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納米粒子高效自動(dòng)收集裝置就是通過(guò)樣品自動(dòng)加壓裝置給加壓活塞一定的壓力并設置加壓時(shí)間，不斷將小于過(guò)濾膜孔徑的樣品透過(guò)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(guò)濾裝置。
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納米粒子是指粒度在1—100nm之間的粒子（納米粒子又稱(chēng)超細微粒）。在自然環(huán)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(zhù)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(yíng)養物和污染物的循環(huán)、流通過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)重要作用，在自然環(huán)境中扮演著(zhù)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(guò)濾法)收集時(shí)間長(cháng)且收集量少的弊端，故對環(huán)境中的納米粒子研究進(jìn)展較慢?；谏鲜鲈?，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(dòng)收集裝置？
納米粒子高效自動(dòng)收集裝置就是通過(guò)樣品自動(dòng)加壓裝置給加壓活塞一定的壓力并設置加壓時(shí)間，不斷將小于過(guò)濾膜孔徑的樣品透過(guò)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(guò)濾裝置。
2 納米粒子高效自動(dòng)收集裝置工作原理
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3 與超速離心法和注射器過(guò)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(shí)間(Tsao et al. 2009)
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| 顆粒直徑(nm) | |||||
| 離心機類(lèi)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(guò)濾不同顆粒所需時(shí)間與注射器過(guò)濾法的比較(Tsao et al. 2009)
| 方法 | 過(guò)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) 蒙脫石納米粒子(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(xué)風(fēng)化作用導致沸石的結構從結晶性膠體轉變?yōu)榇谓Y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(huán)境中納米粒子的演變過(guò)程和在維持生態(tài)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。
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