泰国国王基金会高中生代表团的广州科普之旅

3月4日至8日,由已故泰国国王普密蓬·阿杜德创办的泰国Chaipattana基金会,组织该国优秀理科高中生一行16人来到中国科学院广州地球化学研究所,开展科普参访活动。参访团由Chaipattana基金会国际合作主任Suleeporn Bunbongkarn女士带队。

3月4日,广州地化所副所长、有机地球化学国家重点实验室主任张干研究员为同学们简要介绍了广州地化所在学科建设、重点实验室建设、人才培养、研究生教育和科普基地建设等基本情况,热忱欢迎他们来到广州。随后,泰国师生们参观了有机地球化学与同位素地球化学国家重点实验室。讲解员用英文介绍了各个实验室的用途以及相关仪器的基本原理和使用方法,让各位师生不仅了解广州地化所的主要研究方向,同时体验了各项研究的实验过程。在显微镜实验室,各位师生有机会亲手操作偏光显微镜并观察自然金、花岗岩及有孔虫等典型的矿物、岩石及古生物光薄片。参观过程中,师生们兴趣盎然且踊跃提问。

第二天,有机地球化学国家重点实验室常务副主任王云鹏研究员为泰国师生们作题为《遥感及其在环境保护和管理中的应用》的报告。他从“什么是遥感”和“遥感如何应用于环境保护”出发,应用生动形象的遥感图像和通俗的英文表达,向大家介绍了遥感的基本原理以及国内外遥感卫星的发展历史,并举例讲解遥感在珠三角、渤海湾等地区水体和空气质量监测中的应用。先进的手段、科学的思路以及丰富直观的研究成果,博得了大家的热烈掌声。在科普基地标本陈列馆,师生们来到矿物岩石及古生物展厅,欣赏来自中国各地的标本与化石,从南海的可燃冰到辽宁的华夏异常鸟,从云南的自然铜到新疆的古陶片,从天然的冰洲石到无瑕的人造水晶,从罕见的“沙漠玫瑰”到宝贵的稀土矿石,包罗万象,应有尽有。通过讲解员的解说,泰国师生们在学习地球组成、古生物演化知识和了解资源对人类重要性的同时,还领略了我国的幅员辽阔和地大物博;不少学生提出了回到泰国后要了解自己国家的资源想法。

第三天,有机地球化学国家重点实验室宋伟博士为代表团一行作了大气污染相关的科普报告,她详细介绍了中国的大气质量现状、大气污染的常见指标以及大气污染研究的案例。在参观室外大气研究实验平台和室内雾霾舱时,宋伟向师生们讲解了大气研究的实际流程,同学们体验深刻。

此后,在广州地化所外事办的精心组织和安排下,泰国中学生们还先后参访了华南植物园和鼎湖山国家级自然保护区,并于3月9日顺利结束科普参访活动,平安飞返泰国。

泰国是广州地化所在东南亚开展国际科技合作的优先对象。泰国Chaipattana基金会是一个非政府组织,1988年在泰国国王普密蓬·阿杜德的倡议下成立,致力于通过各种发展项目改善民生。2014年7月1日,广州地化所与Chaipattana基金会正式签署了合作谅解备忘录(MoU)。

广州地化所外事办主管吴曼青、科普基地负责人赵劲松、有机地球化学国家重点实验室荣休研究员贾蓉芬、学科组秘书卢亚舟等,参与完成了此次涉外科普组织和接待工作。该活动还得到中国科学院华南植物园的支持。

张干副所长欢迎泰国中学生来宾并介绍中国科学院、广州地化所的基本情况。

王云鹏研究员为中学生们讲述遥感技术在环境保护与管理中的应用。

朱三元高级工程师向中学生们介绍AMS大型加速器质谱。

宋伟博士带领同学们参观和体验大气环境观测。

泰国Chaipattana基金会泰国中学生科学教育参访团员合影。

加拿大皇家学会院士Derek Muir来访

2019年3月6日,应张干研究员邀请,加拿大环境和气候变化部水科学技术理事会首席科学家Derek Muir访问了广州地化所。Derek Muir教授作了题为“Challenges in identifying persistent and bioaccumulative chemicals of global concern” 的学术报告,就全球不同国家现有化学物质名录的筛查工作进行了系统回顾和思考。随后,他参观了有机地球化学国家重点实验室的实验设施,听取了张干研究员关于我所的情况介绍、以及我室环境方面的亮点研究,并重点就化学品的筛查、持久性有机污染物和新型污染物的来源和归趋等领域,和我所科技人员、研究生进行了深入交流。

访问结束后,Derek Muir教授在来信中高度评价此次来访和我所的科研条件:“I very much enjoyed my visit to GIG on Wednesday. You have very impressive analytical facilities and I will be informing scientists at CCIW (Canadian Centre for Inland Waters) about this. ”

Derek Muir教授是全球知名的环境化学专家,持久性有机污染物(POPs)研究领域的开拓者之一。主持了包括北极观测计划(AMAP)、加拿大北方污染研究计划(Northern Contaminants)等国际研究计划项目,是WHO-UNEP环境内分泌污染物评估组成员。主要从事POPs、新型污染物、多环芳烃化合物、汞及重金属在海洋、淡水及陆地环境中的来源、归趋和生物累积研究。他是加拿大皇家学会院士、加拿大化学学会会士、环境毒理学和化学学会(SETAC)会士。发表论文550余篇,2014年入选汤姆路透社“全球最有影响力科学家” ,以及环境科学/生态领域高被引科学家。



Derek Muir教授学术报告和交流会现场。

AC: 基于化学计量法和傅立叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)实现混源原油的快速定量解析

蒋彬 博士/工程师

邹艳荣 研究员

混源油在许多含油气盆地普遍存在,特别是我国西部叠合盆地混源岩的解析是油气成藏研究的重要内容之一。以多元统计学为基础的化学计量学方法近年来已经成功应用于混源油的解析。前期,中科院广州地化所邹艳荣研究员课题组开发了以生物标志物浓度数据为基础的化学计量学定量解析混源油组成的方法,并将其方法应用于塔里木盆地塔北地区海相混源油的研究。近期,该课题组与有机地化国家重点实验室傅立叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)仪器工程师蒋彬博士开发了一种结合化学计量法和FT-ICR MS快速定量解析混源油的新方法。

FT-ICR MS是研究原油极性组分、环境有机污染物及其代谢产物、海洋天然有机质等分子组成的最佳选择。结合软电离技术包括电喷雾电离(ESI),大气压光致电离(APPI)等技术能有效分析复杂混合物中各极性化合物,包括含氧(石油酸等)含氮(中性鉴定氮等)含硫(硫醚噻吩等)化合物等。FT-ICR MS能选择性地电离原油中极性化合物,特别适合于因生物降解等次生作用导致生物标志物损失的原油样品的研究,且无需前处理步骤,能直接进样分析,降低污染,快速高效。因此,开发基于FT-ICR MS的化学计量法具有巨大的应用潜力及实用价值,能实现混源油的快速定量解析。

本研究包括三个方面内容:(1)考察FT-ICR MS半定量原油中石油酸化合物的可行性,找出适用于半定量分析的石油酸化合物分子集;(2)半定量各人工混源油中石油酸化合物分子集分子的相对浓度;(3)将实验得到的石油酸分子的相对浓度数据通过最小交替二乘法(ALS)解析混源油样品,计算各端元油的贡献和酸性化合物原始组成。首先通过加入氘代标样考察发现:除了部分O2类化合物,大多数类型化合物都不适用于半定量分析,且不是所有的O2类化合物都适用于半定量分析(图1a);找出了一些重复性好,线性佳的适用于半定量分析的石油酸分子(图1b)。然后对21个混源油样品中满足要求的石油酸分子进行半定量分析,建立一个由21个样品的16个O2石油酸分子相对浓度的数据集,并利用ALS进行解析。ALS计算结果表明,通过此方法能较准确计算混源油中端元油的贡献比例(图2),还原各端元油石油酸分子组成(图3)。

图1 化合物峰强度与内标的峰强度比值与各混合油样质量浓度的线性关系. 该图表明,原油中只有部分极性O2类化合物能在FT-ICR MS中进行半定量分析,这与加入的内标化合物的结构有关。

图2 各端元油比例ALS计算值和实际值的比较图. (a)全部21个样品,(b)14个样品(去掉3个端元油和4个随机样品). 红点:计算值,蓝点:实际值. 该图表明,混源油中各端元油的贡献比例可以通过ALS计算,其计算结果的准确性与样品集中端元油的存在与否无关。

图3 16种O2类化合物相对浓度ALS计算值和实际值柱状图. ALS-C1表示全部21个样品的计算结果;ALS-C2表示14个样品的计算结果(即去掉3个端元油和4个随机样品后). 该图表明:混源油的端元油组成可通过ALS-C预测,其准确性与数据集中端元油存在与否无关。

此方法可以实现混源油的快速定量解析,且在漏油归属问题、植物油掺杂问题等方面,均有良好的应用前潜。

本研究受中科院A类先导项目(XDA14010102和XDA14010103)、国家重大专项(2017ZX05008-002-020)和有机地球化学国家重点实验室基金(SKLOGA2016-A08)的联合资助。

研究成果近期发表在Nature Index杂志Analytical Chemistry杂志上。论文信息:

Jiang, Bin; Zhan, Zhao-Wen*, Shi, Quan; Liao, Yuhong; Zou, Yan-Rong; Tian, Yankuan; Peng, Ping’an. Chemometric Unmixing of Petroleum Mixtures by Negative Ion ESI FT-ICR MS Analysis. ANALYTICAL CHEMISTRY, 2019, 91(3): 2209-2215. DOI: 10.1021/acs.analchem.8b04790