薄膜における拡散勾配

薄膜拡散勾配（DGT）法は、天然水、^[1]、堆積物^[2]、土壌^[3]などの水性環境中の元素および化合物を検出するための環境化学法です。これは、生体利用可能な毒性微量金属汚染物質のin situ検出に適しています。^[4]^[5]^[6]この技術では、結合ゲル、拡散ゲル、膜フィルターを収容する特別に設計されたパッシブサンプラーを使用します。元素または化合物は膜フィルターと拡散ゲルを通過し、速度制御された方法で結合ゲルに同化されます。結合ゲルの配置後分析を使用して、簡単な式で元素または化合物の時間加重平均バルク溶液濃度を決定できます。

歴史

DGT技術は、 1994年に英国ランカスター大学ランカスター環境センターのHao ZhangとWilliam Davisonによって開発されました。この技術は、 Chelex 100を結合剤として使用して、海洋環境で金属陽イオンを検出するために初めて使用されました。メナイ海峡と北大西洋でのフィールド展開の結果を含むDGTのさらなる特性評価は、1995年に発表されました。^[7]この技術は1998年に土壌で初めてテストされ、その結果、間隙水（土壌溶液）中の不安定な種の解離速度をDGTで決定できることが実証されました。^[8]それ以来、DGT技術は、陽イオン金属、^[7]硝酸塩、^[9]リン酸塩およびその他のオキシアニオン（V、Cr ^VI、As、Se、Mo、Sb、W）、^[2]^[10]^[11]^[12]^[13]^[14]抗生物質、^[15 ] ビスフェノール、^[16]ナノ粒子、^[17]を含む多数の元素および化合物を含むように修正および拡張され、金の地球化学的探査のために修正されました。^[18] DGTはまた、環境中[19 ^]および使用済み核燃料棒の冷却プール内のU、Pu、Am、Cmなどのアクチニドの分析を含む放射性核種の測定用に開発および較正されています。^[20]

DGTリサーチ社は、この技術の元祖であるデイヴィソン教授とチャン教授によって1997年7月に設立され、水、土壌、堆積物に展開してさまざまな分析対象物を測定するための既製のDGT®デバイスと、自己組織化のための構成部品を販売しています。同社はこのデバイスの元の特許を保有しており、DGT®は世界中で登録されている商標です。2014年にライバル会社「イージーセンサー」がディン・シミン教授によって設立され、同社が元のDGT®製品に類似していると主張するデバイスを供給しています。^[21]

DGTデバイス

最も一般的に使用されている DGT 装置は、プラスチック製の「ピストン型」プローブで、円筒形のポリカーボネートベースと、開口部 (DGT ウィンドウ) のあるぴったりとフィットする円形のキャップで構成されています。結合ゲル、拡散ゲル (通常はポリアクリルアミドハイドロゲル)、フィルター膜がベースに積み重ねられ、キャップは内部のゲル層とフィルター層を密閉するために使用されます^[4]^{: 4.2.3}ゲル層の寸法は、サンプル採取する水の流量など、環境の特性によって異なります。^[4]^{: 4.2.1}一例として、直径約 2 cm の装置に 1 mm のゲル層が含まれています。^[22]一般的に使用されるその他のプローブ構成には、堆積物に配置するもの (深さによる溶質の移動を測定するため) ^[23]や、植物の根圏における溶質の動態を測定するための平面形状のものがあります。^[24]

動作原理

展開

DGT 装置は、天然水、堆積物、土壌などの水性環境媒体に直接配置することができます。^{[1]流れの速い水では、}拡散境界層(DBL) が層流の影響を受けないように、DGT 装置の表面を流れの方向に対して垂直にする必要があります。池や地下水などの流れの遅い水や停滞した水では、異なる厚さの拡散ゲルを備えた DGT 装置を配置することで、DBL を決定し、バルク濃度をより正確に決定することができます。^[4]^{: 4.2.1}^[25]^[9]拡散ゲルの修正 (厚さの増減など) を行って、検出限界を低くすることもできます。^[26]

結合ゲルの分析と化学イメージング

DGTデバイス/プローブを回収した後、ターゲット分析物とDGT結合ゲルに応じた方法を使用して結合ゲルを溶出することができます（たとえば、硝酸を使用してChelex-100ゲルからほとんどの金属陽イオンを溶出できます）。^[4]^：4.2.1 NaOHを使用して、Zr-Oxideからほとんどのオキシアニオンを溶出できます（Ding et al.、2010、2011、2016; Sun et al.、2014）。その後、溶出液は、ICP-MS、GFAAS、^[4]^：4.2.1 ICP-OES、AAS、^[22] UV-Vis分光法、またはコンピューターイメージングデンシトメトリーを含むがこれらに限定されないさまざまな分析技術を介して定量的に分析できます。^{[27]化学イメージングや、}堆積物や根圏などの不均一な環境における分析物の2次元（2D）サブミリメートル高解像度分布を得るために、回収したゲルストリップはゲル乾燥後にPIXEまたはLA-ICP-MSで分析することができる。^[12]^[28]^[29]^[30]^[31]

DGT方程式

DGTはフィックの法則^[22]の応用に基づいています。分析物の質量が決定されると、バルク中の分析物の時間平均濃度は、次の式を適用することによって決定できます。 $C_{DGT}$

C_{DGT}={\frac {M\Delta g}{DtA}}\

ここで、は樹脂上の分析物の質量、はハイドロゲル層とフィルター膜（すなわち「拡散層」）を合わせた厚さである。使用した拡散層の種類と周囲温度における分析物の以前に決定された拡散係数は^[32]で表され、は展開時間、はDGTウィンドウの面積である。^[4]^：式2水のイオン強度が低く、かなりの有機物が存在する場合には、より精巧な分析技術が必要になることがある。^[33] $M$ $\Delta g$ $D$ $t$ $A$

参照

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外部リンク

「DGTリサーチ」。
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