納米材料的興起和大量使用促進了科技的發(fā)展。但近年來，其負面效應(yīng)如是否會對人體健康和生態(tài)環(huán)境造成風險也引起了廣泛關(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)運而生。

　　總體來說，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)鍵瓶頸問題沒有解決，如缺乏針對性的研究方法。常規(guī)的污染物無論其分子大小，都有相對固定的分子結(jié)構(gòu)，可以通過色譜、質(zhì)譜等分析手段對其成分和結(jié)構(gòu)進行研究，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)的方法進行研究。此外，對納米材料的濃度定義的不同也會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數(shù)需要依賴于不同的分析技術(shù)。對于環(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，目前還沒有很好的方法來區(qū)分其毒性效應(yīng)到底是來自納米材料本身還是其釋放的離子。這些問題都為環(huán)境納米科學(xué)研究帶來了新的方法學(xué)挑戰(zhàn)。

　　有新的挑戰(zhàn)就會有新的突破。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)國家重點實驗室劉倩、江桂斌研究組在納米材料轉(zhuǎn)化過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(詳情請見：江桂斌團隊在納米材料轉(zhuǎn)化過程穩(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)專門請劉倩老師為大家對此成果進行一個詳細的解讀。

　　研究人員正在操作MC-ICP-MS進行穩(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)來推動這一領(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，使用天然同位素來進行年代判定或來源追溯已是一個相對比較成熟的方法，但在其他領(lǐng)域的應(yīng)用還相對較少?！斑@可能一是因為其他領(lǐng)域的研究人員對穩(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)用來解決一些環(huán)境領(lǐng)域的問題，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)化過程中的穩(wěn)定同位素分餾。幸運的是，銀只有兩個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?對此劉老師進行了專門的解釋：“從最終的分析結(jié)果來看，納米材料進入環(huán)境水體之后的轉(zhuǎn)化過程中，同位素比值會有一個變化，但是這個變化是非常細微的，一般只有千分之零點幾。因此準確、可靠的分析方法對此研究的開展至關(guān)重要。”除了環(huán)境水體，后續(xù)還將會對土壤、大氣等其他環(huán)境介質(zhì)進行研究，要想保證結(jié)果的準確性，就需要對樣品基質(zhì)進行徹底的凈化，可能還需要依賴于更可靠、更嚴格的樣品前處理方法的開發(fā)。

　　談到這一成果的意義，劉老師也與我們進行了分享。一是可以利用這一新技術(shù)來研究納米材料的環(huán)境行為。納米材料進入環(huán)境之后會經(jīng)歷不同的環(huán)境過程，不同的過程會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研究納米材料的環(huán)境過程。二是可以基于此技術(shù)對納米材料在環(huán)境中的歸趨或者來源進行一個判斷。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)化過程中的同位素變化是有差異的，因此可以通過這個差異來判斷納米銀的來源是天然的還是人工的。當然這一方法還需要進一步的驗證。

　　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全新的思路。劉老師表示他們會繼續(xù)深入相關(guān)領(lǐng)域的研究，儀器信息網(wǎng)也會持續(xù)關(guān)注。（編輯：李學(xué)雷）