ICP-MS研究太湖过滤水和表层沉积物中重金属的含量水平及污染评价

采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对太湖22个采样点过滤水和18个采样点表层沉积物中镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)、铅(Pb)和锌(Zn)六种重金属元素含量进行测定。同时,采用单因子指数法(I_i)、内梅罗综合指数法(I)、地质累积指数法(I_geo)、潜在生态风险指数法(RI)和平均可能影响浓度商法(mPEC-Q)分别对过滤水和表层沉积物进行了污染评价。结果表明, 除S₃,S₄,S₂₀,S₂₂采样点外过滤水中Cu,Ni和Zn元素含量最高。其重金属平均含量水平大小排序为：Zn>Ni>Cu>Cr>Cd>Pb。研究区域的I_i和I值均小于1, 表明所有采样点五种重金属元素(Ni无标准限值)均处于清洁状态。而在表层沉积物中六种元素含量均超过当地背景值, 其平均含量大小排序为：Zn>Cr>Pb>Ni>Cu>Cd, 其中S₁₂采样点(渔民生态园)六种元素含量最高,且它们具有最大的I_geo,RI(327)和mPEC-Q(0.605),表明沉积物存在不同程度的污染。源分析的结果表明, 六种重金属具有较大的相关性,且Cd,Cu,Pb和Zn受电镀、冶炼工业生产及农业活动中化肥使用的影响较大。研究结果对追溯太湖重金属来源、迁移规律、生物效应和综合治理提供可信的实验依据。     

黄河上游水体中重金属分布特征及重金属污染指数研究

为了研究黄河上游地区水体中重金属含量分布特征及评价该区域重金属污染水平,分别于2014年4月(枯水期)和10月(平水期),在12个采样点采集了24个黄河表层水样。由电感耦合等离子质谱仪ICP-MS测量水样中As,Cd,Cr,Co,Cu,Mn,Ni,Pb和Zn的含量,并确定黄河上游水体中重金属分布特征和重金属污染指数。结果显示枯水期重金属的平均浓度顺序是：Cr(18.56 μg·L-1)>As(2.95 μg·L-1)>Ni(1.87 μg·L-1)>Mn(1.20 μg·L-1)>Cu(1.12 μg·L-1)>Zn(0.59 μg·L-1)>Pb(0.08 μg·L-1)>Cd(0.01 μg·L-1),平水期的重金属平均浓度顺序是：Mn(596.89 μg·L-1)>Zn(52.46 μg·L-1)>Cu(36.27 μg·L-1)>Ni(25.11 μg·L-1)>Cr(23.19 μg·L-1)>Pb(19.51 μg·L-1)>As(7.30 μg·L-1)>Cd(0.37 μg·L-1)。将重金属含量测定结果与中国和国际水质参考值以及同地区丰水期重金属含量数据进行了比较,结果显示Cr,Mn,Pb和Cu含量高于标准值。同时,用重金属污染指数(HPI)评估所有金属对整个水体的影响,结果表明各选点枯水期HPI值为6.46～11.95,平水期HPI为4.53～210.53。两个季节的重金属分布特征和HPI都显示了明显的季节性变化。研究结果表明黄河研究流域水体重金属含量及HPI均显示平水期重金属污染程度较枯水期高,可能与季节性生产及降水变化有关。研究结果可为相关部门制定环保政策提供可信的实验数据和理论依据。     

ICP-MS在水库水源地重金属污染健康风险评价中的应用

对辽河流域水库饮用水源地水样中重金属元素(Cr, As, Cd, Cu, Zn和Pb)浓度进行了调查研究,并采用美国环保署推荐的健康风险评价模型对水库中重金属污染做了初步的健康风险评价。结果表明,辽河流域5个水库中6种重金属元素Cr,Cu,Zn,As,Cd和Pb的平均浓度分别为3.36, 1.03, 2.70, 1.23, 0.02, 0.03 μg·L-1,均未超过国家生活饮用水卫生标准(GB 5749—2006)。健康风险评价结果表明,研究区域的金属致癌风险较高,致癌重金属的健康风险大小依次为Cr>As>Cd。其中,水库中Cr元素致癌风险最高,成人和儿童分别为4.50×10-5~7.53×10-5和6.29×10-5~1.05×10-4 a-1。非致癌重金属引起的健康风险值为10-13~10-10 a-1,均在国际辐射防护委员会(ICRP)所规定的可接受范围内,健康风险大小为Cu>Zn>Pb。重金属总健康风险成人为1.07×10-4~1.72×10-4 a-1,儿童为1.49×10-4~2.40×10-4 a-1,均超过ICRP推荐的5×10-5 a-1。辽河流域饮用水源地致癌重金属的风险明显高于非致癌重金属。     

广州珠江水体微表层与次表层中重金属的分布特征

采用ICP-AES对广州珠江水体微表层与次表层中Cu、As、Zn、Cr、Pb和Cd的质量浓度进行为期一年的调查研究。结果表明：珠江广州段水体均不同程度地受到6种重金属的污染,重金属浓度的季节性变化比较明显,在春季和冬季时浓度较高,夏季时浓度较低;重金属浓度的空间变化也比较明显。除Zn外,微表层对其余5种重金属均具有较强的富集作用。     

Nanoparticle and Nanoporous Carbon Adsorbents for Removal of Trace Organic Contaminants from Water

Removal of a wide range of trace organic contaminants from water to concentrations below USEPA Maximum Contaminant Levels (MCL) remains an important goal for the water industry. Design of advanced carbon based adsorption systems represents a unique approach to solving these problems. A number of successful examples are cited in this paper and are briefly summarized in the following section.

1. Removal of foulants such as humic acid using nanoparticle carbon blacks and chemically activated nanoporous fibers;
2. Removal of trace organic contaminants such as benzene, toluene, ethylbenzene and p-xylene (BTEX) to levels below USEPA MCL using nanoporous carbon fibers;
3. Removal of trace chemical warfare simulants such as diisopropylmethyl phosponate and chloroethylethylsulfide using enlarged nanoporous carbon fibers;
4. Removal of trace chlorinated solvents such as trichloroethylene (TCE) and chloroform using tailored nanoporous carbon fibers;
5. Removal of the trace herbicide, atrazine, to below USEPA MCL level using nanoporous chemically activated fibers.

In this paper the enormous improvement of the above systems over commercially available products in static and dynamic adsorption evaluation is described.     

一次消解测定蔬菜中多种重金属的简捷方法

针对一般实验室检测人员少,检测任务重的问题,研究了蔬菜通过一次湿化消解后,消解液可以测定多种重金属元素的方法,大大提高了效率,减轻了工作量.     

用阶乘矩技术提高相对论重离子碰撞实验数据样本中QGP事件比例的方法

在相对论重离子碰撞中形成QGP时,与之相伴随的有一些非QGP背景事件．把末态（方位角、快度）二维相空间中阶乘矩剧烈上翘的消失与一些普遍认为的QGP信号（如K／π比的上升）联系起来讨论,提出了一种从实验数据中挑选候选的QGP事件的方法．用Mont－Carlo模拟表明,这种方法有效地提高了挑选出来的子样本中QGP事件的信噪比．     

电感耦合等离子体质谱法研究乌梁素海上覆水-沉积物-植物-鱼体系中重金属的分布和评价

重金属污染已经成为全球性问题,由于其毒性、持久性和在食物链中的生物富集特点,对水生环境构成严重威胁。本研究选取乌梁素海为研究区域,采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定、分析了该湖泊中上覆水、沉积物、龙须眼子菜、芦苇和四种鱼类样品中重金属的含量,以探究其空间分布、富集特征、风险评估和可能的来源。结果表明：(1) Cr,Ni,Cu,Mn,Pb和Zn的平均含量大小顺序为：沉积物>龙须眼子菜（沉水植物）>芦苇（挺水植物）>鱼类>上覆水;但是上覆水中As的浓度高于芦苇和鱼类。芦苇中Cd的含量几乎是普通植物的50倍,且鱼类中Cd的含量是中国允许标准阈值的3.3倍。因此,推测Cd可能通过食物链生物累积对鱼类和人类的健康造成潜在危害。(2) 在沉积物中,As和Cd属于中度严重的富集程度。龙须眼子菜具有较高的生物富集因子(BCF)和较低的生物-沉积物积累因子(BASF),表明该物种更有可能从上覆水中积累重金属,并可以作为超积累植物去除乌梁素海的重金属。(3) 沉积物中的Er_i和R_I值表明,Cd具有相当高的生态风险,可能对周围环境产生高风险。由于湖泊的入口、出口处及西北部重金属污染程度较高,因此应被当作金属污染监测和管理的优先区域。(4) 重金属源解析结果表明,Zn和Cd是来自采矿和工业废水,而As与农业的面源污染有关。本研究结果可为改善水环境质量、减少重金属污染对乌梁素海和黄河水质管理带来的风险提供重要信息。     

Evolution of the Continuous-Atomistic Method for the Simulation of Processes of the Interaction between Heavy Ions and Metals

The evolution of the continuous-atomistic approach to the simulation of processes of the interaction between high-energy heavy ions and metals is presented in this paper. The continuous-atomistic model is described by two different classes of equations, namely, thermal-conductivity equations with a source in the thermal-spike model and equations of motion of material points irradiated with a beam in a model of molecular dynamics. A software package is developed for simulation within the framework of the continuous-atomistic model. The results of simulation of the processes of metal-target irradiation with high-energy heavy ions depending on the parameters of the source function and the electron–phonon interaction coefficient are obtained.     

Development of the Technique for Fabricating Submicron Moire Gratings on Metal Materials Using Focused Ion Beam Milling

A focused gallium ion （Ga＋） beam is used to fabricate micro/submicron spacing gratings on the surface of porous NiTi shape memory alloy （SMA ）. The crossing type of gratings with double-frequency （25001/mm and 50001/mm） using the focused ion beam （FIB） milling are successfully produced in a combination mode or superposition mode. Based on the double-frequency gratings, high-quality scanning electron microscopy （SEM） Moird patterns are obtained to study the micro-scale deformation of porous NiTi SMA. The grating fabrication technique is discussed in detail. The experimental results verify the feasibility of fabricating high frequency grating on metal surface using FIB milling.     

Modified Molecular Model for the Description of Condensed Phases of Heavy Water

JETP Letters - Using the lattice dynamics method, a simple three-point model of heavy water has been proposed by optimizing thermal expansion and the melting temperature of deuterated hexagonal ice...     

ICP-MS/ICP-AES快速测定东北大豆中有益元素和重金属含量

在没有被转基因大豆入侵前,对于东北大豆的研究将为种质资源保护大豆提供重要的参考数据。文章用ICP-MS/ICP-AES技术对东北嫩江地区普遍栽培的10个大豆品种中的全元素进行了研究。表明东北大豆中含有丰富的人体必需元素,其大量元素(含量超过μg·g-1级)的含量从高到低是K>P>Mg>Ca>Fe>Rb>Mn≈Zn>Si≈Na≈Al≈Ba≈Ni≈Cu,有益微量元素B,Mo和Se含量在10～2 000 ng·g-1之间。丰量元素Fe,Mn和Zn含量达到20～80 μg·g-1之间。除了上述有益元素以外,东北大豆中重金属含量均达到国家标准,但是Cr的含量接近200 ng·g-1,应当加强控制。     

Semi-Classical Derivation of the Spin-Orbit Coupling for the Dirac Particle in an Accelerated Frame

We give a semi-classical derivation for the spin-orbit coupling in the non-relativistic Hamiltonian of the Dirac particle in an accelerated frame, in direct analogy with that for the Thomas term in the case of the electromagnetic interaction.     

HR-ICP-MS研究丰水期黄河甘宁蒙段过滤水和悬浮物中重金属的含量特征和污染评价

为研究黄河甘宁蒙段丰水期过滤水和悬浮物中重金属的含量特征及污染状况,采用高分辨电感耦合等离子体质谱仪(HR-ICP-MS)对黄河甘宁蒙段昭君浮桥 (S1)、包头浮桥(S2)等10个采样点过滤水中六种重金属(Cd, Pb, Cr, As, Cu和Zn)及悬浮物中九种重金属(Cd, Pb, Cr, Ni, Cu, V, Co, Zn和Mn)的含量特征、污染评价和源分析进行研究。结果表明：(1)过滤水中只有Cr元素含量在所有采样点超出《地表水环境质量标准》(GB3838—2002) 的标准限值,且在10个采样点中均为最高(74.8～94.7 μg·L-1);单因子指数(I_i)评价结果表明除包头浮桥(S2)未受总氮(TN)污染外,其余采样点水质均受Cr元素和TN污染;内梅罗综合指数法(I)得出所有采样点的I值均在1～2之间(轻污染程度),表明黄河甘宁蒙段水质,尤其是下游段(S1～S6)已不是生活饮用水、水产养殖等的理想水源。(2)悬浮物中Ni含量(34.7 μg·L-1) 只在玛曲点(S10)低于中国土壤元素背景值(35.2 μg·L-1),在其余点均高于背景值,而其余八种元素在10个采样点的含量均高于背景值;地累积指数法(I_geo)结果表明九种元素中Cd元素的I_geo值(0.452～2.89)在10个采样点中均为最高值,且在昭君浮桥(S1)、包头浮桥(S2)、乌海(S5)和东大沟入黄河口(S8)这四个采样点处达到中污染-重污染程度,其余八种元素在各采样点的I_geo值均小于1,为无污染或无污染-中污染程度。研究结果为全面研究该流域重金属分布、迁移及有效保护提供可信的实验数据。     

Synthesis of Phenanthrene Alkaloids from Herbal Aporphine Alkaloids in Subcritical Water Using Synthesis of Seco-Glaucine as an Example

Transformation of the model aporphine alkaloid glaucine into the phenanthrene alkaloid secoglaucine (seco-GL) in subcritical water at 100–250°C without catalytic additives is studied. The maximum yield of seco-glaucine is achieved at 250°C. It is shown that under these conditions the load of the initial compound affects only slightly the yield of the target compound, which is on average 80%. The increase of the GL load up to 400 mg results in precipitation of the target seco-GL directly from the reaction mixture. The suggested method avoids the use of costly and toxic organic solvents.     

黄河甘宁蒙段表层沉积物中重金属元素含量及其形态分析

到目前为止,关于水环境中重金属浓度和形态分布的研究有许多报道。但是关于黄河上游,特别是对黄河甘宁蒙段区域重金属的研究报道仍需进一步深入。在相关研究工作的基础上,使用HR-ICP-MS和BCR连续提取法主要对2011年丰水期黄河甘宁蒙段12个采样点表层沉积物Cd,Pb,Cr,V,Co,Ni,Cu和Zn重金属元素的含量,形态和潜在风险进行测定与分析。结果表明：所有采样点各重金属元素含量顺序相同：Cr>V>Zn>Cu>Ni>Pb>Co>Cd,与各采样点所在区域土壤中背景值相比,S5采样点Cd元素的含量水平最高(1.30 μg·g-1) 约为背景值(0.103 μg·g-1)的13倍。通过I_geo对重金属进行污染评价,结果显示S5采样点Cd元素为强污染水平(I_geo=3.08),内蒙古段四个采样点(S1—S4)Cd表现为中强度污染水平,I_geo位于2.02~2.90之间;此外,富集因子(EF)评价结果发现,研究区域表层沉积物中八种重金属均受到人为活动的污染。根据潜在生态风险指数(RI)结果,S5和S3采样点为高生态风险,其他采样点为中等生态风险。BCR连续提取法结果显示Cd的有效性最高,其次为Co和Ni,V和Cr有效性最低。根据形态分析风险评估准则 (RAC),Cd在S1—S4采样点有高风险,在S5采样点有很高风险;而对于Ni和Co来说,12个采样点中均表现为中等风险。研究结果和结论可为相关政府部门提供重要的研究信息。     

基于偏振技术的藻类水体散射光中叶绿素荧光分离方法研究

浮游藻类细胞内的叶绿素分子吸收光能后,会以释放能量的形式发射叶绿素荧光。水中颗粒物的弹性散射光是部分偏振光,而叶绿素荧光则是非偏振光,因此利用这一特性可以从总散射光谱中分离出荧光,从而达到反演叶绿素浓度的目的。但对于近岸等复杂水体,该方法能否适用并不清楚,基于此,实验通过测量分别分析了不同无机颗粒物浓度和叶绿素浓度对偏振分离方法的影响。结果表明,对含不同浓度无机颗粒物的藻类水体,分离出的荧光峰会随浓度增加有降低趋势,但是当颗粒物浓度达到300 mg·L-1时,反演结果仍然可靠。对含不同浓度叶绿素的藻类水体,叶绿素浓度越高,偏振方法分离荧光的效果越好,对低浓度正常水体,仍能识别。实验证明了利用偏振方法分离叶绿素荧光对复杂水体仍然有效,对进一步遥感探测近岸水体的叶绿素浓度具有重要意义。     

黄河甘宁蒙段重金属及其生态风险研究

黄河是中国西北地区最重要的水源,为了研究黄河上游甘宁蒙段水体的重金属含量及其潜在生态风险,本文分别使用AFS和HR-ICP-MS对黄河甘宁蒙段12个采样点过滤水和悬浮物中As,Hg,Cd,Pb,Cr,Ni,Cu 和 Zn等重金属元素的含量进行了测定。结果表明：各采样点过滤水中,除Cr (56.9~71.5 μg·L-1)外,其他重金属元素的含量均低于饮用水水质标准限值。TN,TP和 pH等水质参数的测定结果显示,除 S1 (2.48) 和 S9 (2.38)采样点的TN超过国家地表水环境质量标准第Ⅴ类标准外,其他各采样点参数值均较低。悬浮物中,Hg,Cd,Pb 和Zn的含量均高于各采样点所在地区相应元素土壤背景值。聚类分析结果显示Ni,Cu,Cr,Zn和Pb有相同污染来源,主要来源于不锈钢产业和石油产业;As,Cd和Hg三种重金属元素的来源各不相同,主要可能来自于农药,化肥,采矿和燃料以及煤的燃烧。应用RI和Er对各采样点以及单个重金属元素的潜在生态风险进行了评价。结果显示,除S1采样点为中度生态风险外,其他采样点均为显著生态风险(300.6 < RI < 508.6),Er指数显示Hg在内蒙段为显著-高生态风险,Cd在S11 (396.0), S9 (384.0) 和 S5 (373.3)采样点为极高风险,说明Hg和Cd在这些采样点污染较为严重。以上研究结果可以为相关部门提供可靠的实验数据和理论依据。     

Development of an atom-interferometer gravity gradiometer for gravity measurement from space

Recent progress in cold atom interferometry has lead to a new method of sensitive inertial sensing. Significant performance enhancement of cold atom interferometer-based sensors is anticipated when operated in the microgravity environment in space. Based on cold atom interferometer techniques, we are developing a quantum gravity gradiometer for satellite-based global gravity field mapping. As a first step, we have built a laboratory-based gradiometer employing component technologies suitable for a future flight instrument. This paper describes the implementation of the laboratory instrument and its initial results. PACS 03.75.Dg; 39.20.+q; 32.80.Pj; 04.80.-y