研究合作与创新

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e8足球即时比分 前火箭人降落在 RRC 并涉足清洁水测试

2014 年 6 月 5 日

化学家 Michael Judge 在学院的一台高性能液相色谱仪旁边


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您不会遇到太多从推进火箭到进行水应用研究的化学家,但这就是红河学院迈克尔·贾奇的轨迹。
六年前成为该学院的讲师之前,贾奇在曼尼托巴省的布里斯托尔航空航天罗克伍德推进剂工厂担任了十年的高级化学家。在这篇文章中,他配制了用于的推进剂,自 20 世纪 60 年代诞生以来,其化身一直是加拿大航空航天技术的标志 - NASA 和加拿大航天局一直雇用它们。
虽然你可以说法官目前在化学方面的工作更加扎实(双关语),但它可以说更重要,因为他过去的两个应用研究项目涉及地球上最重要的资源:水。
去除水中的药物
过去一年,贾吉一直在学院进行应用研究,有望减少进入马尼托巴省湖泊和河流的潜在污染物。
“现在人们对纳米污染物最终进入我们的水道有很多担忧,”法官说。

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“这个想法是,有人服用抗抑郁药或避孕药或任何其他药物,其活性成分最终会从体内排出。这些化学物质不能被人体完全代谢,因此其中许多成分会直接进入下水道系统并最终进入我们的废水处理过程。
虽然废水处理的目的是去除某些我们不希望进入河流的物质,但它们并不是为了去除这些纳米污染物,”贾奇继续说道。
在该领域进行的研究,例如(ELA) 表明,纳米污染物,包括洗涤剂中的表面活性剂、洗手液中的抗菌剂、药物中的精神活性成分以及“避孕药”中的雌激素,随着时间的推移,可以在生活在这些水域中的物种中进行生物累积,从而进入食物链。
“主要问题之一是,这些化合物中有很多都是所谓的内分泌干扰物;它们模仿天然激素的作用,你往往会在各种两栖动物和鱼类身上发生奇怪的事情,例如癌症发病率增加和生育能力变化等等,”贾奇说。
“因此,人们担心长期环境后果以及这些水可能被重新用作饮用水的情况。”
为了解决水处理厂的废水问题,Judge 提出了一项研究,看看是否可以检测并去除这些纳米污染物。
在彻底探索了有关该主题的文献后,法官和化学与生物科学技术文凭课程的一名暑期学生决定在实验室规模的测试中使用活性炭(或木炭)——它对有机分子具有非常高的亲和力。
使用对乙酰氨基酚作为模型纳米污染物,法官能够确认细粉状活性炭可以去除该化合物。这是该研究的一个令人鼓舞的开始,并表明该学院有能力在实验室规模上评估纳米污染物的去除;优化流程的重要第一步。
检测纳米污染物
为了进一步更精确地检测废水中的纳米污染物,理查森功能食品和营养保健品中心将工作外包给他们,以利用其先进的高性能液相色谱仪 (HPLC)。 HPLC 在世界各地的实验室中都很常见,是用于分离化学混合物中成分的重要仪器。

在学院制药培训实验室工作的法官


“一般来说,HPLC 使用溶剂(一种液体化学品),该溶剂在高压下泵入填充有专门设计的填料的色谱柱,”Judge 说道。 “当化学混合物穿过色谱柱时,某些化学物质与填料的亲和力或结合强度会更大,因此它们的速度会减慢,当它们从另一端出来时,化学物质就会被分离。”
虽然贾奇定期使用学院的 HPLC,但理查森中心的 HPLC 更为先进,已与质谱仪连接,质谱仪是检测最微量化学物质所必需的分析设备。
“美国环境保护署 (EPA) 有一种测试这些化合物的方法,该方法使用非常先进的分析仪器,其中一台液相色谱仪与所谓的质谱仪相连,”法官说。
“质谱仪本质上是使用电子流将分子分解成小碎片,然后它会观察这些碎片 - 因此它可以准确地告诉您所拥有的化学物质,并且它可以检测非常低的水平。
因此,通过理查森中心,我们能够在非常低的水平上筛查各种污染物,从而确定温尼伯现有技术可以进行更高级的筛查。”
现在已经具备了检测废水中微量纳米污染物的能力,并且利用储罐中的活性炭作为成功的过滤器,法官希望沿着这些方向进行更先进的研究将来可能能够获得外部资金;可能来自城市或省,基于过去对此主题的兴趣表达以及的状态.
“我们得出的结论是,温尼伯和曼尼托巴有必要研究纳米污染物——存在知识差距,因为我们稍微落后于欧洲和美国而且至少他们正在追踪事物。”法官说道。
“因此,我们发现了差距。我们还确定了筛选这些物质的技术和知识,并且展示了对最有效去除方法的一些实验室规模分析。”
该应用研究项目的实现得益于大学应用研究发展 (CARD) 基金的资助。
让实验室测试更加环保
在这项研究之前,贾奇在学院完成了另一个 CARD 资助的项目,该项目很可能使世界上的化学实验室更加环保。
虽然 HPLC 是用于化学测试的出色分析仪器,但由于用于分离混合物的化学溶剂具有毒性,它们本身会产生排放物,必须由废物管理公司安全清除。
“高效液相色谱法的问题之一是它们需要恒定流量的液体溶剂 - 而这种溶剂通常是有毒的,”贾奇说。 “通常使用甲醇、乙腈和许多其他溶剂。所发生的情况是,这些溶剂从另一端出来,你会得到一堆废物。
这些溶剂基本上是从此类测试中获得良好结果所必需的,因此问题是我们正在产生这种巨大的废物流;我们在世界各地的所有这些实验室都在愉快地抽气和创造这种产品,而且还存在蒸汽逸出和员工暴露的问题,因此如果我们能够为此目的使用毒性较小的溶剂,那将是有益的。”
2010 年,贾奇一直在阅读有关化学物质乳酸乙酯 (EL) 的文章,它是一种 以具有成本效益的方式。该化学品由乳酸和乙醇组成,相当无毒,历史上曾用于食品和化妆品配方。
“由于乳酸乙酯是由两种无毒化合物的组合形成的,当它进入环境时,有很多微生物可以将其用作食品物质或降解它。因此它具有高度生物降解性,无毒,并且很容易由天然物质制成,”法官说。
“所以我想到它可能是 HPLC 工作中的一种有用溶剂 - 我查阅了相关文献,据我所知没有人这样做过,尽管这是一个相对简单的想法。”
在学院的制药培训实验室工作时,Judge 与药品制造讲师 Curtis Aab(他能够将该研究结果用作其理学士学位论文的一部分)一起开始使用 EL(EL 不仅可生物降解,而且现在可能更便宜),并对结果感到惊喜。
“嗯,它起作用了,”贾奇说。 “我们发现我们可以用它替代更多有毒溶剂,并且我们分离的一些常见药物得到了非常好的结果。”

溶剂变色现象使用染料的颜色来比较溶剂的相对极性。这些有色溶剂用于确定乳酸乙酯与普通溶剂的相似程度


法官有机化学课程的学生也有机会参与该项目,利用一些实验时间来研究乳酸乙酯的极性,基于,一种将溶剂的性质与溶解在溶剂中的特殊染料所赋予的颜色联系起来的技术。
Judge 和 Aab 的结果数据随后发表在《加拿大化学杂志》上,这是一份著名的出版物,帮助他们的应用研究受到了科学界成员的关注。自该书出版以来,法国和巴西的研究机构以及其他一些研究机构都与贾奇联系,他们想更多地了解他们的发现。
Judge 认为,EL 的应用还远远超出了使世界各地的实验室变得更加环保的目的。事实上,在很多其他情况下,EL 可以取代人们日常使用的许多产品中的其他更刺激的化学物质。
“展望未来,我们已经确定我们对这种特殊的化学品有一定的信心,并且它可能有一些有趣的应用,”法官说。
“例如,从应用研究的角度来看,可能会有一些可能的专利;我认为看看你可以用它做的其他事情可能会很有趣,甚至是像挡风玻璃清洗液这样简单的事情。
当您购买挡风玻璃清洗液时,它通常是基于甲醇的低温条件,这对环境来说也不太健康。因此,它肯定有一些未来的实际应用。”

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