mile米乐官方网站 土壤中微量有害物质检测

米乐m6官方网站传感系统研究中心（以下简称“AIST”）传感器信息实现研究组的竹村谦信研究员和岩崎渡首席研究员与坂本石灰工业株式会社合作，调查了土壤中的微量元素水星

汞等重金属造成的环境污染在世界范围内受到严格控制。日本对从土壤中的汞含量到废物中的汞含量等各个方面都制定了各种标准，并正在努力防止汞对健康造成的损害。

这次开发的技术是电化学这种测量汞的方法可以使用方便的便携式设备检测溶液中的汞，而无需经过复杂的程序。在电化学测量中，溶液中的杂质（以下简称“杂项（京扎都）'')，但通过使用我们自己的数据处理进行分析，我们甚至能够从含有许多杂质的土壤样品中检测到 05ppb（ppb是表示十亿分之一的单位）以上的浓度。未来，我们可以期待任何人都可以现场使用的土壤分析系统。

该技术的详细信息将于 2024 年 6 月 5 日公布。纳米材料

重金属造成的环境污染是重大社会问题之一。其中，汞由于毒性较大，受到特别严格的控制。如果我们关注与我们生活息息相关的土壤，汞环境标准值小于 05 µg/L (微克（微克）设置为百万分之一克）。在污染可能性很高的工厂现场，必须根据此类官方标准进行检查。另一方面，现实情况是，大多数建筑工地和土地出让都自愿进行土壤污染检测，以确保安全。目前，样品必须从现场运输到专门的检测中心，并使用大型检测设备进行重金属分析。分析需要专业知识和复杂的程序。如果土壤汞检测不再需要专业知识，任何人都可以在现场进行，那么许多自愿进行检测的现场将缩短确认安全所需的时间，从而缩短开工时间，从而减轻现场的负担。此外，如果廉价的汞检测方法得到普及，即使在人们饮用地下水的地区，也可以通过日常监测来确认饮用水的安全性。

为了使用传统技术以高灵敏度检测汞，对于每个样品校准曲线必须创建并且必须使用标准汞试剂。由于汞试剂有毒，只有合格的专业人员才能处理它们。由于这些情况，到目前为止，土壤汞检测还不是任何人都能轻易进行的。

这一次，我们致力于开发通过电化学反应检测汞的技术。这是解决方案中的电极上时释放的电子，以高灵敏度检测汞。被电离。通过稀释样品并了解检测限，可以计算出原始汞浓度，从而无需汞试剂。

在这项研究中，我们将高灵敏度电化学测量原理与数据处理分析相结合，开发了一种可用于实际土壤的浓度测定方法。对于土壤的电化学测量，首先通过将土壤中的成分洗脱到水中来制备土壤洗出液。接下来，将电极插入土壤洗出液中并对其施加电压。然后，在负电位电极（阴极）处，溶解在液体中的含有汞离子的溶质被还原并吸附在电极表面上。接下来，当向吸附了溶质的电极施加正电压时，吸附物质发生氧化反应，吸附物质以离子的形式释放回水溶液中，从而导致电流流动。此时，如果我们在逐渐改变施加电压的同时测量电流，利用每种物质可能发生反应的电压不同的事实，我们可以将每种物质的反应（=物质的存在）捕获为电流值的峰值（图1）。

本研究中使用的测量原理电化学测量方法是一项作为高灵敏度测量而备受关注的技术，因为只需将电极插入溶液中即可测量电流和电压，因此易于使装置小型化并降低成本。另一方面，溶剂和电极的微小差异以及污染物的存在或不存在都会影响信号。打扰较弱的测量方法。 （图1）。通常，通过将样品溶液预处理至理想状态，然后在每次使用电极时进行抛光等维护以确保电极处于相同状态，或者通过制作一次性均质电极来确保测量精度，但在本研究中，通过固定溶剂成分和 pH，仅通过过滤去除样品土壤洗脱液中大颗粒的最低限度预处理，就能够成功检测浓度为 05 ppb 的微量汞。

这项研究使得 AIST 开发的重金属高灵敏度测量成为可能，如图 1 所示金纳米颗粒改性掺硼金刚石电极（以下简称“金刚石电极”）的用途是（https://doiorg/103390/nano12101741）。该金刚石电极由于金纳米粒子而具有较大的表面积，因此具有高反应性。 AIST已经制定了统一的电极制造方法。

为了使用该电极通过电化学测量稳定汞检测，我们首先开发了一种独特的峰值检测方法，可以减少污染物的影响。通过对测量数据进行数值处理，我们能够减少污染物引起的波形变化，并成功地仅捕获由汞引起的电化学反应的所需信号。这里，通过对获得的测量数据进行二阶微分，可以更容易地检测容易被噪声掩埋的峰值信号。此外，从土壤样品中制备了74份洗出液，并重复电化学测量以从土壤中生成洗出液污染信号已经转换成数据了。此外，通过将汞试剂与土壤洗脱液混合，我们评估了二阶微分后数据中汞的影响会出现哪种类型的峰形。通过此，我们将数据处理后的波形峰值电压和强度以及称为半宽度的峰值宽度这三个特征参数化，发现如果每个参数都落在一定范围内，则可以说含有汞。我们使用通过结合二阶微分数据处理和汞峰参数化而建立的独特数据处理方法来评估信号，并成功地检测到痕量汞峰，甚至在从含有污染物的土壤和沙子中制备的样品中也成功检测到了痕量汞峰（图2）。

此方法仅评估样品是否含有 05 ppb 或更多的汞，无需提前创建校准曲线。此外，如果我们能够确定汞变得不可检测的稀释浓度极限，我们就可以从那里计算出原始样品中的汞浓度。

本研究中使用的金纳米粒子是可以提高电极反应性的材料。另一方面，重复测量的稳定性存在问题。多次测量汞时，金刚石电极上吸附的部分金纳米粒子脱落，具有降低信号强度的作用。然而，本研究独特的评估方法被发现能够减少电极磨损的次要影响。事实上，当我们在相同条件下使用 10 个不同磨损程度的金刚石电极测量含汞样品时，我们发现电化学测量数据根据电极条件显示出信号强度的显着差异。然而，经过数据处理后，我们能够在所有条件下以相同的方式提取汞的特征峰（图3）。

在考虑自动化测量时，电极磨损的影响一直是实际实施的障碍，因为它需要更复杂的系统，并且需要在每次测量后更换电极。这种评估方法可以减少电极磨损的影响，因此可以作为一个简单的系统来实现，并且具有增加电极本身可重复使用次数的优点。

目前，我们正在开发基于这项开发技术的简单测量设备原型。此外，我们正在开发不仅能承受自然土壤，还能承受建筑工地挖掘样品中所含添加剂影响的技术，目标是建立一种可以在任何条件下、任何样品中轻松测量汞的方法。

已出版的杂志：纳米材料
论文标题：基于电镀时间测定低浓度汞
作者：Kenshin Takemura、Wataru Iwasaki、Nobutomo Morita、Shinya Ohmagari、Yasunori Takaki、Hitomi Fukaura 和 Kazuya Kikunaga
DOI：103390/nano14110981

水星

唯一在室温和压力下不凝固的金属元素。它对生物具有剧毒，从废物到土壤和地下水，一切都受到严格控制。[返回来源]

电化学

主要研究物质之间电子转移以及相关化学反应的研究领域。在使用电极的电化学测量中，可以通过电压和电流值之间的关系来获得有关化学物质的浓度和类型、电极上氧化还原反应的详细机制等的信息。这项研究检测了汞离子还原成元素汞的反应。[返回来源]

ppb

表示十亿分之一的无量纲单位。本研究中环境标准值单位为μg/L，1L样品溶液折算为约1kg，浓度（=1×10）代表约1kg溶液中含有多少微克汞（微为百万分之一的单位）。^-6克/千克）。[返回来源]

环境标准值

作为旨在保护人类健康和保护生活环境的指标而需要维护的标准。它是一项行政政策目标，是建立在科学知识的基础上的。[返回来源]

校准曲线

在需要确定某种物质的浓度、数量或活性的测试中，图表中的一条线表示使用预先已知参数的标准物质校准测量数据时的关系。[返回来源]

电极

用于传导电流并获取电信号的组件。在具有正电位的电极（阳极）处，发生氧化反应，从溶液中的物质中夺取电子。另一方面，在电极（阴极）的负电位下，发生还原反应，将电子提供给溶液中的物质。测量时，要求电极本身不因这种氧化还原反应而发生反应。金刚石是一种相对稳定的材料，通过将其用作电极，可以进行稳定的电化学测量。[返回来源]

打扰

状态或秩序因某种影响或变化而被打乱。在这项研究中，我们表明，意外事件和不确定性（例如污染物）的引入可能会导致在理想条件下进行的测量中不会出现的信号。[返回来源]

金纳米颗粒改性掺硼金刚石电极

由金刚石制成的电极，原本是绝缘体，通过向其中注入硼而使其导电，并且表现出高电化学反应性的金纳米颗粒（小于100纳米的金）密集地排列在电极表面。[返回参考源]

污染信号

测量过程中由测量不需要的东西发出的信号。在可能产生污染物信号的测量中，需要进行预处理以去除致病物质，以提高测量精度。[返回来源]