Een nieuwe methode voor het gelijktijdig meten van 71 anorganische elementen in vloeistoffen, waaronder water, dranken, en biologische vloeistoffen - maakt het testen van elementen veel sneller, efficiënter, en uitgebreider dan in het verleden mogelijk was.

De onderzoekers bestudeerden vloeistofmonsters uit verschillende bronnen over de hele wereld, inclusief kraanwater uit een buitenwijk van New York City, sneeuw uit Italië en Kroatië, regen uit Brazilië en Pakistan, meerwater uit Zwitserland en Kroatië, en zeewater uit Japan en Brazilië. Het testen van elk monster resulteert in een duidelijk elementair patroon, het creëren van een "vingerafdruk" die kan helpen onderscheid te maken tussen stoffen of een vloeistof kan herleiden tot zijn milieuoorsprong.

De methode – ontwikkeld door onderzoekers van het isotopenlaboratorium van NYU College of Dentistry en beschreven in het tijdschrift RSC-vooruitgang , gepubliceerd door de Royal Society of Chemistry - kan worden gebruikt om de verspreiding van anorganische elementen te onderzoeken en te begrijpen die verder gaan dan de weinige die doorgaans worden gemeten. Het heeft gevolgen voor gebieden als voeding, ecologie en klimaatwetenschap, en milieugezondheid.

Een analytische techniek genaamd inductief gekoppelde plasma massaspectrometrie (ICP-MS) wordt gebruikt om elementen te meten. historisch, ICP-MS instrumenten hebben sequentieel gemeten elementen, of één voor één, maar een nieuw type ICP-MS-instrument aan het NYU College of Dentistry en ongeveer twee dozijn andere plaatsen over de hele wereld heeft het potentieel om het volledige scala aan anorganische elementen in één keer te meten.

“Door deze nieuwe methode, onze massaspectrometer kan gelijktijdig alle anorganische elementen meten, van lithium tot uranium. We kunnen de elementen in veel minder tijd meten, tegen veel minder kosten, veel minder materiaal gebruiken, " zei Timothy Bromage, hoogleraar biomaterialen en fundamentele wetenschap en craniofaciale biologie aan het NYU College of Dentistry en de senior auteur van de studie.

Deze technologische vooruitgang kan helpen om hiaten in ons begrip van elementverdelingen en concentraties in stoffen zoals water op te vullen. Bijvoorbeeld, de U.S. Environmental Protection Agency bewaakt en stelt maximale concentratielimieten vast voor 19 elementen in drinkwater die als gezondheidsrisico's worden beschouwd, toch worden veel elementen waarvan bekend is dat ze gevolgen hebben voor de gezondheid, zoals lithium of tin, niet gecontroleerd of gereguleerd.

"Het elementair in kaart brengen van concentratieniveaus in flessen- en kraanwater zou kunnen helpen om ons begrip van 'normale' concentratieniveaus van de meeste elementen in water te vergroten, ' zei Bromag.

Bromage en zijn collega's ontwierpen een methode om gelijktijdig ICP-MS te gebruiken om 71 elementen van het anorganische spectrum te detecteren met een specifieke set kalibratie en interne standaarden. De methode, waarvoor ze een patent hebben aangevraagd, detecteert routinematig elementen in seconden tot enkele minuten en in monsters zo klein als 1 tot 4 milliliter.

Bromage en zijn onderzoeksteam testten de methode op wateren, dranken, en biologische monsters. Sneeuw bevatte de meeste elementen van elk watermonster:50 in sneeuw verzameld in Italië en 42 in een monster uit Kroatië. "Dergelijke beoordelingen van sneeuw kunnen een nieuw en veelomvattend middel zijn om atmosferische concentraties van elementen te onderzoeken en om elementpatronen in wereldwijde luchtstromen te volgen, ' zei Bromag.

Bij het testen van kraanwater, de onderzoekers maten 37 elementen toen de kraan voor het eerst werd geopend, maar slechts 34 elementen nadat het water vijf minuten had gelopen, wat suggereert dat elementen zoals ijzer en zink uit huishoudelijke leidingen in het water kunnen uitlogen.

De onderzoekers maten ook elementen in flessenwater, bier, wijn, en melk, evenals in speekselmonsters, urine, en bloed. Melk onderscheidde zich van de andere geteste dranken door de hoge concentraties titanium, zink, palladium, en goud.

In elk monster, Bromage en zijn team vonden een duidelijk "vingerafdruk" of elementair patroon, wat suggereert dat monsters kunnen worden herkend en gedifferentieerd door deze patronen. De elementaire inhoud van water, bijvoorbeeld, weerspiegelt typisch de natuurlijke omgeving, dus het begrijpen van de elementaire samenstelling kan ons vertellen of water zijn oorsprong heeft in een bron met vulkanisch gesteente versus kalksteen, een alkalisch gesteente. In flessenwater, de onderzoekers observeerden variaties die waarschijnlijk terug te voeren zijn op het bottelen bij de bron en het chloor voor transport van de bron naar de bottelarij.

Toekomstige studies zullen grotere watermonsters meten en rapporteren, wijn, melk, en andere vloeistoffen; een studie van meer dan 1, 000 wijnen uit 34 landen is in uitvoering. In aanvulling, zodra elementaire patronen voor specifieke omgevingen zijn vastgesteld, de methode kan worden toegepast om vragen te beantwoorden op gebieden die het heden aan het verleden relateren, zoals het paleomilieu en klimaatverandering.

"Water is een arbiter van hoe een systeem eigenlijk werkt. Als je het water uit een vijver of rivier bemonstert en de elementen meet, je meet de dingen die in al het leven worden opgenomen - water voedt de planten, dieren eten de planten, we eten de planten en dieren. We zouden deze kennis kunnen gebruiken om menselijke fossielen te bestuderen en mogelijk achteraf te bepalen wat de aard van het water in de regio honderdduizenden of miljoenen jaren geleden was, ' zei Bromag.