國際原子能機構(gòu)與馬薩諸塞大學(xué)合作開發(fā)了一種追蹤湖泊、海洋和河流中氮污染來源的創(chuàng)新方法。核衍生分析工具提供了一種更便宜、更安全、更快捷的方法來確定水中過量的氮化合物是否來自農(nóng)業(yè)、污水系統(tǒng)或工業(yè)，從而有助于預(yù)防和治理工作。氮作為地球上一種必不可少的豐富元素，是自20世紀(jì)中期以來廣泛用于農(nóng)業(yè)的一種重要肥料。“水質(zhì)方面的一個主要全球性問題是，我們幾十年來一直在田間過度施肥，無論是糞肥還是合成肥料，”原子能機構(gòu)同位素水文學(xué)科負責(zé)人Leonard Wassenaar說。“所有這些營養(yǎng)物質(zhì)，特別是硝酸鹽等各種氮形式，都滲入地下水，最終滲入河流、湖泊和溪流。”
過多的硝酸鹽會增加藻類的生長，從而導(dǎo)致湖泊表面出現(xiàn)有毒藻華。它們還會沉入湖底，滋生細菌，形成所謂的死區(qū)。“我們現(xiàn)在看到更多的魚類死亡，成千上萬的魚漂浮在水面上，因為湖底——魚類通常的棲息地——由于大量有機物質(zhì)而缺氧，”Wassenaar說。
去除水中硝酸鹽非常困難且代價高昂，因此需要使用一些工具來了解氮的來源和途徑，以便更好地為水保護和治理工作提供信息。
發(fā)表在《質(zhì)譜學(xué)快報》雜志上這種新方法，可測量水中硝酸鹽穩(wěn)定同位素的數(shù)量和比例。氮有兩種具有不同重量的穩(wěn)定同位素或不同原子形式。例如，由于在人體廢物與肥料中這種重量差是不同的，因此同位素可用于識別來源。
“同位素工具對于測量水中營養(yǎng)物質(zhì)非常有用，”Wassenaar說，“但它們的使用受成本和可及性的限制，歷史上一直非常困難。這項新技術(shù)使科學(xué)家們能夠為大規(guī)模的研究提供更多的樣品，而且成本更低。我認(rèn)為這是一個游戲改變者。”
新方法使用氯化鈦（一種鹽）的形式將水樣品中的硝酸鹽轉(zhuǎn)化為一氧化二氮氣體。從這種氣體中，同位素可以用質(zhì)譜儀或激光等設(shè)備進行分析。目前的方法使用轉(zhuǎn)基因細菌或劇毒的金屬鎘進行一氧化二氮的轉(zhuǎn)化，這使得它們既費勁又昂貴，而且它們的使用僅限于一些非常專業(yè)的實驗室。
室。馬薩諸塞大學(xué)達特茅斯分校海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院河口與海洋科學(xué)教授Mark Altabet說：“這是一種相對簡單的方法，而過去卻是一個非常復(fù)雜和昂貴的過程。”樣品分析的成本比過去減少了5到10倍，制備樣品只需幾分鐘。
Altabet計劃利用這種方法研究為控制美國東海岸河口長島灣污染所采取措施的影響，長島灣過去嚴(yán)重受過量硝酸鹽的影響。
原子能機構(gòu)促進應(yīng)用核技術(shù)和同位素技術(shù)來確定水源、年齡、質(zhì)量和可持續(xù)性，以幫助各國更好地管理這一重要資源。
