戰(zhàn)就會(huì)有新的突破。近日，中科院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉倩、江桂斌研究組在納米材料轉(zhuǎn)化過(guò)程同位素分餾方面取得重大突破，研究成果已在線發(fā)表于Nature Nanotechnology，doi: 10.1038/nnano.2016.93; Impact Factor 35.267(詳情請(qǐng)見：江桂斌團(tuán)隊(duì)在納米材料轉(zhuǎn)化過(guò)程穩(wěn)定同位素分餾方面取得重大突破)。此研究成果也引起了同行的極大關(guān)注，為此儀器信息網(wǎng)專門請(qǐng)劉倩老師為大家對(duì)此成果進(jìn)行一個(gè)詳細(xì)的解讀。

　　研究人員正在操作MC-ICP-MS進(jìn)行穩(wěn)定同位素分析

　　劉倩老師的工作主要圍繞環(huán)境分析化學(xué)開展，早期主要是利用納米材料來(lái)建立污染物分析新方法，特別是樣品前處理方面。近年也開始研究針對(duì)納米材料自身的分析方法。在這些研究工作中，他愈發(fā)感受到環(huán)境納米材料現(xiàn)有研究技術(shù)的不足，需要有新的技術(shù)來(lái)推動(dòng)這一領(lǐng)域的研究。劉老師關(guān)注到地質(zhì)研究中的天然同位素分析方法，在地球科學(xué)、考古學(xué)等領(lǐng)域，使用天然同位素來(lái)進(jìn)行年代判定或來(lái)源追溯已是一個(gè)相對(duì)比較成熟的方法，但在其他領(lǐng)域的應(yīng)用還相對(duì)較少?！斑@可能一是因?yàn)槠渌I(lǐng)域的研究人員對(duì)穩(wěn)定同位素技術(shù)還不夠了解，二是穩(wěn)定同位素分析還是具有一定的門檻的”。劉老師開始思考是否可以將地學(xué)上的穩(wěn)定同位素技術(shù)用來(lái)解決一些環(huán)境領(lǐng)域的問(wèn)題，如研究環(huán)境中的納米材料等。結(jié)合課題組之前在納米銀方面的工作基礎(chǔ)，他開始研究環(huán)境水體中納米銀的轉(zhuǎn)化過(guò)程中的穩(wěn)定同位素分餾。幸運(yùn)的是，銀只有兩個(gè)同位素且具有相近的豐度，因此他很快就建立起了銀同位素的分析方法，為后續(xù)研究的開展打下了良好的基礎(chǔ)。

　　銀穩(wěn)定同位素的分析方法是否具有決定性的作用?對(duì)此劉老師進(jìn)行了專門的解釋：“從最終的分析結(jié)果來(lái)看，納米材料進(jìn)入環(huán)境水體之后的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，同位素比值會(huì)有一個(gè)變化，但是這個(gè)變化是非常細(xì)微的，一般只有千分之零點(diǎn)幾。因此準(zhǔn)確、可靠的分析方法對(duì)此研究的開展至關(guān)重要。”除了環(huán)境水體，后續(xù)還將會(huì)對(duì)土壤、大氣等其他環(huán)境介質(zhì)進(jìn)行研究，要想保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，就需要對(duì)樣品基質(zhì)進(jìn)行徹底的凈化，可能還需要依賴于更可靠、更嚴(yán)格的樣品前處理方法的開發(fā)。

　　談到這一成果的意義，劉老師也與我們進(jìn)行了分享。一是可以利用這一新技術(shù)來(lái)研究納米材料的環(huán)境行為。納米材料進(jìn)入環(huán)境之后會(huì)經(jīng)歷不同的環(huán)境過(guò)程，不同的過(guò)程會(huì)造成不同的同位素比值變化，因此可以利用初始和最終的同位素變化來(lái)研究納米材料的環(huán)境過(guò)程。二是可以基于此技術(shù)對(duì)納米材料在環(huán)境中的歸趨或者來(lái)源進(jìn)行一個(gè)判斷。如天然生成的納米銀和人工生產(chǎn)的納米銀，在環(huán)境轉(zhuǎn)化過(guò)程中的同位素變化是有差異的，因此可以通過(guò)這個(gè)差異來(lái)判斷納米銀的來(lái)源是天然的還是人工的。當(dāng)然這一方法還需要進(jìn)一步的驗(yàn)證。

　　雖然這一技術(shù)在真正廣泛應(yīng)用于環(huán)境納米科學(xué)研究之前還有很多工作要做，但是其為環(huán)境納米研究提供了一個(gè)全新的思路。劉老師表示他們會(huì)繼續(xù)深入相關(guān)領(lǐng)域的研究，儀器信息網(wǎng)也會(huì)持續(xù)關(guān)注。（編輯：李學(xué)雷）