納米粒子是指粒度在1—100nm之間的粒子（納米粒子又稱超細微粒）。在自然環境系統內如土壤、水體、河川、湖泊、海洋、大氣和霧等之中，大量存在著納米粒子。納米粒子除了具有高表面活性及比表面積之外，它對于吸附或鍵結重金屬及有機化合物的能力非常強，在營養物和污染物的循環、流通過程中發揮著重要作用，在自然環境中扮演著重要的角色。但由于傳統收集納米粒子方法(超速離心法和注射器過濾法)收集時間長且收集量少的弊端，故對環境中的納米粒子研究進展較慢。基于上述原因，我們引入納米粒子高效收集裝置。
1 什么是納米粒子高效自動收集裝置？
納米粒子高效自動收集裝置就是通過樣品自動加壓裝置給加壓活塞一定的壓力并設置加壓時間，不斷將小于過濾膜孔徑的樣品透過濾膜，達到高效、大量收集納米粒子目的的一種納米粒子超過濾裝置。
2 的工作原理
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3 與超速離心法和注射器過濾法的比較
表1 在超速離心機不同離心力的作用下顆粒沉降所需的時間(Tsao et al. 2009)
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| 顆粒直徑(nm) | |||||
離心機類型 | 轉子型號 | 轉速(rpm) |
RCF(×g) | 樣品容量(mL) |
1 |
10 |
25 |
50 |
100 |
450 |
CR21 | R12A3 | 12000 | 14400 | 250 | - | 14.7 h | 2.4 h | 0.6 h | 530 s | 26.2 s |
CR21 | R20A2 | 20000 | 41600 | 10 | - | 1.5 h | 861 s | 215 s | 54 s | 2.7 s |
CP80MX | P55AT | 55000 | 186700 | 10 | - | 0.5 h | 304 s | 76 s | 19 s | 0.9 s |
CP100MX | P90AT | 90000 | 470900 | 10 | - | 0.2 h | 119 s | 30 s | 7 s | 0.4 s |
表2 (AUD)過濾不同顆粒所需時間與注射器過濾法的比較(Tsao et al. 2009)
方法 | 過濾膜的孔徑(nm) | ||||||||
1 | 25 | 50 | 100 | 450 | |||||
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| 1-25nm |
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AUD | 2.8 ± 0.2 h | 26.3 ± 1.4 s | - | - | - | ||||
注射器法 | NF | 270.2 ± 6.2 s | - | - | - | ||||
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| 25-100nm |
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AUD | 1.3 ± 0.1 h | 24.7 ± 0.6 s | 21.4 ± 0.5 s | 15.7 ± 0.6 s | - | ||||
注射器法 | NF | 247.7 ± 5.5 s | 126.3 ± 1.2 s | 84.5 ± 1.3 s | - | ||||
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| 100-450nm |
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AUD | 1.1 ± 0.2 h | 23.7 ± 0.8 s | 19.3 ± 1.2 s | 14.7 ± 0.6 s | 10.3 ± 0.6 s | ||||
注射器法 | NF | 175.9 ± 1.2 s | 110.7 ± 1.2 s | 40.7 ± 3.1 s | 4.3 ± 0.5 s | ||||
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| 450-2000nm |
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AUD | 0.8 ± 0.1 h | 22.7 ± 0.6 s | 20.3 ± 0.6 s | 16.0 ± 1.0 s | 11.3 ± 0.6 s | ||||
注射器法 | NF | 132.7 ± 2.5 s | 85.0 ± 1.0 s | 4.3 ± 0.6 s | 4.7 ± 0.6 s | ||||
注：NF表示不可行
4 黑土樣品及其收集的納米粒子
(a) 黑土(<2000nm) (b) *納米粒子(1-100nm)
5 四種顆粒大小的沸石的透射電子顯微鏡圖和結構轉變原理圖
從左邊電鏡圖中可以看出，450-2000nm的沸石(A)和100-450nm的沸石(B)的形狀是不規則的，而25-100nm的沸石(C)和1-25nm的沸石(D)形狀是球狀的。從右邊的結構轉變原理圖可以看出，物理化學風化作用導致沸石的結構從結晶性膠體轉變為次結晶性和非結晶性的納米粒子，zui后變成方鈉石結構。對沸石轉變成納米粒子原理的認識對于了解環境中納米粒子的演變過程和在維持生態完整性上的作用意義重大。
6 紅壤中納米粒子透射電子顯微鏡(TEM)圖
I: 伊利石 K:高嶺石 G:針鐵礦 H:赤鐵礦
從圖a中可以看出，赤鐵礦覆蓋在高嶺石的表面，與高嶺石聚合在一起；從圖b中可以看出，伊利石和赤鐵礦聚合在一起。
