En ny metod för samtidig mätning av 71 oorganiska grundämnen i vätskor – inklusive vatten, drycker, och biologiska vätskor – gör elementtestning mycket snabbare, mer effektiv, och mer omfattande än vad som var möjligt tidigare.

Forskarna studerade prover av vätska från en mängd olika källor över hela världen, inklusive kranvatten från en förort till New York, snö från Italien och Kroatien, regn från Brasilien och Pakistan, sjövatten från Schweiz och Kroatien, och havsvatten från Japan och Brasilien. Att testa varje prov resulterar i ett distinkt elementärt mönster, skapa ett "fingeravtryck" som kan hjälpa till att skilja mellan ämnen eller spåra en vätska tillbaka till dess miljömässiga ursprung.

Metoden - utvecklad av forskare vid isotoplaboratoriet vid NYU College of Dentistry och beskrivs i tidskriften RSC avancerar , publicerad av Royal Society of Chemistry—kan användas för att utforska och förstå fördelningen av oorganiska grundämnen utöver de få som vanligtvis mäts. Det har konsekvenser för områden som näring, ekologi och klimatvetenskap, och miljöhälsa.

En analytisk teknik som kallas induktivt kopplad plasmamasspektrometri (ICP-MS) används för att mäta grundämnen. Historiskt sett, ICP-MS-instrument har mätt element sekventiellt, eller en efter en, men en ny typ av ICP-MS-instrument vid NYU College of Dentistry och ungefär två dussin andra platser runt om i världen har potential att mäta hela utbudet av oorganiska element på en gång.

"På grund av denna nya metod, vår masspektrometer kan samtidigt mäta alla oorganiska grundämnen från litium till uran. Vi kan mäta elementen på mycket kortare tid, till mycket lägre kostnader, använder mycket mindre material, sa Timothy Bromage, professor i biomaterial och i grundläggande vetenskap och kraniofacial biologi vid NYU College of Dentistry och studiens seniorförfattare.

Denna tekniska utveckling kan hjälpa till att fylla luckor i vår förståelse av elementfördelningar och koncentrationer i ämnen som vatten. Till exempel, U.S. Environmental Protection Agency övervakar och sätter maximala koncentrationsgränser för 19 ämnen i dricksvatten som anses vara hälsorisker, men många ämnen som är kända för att ha hälsokonsekvenser - som litium eller tenn - varken övervakas eller regleras.

"Den elementära kartläggningen av koncentrationsnivåer i vatten på flaska och kranvatten kan bidra till att öka vår förståelse för "normala" koncentrationsnivåer av de flesta grundämnen i vatten, sa Bromage.

Bromage och hans kollegor designade en metod för att använda samtidig ICP-MS för att detektera 71 element i det oorganiska spektrumet som involverar en specifik uppsättning kalibrering och interna standarder. Metoden, som de har patentsökt på, upptäcker rutinmässigt element på sekunder till flera minuter och i prover så små som 1 till 4 milliliter.

Bromage och hans forskargrupp testade metoden på vatten, drycker, och biologiska prover. Snö innehöll flest beståndsdelar av något vattenprov:50 i snö som samlats in i Italien och 42 i ett prov från Kroatien. "Sådana utvärderingar av snö kan representera ett nytt och heltäckande sätt att kartlägga atmosfäriska koncentrationer av element och för att övervaka elementmönster i globala luftflöden, " sa Bromage.

När du testar kranvatten, forskarna mätte 37 element när kranen först slogs på, men bara 34 element efter att vattnet rann i fem minuter, vilket tyder på att element som järn och zink kan läcka från hushållsrör ut i vattnet.

Forskarna mätte också grundämnen i vatten på flaska, öl, vin, och mjölk, såväl som i prover av saliv, urin, och blod. Mjölk skiljde sig från andra drycker som testades genom sina höga koncentrationer av titan, zink, palladium, och guld.

I varje prov, Bromage och hans team hittade ett distinkt "fingeravtryck" eller elementärt mönster, vilket tyder på att prover kan kännas igen och särskiljas av dessa mönster. Elementarinnehållet i vatten, till exempel, återspeglar vanligtvis sin naturliga miljö, så att förstå grundämnessammansättningen kan berätta om vattnet har sitt ursprung från en källa med vulkanisk sten kontra kalksten, en alkalisk sten. I vatten på flaska, forskarna observerade variationer som sannolikt kan spåras till att en buteljeras vid källan och en kloreras för transport från källan till buteljeringsanläggningen.

Framtida studier kommer att mäta och rapportera om större vattenprover, vin, mjölk, och andra vätskor; en studie av mer än 1, 000 viner från 34 länder är på gång. Dessutom, när elementära mönster för specifika miljöer har etablerats, metoden kan användas för att svara på frågor inom områden som relaterar nuet till det förflutna, som paleomiljön och klimatförändringarna.

"Vatten är en avgörande av hur ett system faktiskt fungerar. Om du provar vattnet från en damm eller flod och mäter elementen, du mäter det som blir inkorporerat i allt liv - vatten matar växterna, djur äter växterna, vi äter växterna och djuren. Vi skulle kunna använda denna kunskap för att studera mänskliga fossiler och potentiellt retrodikta vad regionens vatten var för hundratusentals eller miljoner år sedan, sa Bromage.