国际原子能机构开发追踪水污染源的新方法

国际原子能机构与马萨诸塞大学合作开发了一种追踪湖泊、海洋和河流中氮污染来源的创新方法。核衍生分析工具提供了一种更便宜、更安全、更快捷的方法来确定水中过量的氮化合物是否来自农业、污水系统或工业，从而有助于预防和治理工作。氮作为地球上一种必不可少的丰富元素，是自20世纪中期以来广泛用于农业的一种重要肥料。“水质方面的一个主要全球性问题是，我们几十年来一直在田间过度施肥，无论是粪肥还是合成肥料，”原子能机构同位素水文学科负责人Leonard Wassenaar说。“所有这些营养物质，特别是硝酸盐等各种氮形式，都渗入地下水，最终渗入河流、湖泊和溪流。”
 
过多的硝酸盐会增加藻类的生长，从而导致湖泊表面出现有毒藻华。它们还会沉入湖底，滋生细菌，形成所谓的死区。“我们现在看到更多的鱼类死亡，成千上万的鱼漂浮在水面上，因为湖底——鱼类通常的栖息地——由于大量有机物质而缺氧，”Wassenaar说。
 
去除水中硝酸盐非常困难且代价高昂，因此需要使用一些工具来了解氮的来源和途径，以便更好地为水保护和治理工作提供信息。
 
发表在《质谱学快报》杂志上这种新方法，可测量水中硝酸盐稳定同位素的数量和比例。氮有两种具有不同重量的稳定同位素或不同原子形式。例如，由于在人体废物与肥料中这种重量差是不同的，因此同位素可用于识别来源。
 
“同位素工具对于测量水中营养物质非常有用，”Wassenaar说，“但它们的使用受成本和可及性的限制，历史上一直非常困难。这项新技术使科学家们能够为大规模的研究提供更多的样品，而且成本更低。我认为这是一个游戏改变者。”
 
新方法使用氯化钛（一种盐）的形式将水样品中的硝酸盐转化为一氧化二氮气体。从这种气体中，同位素可以用质谱仪或激光等设备进行分析。目前的方法使用转基因细菌或剧毒的金属镉进行一氧化二氮的转化，这使得它们既费劲又昂贵，而且它们的使用仅限于一些非常专业的实验室。
 
室。马萨诸塞大学达特茅斯分校海洋科学与技术学院河口与海洋科学教授Mark Altabet说：“这是一种相对简单的方法，而过去却是一个非常复杂和昂贵的过程。”样品分析的成本比过去减少了5到10倍，制备样品只需几分钟。
 
Altabet计划利用这种方法研究为控制美国东海岸河口长岛湾污染所采取措施的影响，长岛湾过去严重受过量硝酸盐的影响。
 
原子能机构促进应用核技术和同位素技术来确定水源、年龄、质量和可持续性，以帮助各国更好地管理这一重要资源。