酶提取-单颗粒电感耦合等离子质谱法分析樱桃番茄纳米银颗粒及其吸收规律研究

为探究复合保鲜涂膜中AgNPs的迁移情况,采用酶提取的前处理方式,结合单颗粒电感耦合等离子体质谱(SP-ICP-MS)法,考察了前处理方式、驻留时间、校准方式以及Ag^(+)浓度等条件对AgNPs准确测定的影响。结果表明:0.1 g樱桃番茄样品在柠檬酸盐体系下使用0.2 g R-10离析酶可达到消解最适酶剂量;当驻留时间小于100μs时,测定结果有较好的积分条件以及较高的信背比;采用AgNP尺寸方式进行校准比单独用Ag^(+)标准溶液校准方式的颗粒尺寸测定结果更加准确。方法用来测定樱桃番茄中加标AgNPs颗粒回收率达到88.9%,粒径实测值为(47.8±0.3) nm,粒径检出限为13 nm,颗粒浓度检出限为7.5×10~4 particles/L。通过将樱桃番茄暴露于AgNPs涂膜中来探究AgNPs迁移行为,复合保鲜涂膜后的樱桃番茄通过三次洗涤后能够在表面去除大部分AgNPs,但仍有少量AgNPs穿过果表皮浸入果肉组织。方法灵敏度高,操作简单,能够为揭示AgNPs在农产品及农业生产中的风险提供可靠、准确的表征方法。

Cr(Ⅵ)浓度对MFC-颗粒污泥耦合体系运行效能及微生态的影响

Cr(Ⅵ)在水体环境中的污染不容忽视,探讨高效处理含Cr(Ⅵ)废水具有重要意义。本文建立了微生物燃料电池(MFC)-颗粒污泥耦合处理含Cr(Ⅵ)废水体系,考察了Cr(Ⅵ)浓度变化对该体系运行效能及微生态的影响。实验结果表明:当进水Cr(Ⅵ)浓度达到80 mg/L时,该体系对COD的去除率与Cr(Ⅵ)生物还原率分别达到92.71%和99.70%;循环伏安法(CV)显示其具有明显的还原峰,电化学阻抗谱(EIS)表明随着进水Cr(Ⅵ)浓度的增加,电荷转移内阻逐渐减小;进水Cr(Ⅵ)浓度增大到100 mg/L时,辅酶F420活性最低为0.026 2±0.000 2 mmol/g, INT-ETS活性明显下降,仅为5.20±0.23μg/(mg·h);X射线光电子能谱特征峰结合能表明其主要由Cr2O3和Cr(OH)3组成;高通量测序分析表明,该体系中的优势菌群为Chloroflexi和Proteobacteria,进水Cr(Ⅵ)浓度增大至100 mg/L,属水平的优势菌群由以Methanothrix、Methanobacterium等产甲烷菌为主转变为以电活性细菌Geobacter和共养菌属Syntrophobacter为主,其最大相对丰度分别为21.24%、4.28%、5.60%和6.22%,表明增大Cr(Ⅵ)浓度会改变MFC-颗粒污泥耦合体系中的微生物群落结构,Cr(Ⅵ)可通过微生物菌群之间的联营机制进行还原。

复杂基质样品中金属纳米颗粒的SP-ICP-MS分析方法及应用研究进展

近年来,纳米技术和纳米材料的大规模应用导致大量的金属纳米颗粒(MNPs)释放并积累到环境中。由于独特的物理化学特性及生物毒性,环境中的MNPs严重威胁到生态环境及人类健康。因此,对复杂基质样品(土壤、沉积物、水体、生物)中的MNPs进行表征具有重要意义。在已报道的各种表征MNPs的技术中,单颗粒电感耦合等离子体质谱(SP-ICP-MS)在分离、鉴定和定量复杂基质样品中的MNPs方面发挥了重要作用。该文主要介绍了SP-ICP-MS分析技术的原理及其复杂基质的样品前处理方法,评述了近年来SP-ICP-MS在环境科学、生命科学、医学MNPs分析应用中的新进展,并提出了SP-ICP-MS技术未来研究和应用的方向。

单颗粒-电感耦合等离子体质谱法测定地表水中金属纳米颗粒的初探

阐述了单颗粒电感耦合等离子体质谱法(SP-ICP-MS)的背景、分析原理、颗粒数量浓度和粒径计算原理,并采用该方法分析地表水中的纳米颗粒,探究其分析条件和影响因素。试验中测定了银、钛、铜、锌、镉、铅6种金属纳米颗粒(AgNPs、TiNPs、CuNPs、ZnNPs、CdNPs、PbNPs),纳米颗粒数量浓度为2.00×10^(3)~1.92×10^(6)个/mL。在粒径分布上,AgNPs和CdNPs相对单一且粒径较小,平均粒径为10和16 nm;其他4种纳米颗粒(TiNPs、CuNPs、ZnNPs和PbNPs)的粒径均在较广的范围内分布,粒径范围分别为58~176,43~75,90~278和19~136 nm。SP-ICP-MS方法相比其他分析方法更为便捷、快速、准确和全面,可同时获取纳米颗粒的粒径大小、分布状况,以及颗粒数量浓度和溶解态离子质量浓度等信息,可为之后的深入研究提供理论基础和科学依据。

纳米银的单颗粒-电感耦合等离子质谱法表征及其测定

建立单颗粒-电感耦合等离子体质谱法(SP-ICP-MS)测定稀溶液中纳米银颗粒粒度分布及纳米银颗粒数量浓度的方法。当停留时间为3 ms时,两个或多个纳米银颗粒同时进入检测器的可能性降至最低。采用5倍标准偏差迭代算法(5σ)区分纳米银颗粒信号和背景信号。采用SP-ICP-MS法测定3种商品级纳米银颗粒(30,50和100 nm)粒度分布和纳米颗粒浓度。结果表明:SP-ICP-MS法测定纳米银颗粒结果与纳米银的TEM值相近,可采用SP-ICP-MS法表征纳米银颗粒。本方法测定稀溶液中纳米银颗粒粒度检出限为25nm,纳米银颗粒浓度检出限约为8×104个/L。将纳米银颗粒加入到自来水样品中并进行测定,获得相近的纳米银粒度分布及纳米颗粒浓度。本方法简单、快捷、灵敏度高,可为研究水环境中纳米银的风险评估提供可靠分析方法,并为饮用水中纳米银的监测提供分析技术。

食品中纳米二氧化钛的单颗粒-电感耦合等离子质谱法表征及其测定

建立了用单颗粒-电感耦合等离子质谱法(SP-ICP-MS)测定食品中纳米二氧化钛粒度分布、数量浓度的方法。采用20%强碱四甲基氢氧化铵(TMAH)处理样品后,用单颗粒-电感耦合等离子质谱法(SP-ICP-MS)测定样液中纳米二氧化钛粒度分布、数量浓度和溶解钛离子含量。试验结果:本方法测定食品中纳米二氧化钛颗粒粒度检出限为45nm,样液中纳米二氧化钛浓度检出限约为8.3×105个/L,溶解钛离子检出限为0.2 ng/mL;添加纳米二氧化钛和钛离子的回收率分别约为109%和91.3%,并获得相近的纳米二氧化钛粒径分布。

非对称球形弯头内颗粒流动特性研究

近年来,在工业生产中气力输送应用越来越广泛,随之而来管道磨损、颗粒破碎、能量损耗、颗粒气动效率低的问题变得十分突出。针对上述问题,以90°管道弯头为对象,设计了一种非对称球形弯头,并用CFD-DEM耦合方法研究了这种弯头的颗粒流动和冲蚀特性,通过同四种已有弯头(普通弯头,盲三通,带涡室的弯头,球形弯头)的对比,得出结果表明:非对称球形弯头在兼顾减小弯头冲蚀、气体能量损耗和防颗粒破碎的基础上,大大改善了出口处颗粒散布特性,提高了颗粒在管道中的运输效率。

单颗粒-电感耦合等离子体质谱测定金纳米颗粒

单颗粒-电感耦合等离子体质谱法(Single particle-inductively coupled plasma-mass spectrometry,SPICP-MS)是近年出现的一种纳米材料分析方法,可用于表征纳米材料的元素组成、粒径分布以及颗粒物浓度。本研究对比了驻留时间(Dwell time,t_d)和稳定时间(Settling time,t_s)等质谱参数对单颗粒分析结果的影响,分析了金纳米颗粒标准物质(NIST 8012,NIST 8013,GBWE 120127)。结果表明,使用短的驻留时间(0.05 ms)和稳定时间(0 ms),可以获得更高的信噪比,检测到更多的纳米颗粒。利用本方法分析了AuNP标准物质,得到的粒径结果与标准值相符。本方法对金纳米颗粒的数量检出限为1.1×10~5L^(-1),粒径检出限为8 nm。

超声辅助提取/单颗粒电感耦合等离子体质谱法测定防晒化妆品中的纳米二氧化钛

建立了超声辅助提取/单颗粒电感耦合等离子体质谱(SP-ICP-MS)测定防晒化妆品中纳米TiO_2的方法。考察了停留时间、纳米粒子数量及浓度等分析条件,确定了防晒化妆品中纳米TiO_2的最佳萃取条件以及测定方法,对比了不同萃取溶剂对防晒霜中纳米TiO_2的提取效果。结果表明,在采用0. 1%Tritonx-100(Tx-100)以及5%乙醇作为萃取剂超声辅助提取,测定停留时间为3 ms,待测样品中纳米颗粒的数量浓度低于4×10~7个/mL条件下,该法可准确测定防晒化妆品中的纳米TiO_2,对防晒化妆品中纳米TiO_2的数量浓度检出限(LOD_(conc))为1×10~4个/mL,纳米颗粒粒度检出限(LOD_(size))为35 nm。方法简单快捷、灵敏度高、准确性良好,可同时对防晒化妆品中TiO_2进行浓度测定及粒度分布表征。

酶消解-单颗粒电感耦合等离子体质谱法测定农产品中纳米铂颗粒

铂纳米颗粒在汽车行业中被广泛用作汽车尾气催化剂。随着铂纳米颗粒在工业生产中的广泛应用,它在环境中广泛分布并可能从植物累积进入食物链中。因此,建立一种在农产品中的定量分析方法是至关重要的。以酶消解的前处理方法结合单颗粒-电感耦合等离子体质谱法(Single particle ICP-MS,SP-ICP-MS)测定农产品中纳米铂颗粒(PtNPs)粒径分布及颗粒数量浓度。通过优化前处理提取条件,当Macerozyme R-10酶为10 mg、柠檬酸缓冲溶液浓度为5 mmol/L、提取时间36 h时,农产品中PtNPs提取效果较高。PtNPs粒径检出限为20 nm,颗粒浓度检出限为5×10^(5) particle/L,铂颗粒浓度回收率在(81±3)%~(91±4)%,加标后平均粒径(41±3)~(47±2)nm,与50 nm PtNPs标准溶液粒径接近。方法操作简单、检出限低、准确度高,适用于农产品中PtNPs定量分析,为客观评价农产品铂纳米毒性效应提供可靠的分析技术。

无固定相分离-电感耦合等离子体质谱法在环境中痕量金属纳米颗粒分析中的应用

环境中金属纳米颗粒的分析检测不仅需要关注其浓度和化学组成,还需要对其形状、粒径和表面电荷等进行表征。此外,环境中金属纳米颗粒的分析需要解决其低赋存浓度以及复杂基质干扰的难题。无固定相分离技术与电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)的在线联用,具有较强的颗粒分离能力和较低的元素检出限,能够快速准确地提供金属纳米颗粒的粒径分布、化学组成等信息,在金属纳米颗粒的分离检测方面表现出极大的潜能。但这一联用技术尚无法获得金属纳米颗粒物的颗粒数浓度和单个颗粒的元素信息,难以判断金属纳米颗粒涂层厚度、纯度以及颗粒的均相/异相团聚行为等。新兴的单颗粒-电感耦合等离子体质谱(SP-ICP-MS)与无固定相分离技术的在线联用,可以获得金属纳米颗粒的流体动力学粒径、元素质量计算粒径和颗粒数浓度等信息,进而弥补无固定相分离与ICP-MS在线联用技术的不足。该文介绍了流体动力色谱、毛细管电泳和场流分离3种常用无固定相分离技术的分离机制和适用检测器,着重综述了无固定相分离技术与ICP-MS/SP-ICP-MS在线联用技术的特点及其在环境金属纳米颗粒分析中的应用。关于场流分离,主要介绍了可以与ICP-MS联用的沉降场流分离和流场流分离。该文还对流体动力色谱、毛细管电泳和流场流分离与ICP-MS在线联用技术的特点进行了比较。最后,该文对无固定相分离技术与ICP-MS/SP-ICP-MS在线联用技术的发展提出了展望。

单颗粒-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法表征纳米抗菌商品中纳米银颗粒粒径分布

建立了单颗粒-电感耦合等离子体质谱法(Single particle ICP-MS,SP-ICP-MS)测定纳米抗菌商品中纳米银颗粒(Silver nanoparticles,AgNPs)粒度分布的方法。首先采用微波消解-ICP-MS法测定了纳米抗菌商品中的总银含量,确定样品稀释倍数。然后在SP-ICP-MS模式下,测定3种AgNPs标准样品(30、50和80 nm)的粒径,所得结果与供应商提供的TEM值接近,说明SP-ICP-MS法能够准确表征水溶液中AgNPs的粒径分布,同时采用SP-ICP-MS测定了纳米抗菌商品中纳米银颗粒粒径分布。方法简单快速、灵敏度高,能够为纳米抗菌材料中AgNPs表征提供准确的表征方法。

单颗粒-电感耦合等离子体质谱测定白酒中纳米金的方法

使用NexION 2000 ICP-MS和Syngistix Nano软件模块,分析市售白酒样品中的纳米金(Au NPs)特性.单颗粒-电感耦合等离子体质谱法(SP-ICP-MS)可以直接测试样品中的纳米颗粒尺寸、颗粒物浓度和溶解离子浓度.依照本文所建立方法,白酒样品纳米颗粒标准品以及金离子标准溶液的加标回收率均在90%—110%之间.

隧道突泥破坏的耦合格子Boltzmann-离散元法模拟

为了探究隧道突泥灾害的灾变机制,开发了耦合格子Boltzmann–离散元法(LBM-DEM)数值计算平台并对隧道突泥破坏的演化过程进行了模拟,分析了致灾介质颗粒黏结强度、水压力及突泥口尺寸等因素对隧道突泥破坏特征的影响。结果表明:基于LBM-DEM模拟能再现隧道突泥破坏"启动、加速、缓慢和稳定"等连续4个阶段的演化过程;无黏结的致灾介质突泥破坏形态近似为直线,有一定黏结强度的致灾介质突泥破坏形态总体呈圆弧或抛物线状,突泥破坏区扩展范围和稳定后的突泥量随着颗粒间黏结强度的增大而逐渐减小;水压力越大,突泥灾害发生后突泥量增长越快,最终的突泥量也越大,且颗粒间黏结强度较大时水压力的这种影响越显著;当致灾介质颗粒间无黏结时,不同突泥口尺寸的模型在稳定后突泥量和破坏区范围基本相同,而当颗粒间形成一定强度的黏结后,突泥口尺寸越大,突泥灾害发生后突泥量增长越快,稳定后的突泥量也越多;隧道突泥破坏是致灾岩土介质、水压和开挖三者综合作用的结果。

spICP-MS准确定量多分散金纳米颗粒的颗粒数量浓度

建立了基于单颗粒电感耦合等离子体质谱(spICP-MS)法准确定量分析多分散金纳米颗粒(AuNPs)的颗粒数量浓度。以包含30 nm和60 nm AuNPs的多分散样品为研究对象,考察载气流速和采样深度对尺寸分辨率,以及采集时间和驻留时间对颗粒数量浓度测定结果的影响。研究表明:优化载气流速能显著改善尺寸分辨率,而采样深度的影响相对较小,在载气流速0.8 L/min、采样深度9 mm时,获得了最佳的尺寸分辨率;延长采集时间能有效降低测定结果的相对标准偏差(RSD),当采集时间增加至180 s时,多分散样品中30 nm和60 nm AuNPs颗粒数量浓度测定值的相对标准偏差降至5%以下(n=3);选取驻留时间为0.1 ms时,测定结果与配制值相符,且颗粒信号与离子信号的区分更加明显。在优化的条件下,粒径和颗粒数量浓度检出限分别为10 nm和49 NPs/g。采用本方法对不同混合比例的多分散样品进行定量分析,其测定结果与标准值相符,证明了方法的可靠性。将该方法应用于自来水、泉水和湖水中多分散纳米颗粒的定量测定,3种水样的加标回收率在80%~120%之间。本方法具有尺寸分辨率高、测量精密度好、离子干扰小等优点,可为环境基体中多分散纳米颗粒的定量测定提供方法参考。

特厚煤层综放开采顶煤遗失机理及放煤步距优化数值模拟研究

为确定特厚煤层综放开采的合理放煤步距,探究放煤步距对顶煤遗失和回收率的影响机理,以塔山煤矿8222综放工作面为工程背景,采用CDEM颗粒-块体单元耦合数值模拟方法,建立考虑液压支架支撑作用的二维走向开采数值模型,研究特厚煤层综放开采放煤步距对遗煤形态、放煤漏斗、煤岩分界线等的影响,揭示“见矸关门”条件下的顶煤遗失机制,探索顶煤在采空区内随综放工作面循环推进的遗失规律。结果表明:随着综放工作面不断推进,液压支架上方的矸石提前到达放煤口,采空区一侧部分顶煤未能放出而留在采空区内,造成顶煤遗失;放煤步距对煤岩界面形态和煤岩相互侵入有显著影响,进而影响顶煤回收率和混矸率;通过数值分析、顶煤回收率和总回收量指标确定了塔山煤矿8222综放工作面12 m顶煤厚度下最佳放煤步距,为0.8 m。

光辅自耦合藻-菌颗粒污泥处理系统特性

在当前温室气体成为生态环境严重威胁的背景下,探究了实验室条件下光辅助自耦合藻-菌颗粒污泥处理系统达到最佳处理效果时,系统所需的曝气量大小。本工作首先阐述了该系统的培养过程,接着考察了藻类供氧完全替代曝气(零曝气)的情况下系统处理效果,最后探究了适当增加不同曝气量(0.2,0.4,0.6,0.8 L/min)的条件下系统处理效果。结果显示,在零曝气条件下经过12 h的处理,出水COD、总磷、总氮浓度分别降至76.70,1.09,3.52 mg/L,各指标浓度下降趋势明显,继续增大水力停留时间出水能够达标,但处理成本随之增大。对比几种不同曝气量条件,在0.2 L/min曝气量条件下系统各项出水指标效果达到最佳,COD、总磷、总氮浓度分别降至25.6,0.40,1.67 mg/L。因此0.2 L/min为系统最佳曝气量,在保证处理效果的同时能够为污水厂节能减排带来可观效果。

煤层上覆岩层力学性质随赋存深度变化试验

为获得煤层上覆岩层力学性质随赋存深度变化的规律,钻孔选取从地表到煤层的所有完整岩石,通过室内力学试验获取相应力学参数.试验结果表明:试样的天然密度、抗拉强度、单轴抗压强度和弹性模量等随着赋存深度增加而增大,吸水率、泊松比随着赋存深度增加而减小;试样力学性质除了与赋存深度有关外,还与岩性有直接关系;试验数据的离散性随着赋存深度增加而增大.造成试验数据离散性的原因除构造应力、煤层采动及温度影响外,主要是砂岩等沉积岩试样内部颗粒随着应力解除而重新耦合.

基于LBM-IMB-DEM分析岩土多孔介质的渗透淤堵特性

岩土多孔介质中发生的渗透淤堵本质上是渗流与颗粒耦合作用的结果。开发了适用于岩土渗流-颗粒耦合模拟的格子Boltzmann方法-浸入运动边界-离散元法(LBM-IMB-DEM)数值计算平台并对岩土多孔介质的渗透淤堵过程开展了孔隙尺度的模拟,分析了多孔介质骨架颗粒分布、骨架颗粒粒径、孔隙率、骨架颗粒定向性及水压力等因素对其渗透淤堵特性的影响。结果表明:多孔介质中骨架颗粒的空间分布不同,其渗透淤堵特性也有所区别;多孔介质的骨架颗粒粒径或孔隙率越小,淤堵后的滞留颗粒越多,淤堵越严重;骨架颗粒定向性对淤堵特性有一定影响,当骨架颗粒为条形且其长轴与流动方向垂直时淤堵最为严重;随水压力增大,淤堵后滞留颗粒在多孔介质中的分布更趋于分散,淤堵更为严重;岩土多孔介质渗透淤堵的程度与其淤堵前的渗透性密切相关,透水性强的多孔介质相对不易发生淤堵。

纳米金的SP-ICP-MS表征及测定

纳米技术的不断发展需要更强大的纳米粒子表征技术。单颗粒电感耦合等离子体质谱(SP-ICPMS)是近年来发展起来的纳米粒子检测新技术,能够快速的向研究人员提供关于纳米粒子尺寸、尺寸分布、粒子数目浓度和元素组成等信息,而且对样品干扰小。本工作探讨了SP-ICP-MS检测技术中影响金纳米粒子(Gold nanoparticles,AuNPs)测定的因素:包括仪器参数的优化,如驻留时间(Dwell time);样品基质的影响,包括含盐、含碳基质;以及溶液中溶解的被分析元素等。测得仪器对金纳米粒子的检测限是23nm。通过加标回收的方式,测定了实际水样太湖水、东丽湖水中金纳米粒子,加标回收率分别为97.7%和84.4%。最后,对SP-ICP-MS纳米粒子检测的现存问题进行了几点思考。