稳定碳同位素在污染物源解析中的应用

稳定碳同位素可以指示和判断有机物的来源或成因。本文概述了油源、煤源、生物源及燃烧源等不同污染源单体烃稳定碳同位素特征 ,简要介绍了单体烃稳定碳同位素在初步分析不同污染源贡献率中的应用     

稳定碳同位素技术在多环芳烃源解析中的应用进展

多环芳烃是广泛存在于环境中的具有"三致"效应的有机污染物,环境中的多环芳烃来源复杂,传统溯源方法受到环境中降解作用影响,具有较大局限性,而稳定碳同位素技术在多环芳烃源解析中具有较好的应用。该文通过文献综述,梳理比较了多环芳烃单体稳定碳同位素样品提取、净化、洗脱等前处理方法的优缺点,分析了选择不同内标物和分析柱进行样品分析的精确度;阐述了在实验室分析过程中以及环境中可能发生的稳定碳同位素分馏效应;通过相关研究案例分析,总结了稳定碳同位素技术在大气颗粒物、土壤和沉积物等环境样品源解析中的应用可行性。结果表明,稳定碳同位素在特定污染源中组成确定,且具有在污染物迁移和转化过程中不发生显著变化的特点,稳定碳同位素技术能较好应用于多环芳烃源解析,与其他方法结合使用,可以更好地解决复杂样品的溯源问题。     

淮河中下游沉积物PAHs的稳定碳同位素源解析

对淮河中下游水相、悬浮物、沉积物中的PAHs(多环芳烃)进行定量分析,在探讨其分布特征的基础上,利用单体烃稳定碳同位素技术揭示研究区沉积物中PAHs的来源. 结果表明:水相中正阳关的ρ(PAHs)最高,达5.01 ng/mL;悬浮物和沉积物中以蚌埠闸的w(PAHs)最高,分别为9.85和1 175.02 ng/g. 沉积物中PAHs的δ13C在-39.4‰~-17.6‰之间.正阳关、平圩、洛河和蚌埠闸等采样点的高环PAHs的δ13C比低环PAHs的小,表明高环PAHs富集12C（轻碳同位素）,显示燃煤源为主要污染源;但这4个采样点PAHs的δ13C与燃煤烟尘相比存在一定差异,表明除燃煤源外可能还存在着少量其他污染源. 双沟镇高环PAHs的δ13C比低环PAHs的大,表明高环PAHs富集13C（重碳同位素),可能是微生物作用所致.      

黄渤海刺参稳定同位素组成特征的初步研究

本文应用元素分析仪及稳定同位素质谱仪联用技术对黄渤海刺参的碳、氮稳定同位素组成进行分析,同时,通过潜在食物源对刺参生长的贡献率进行计算,研究两海域刺参稳定同位素组成特征及其原因。刺参碳、氮稳定同位素测定结果显示,渤海刺参δ13C值、δ15N值的分布范围分别为-15.660‰~-12.027‰和7.463‰~11.238‰;黄海刺参δ13C值、δ15N值的分布范围分别为-16.062‰~-12.527‰和3.966‰~7.243‰。两海域刺参δ15N值分布范围存在明显差异,表明δ15N值能够有效区分黄渤海不同刺参样品。食源贡献率计算结果显示,渤海刺参食源相对贡献率依次为浮游生物、SOM、POM、海带和孔石莼;黄海刺参食源相对贡献率依次为孔石莼、海带、POM、SOM和浮游生物。食源相对贡献率的不同为两海域刺参δ15N值的差异提供了依据。相关结论能为稳定同位素技术应用于刺参的产地溯源研究提供理论依据。     

生物标志物碳同位素组成与富营养化关系研究

以云贵高原富营养化湖泊滇池湖心柱状沉积物(高63 cm)作为研究对象,在对滇池富营养化历史、有机质来源等前期研究基础上,以沉积物中脂肪烃、脂肪酸和脂肪醇等生物标志物分子碳同位素组成为主要研究对象,对比讨论了富营养化过程对主要生物标志物分子碳同位素组成的影响,探讨了水体重度富营养化状态后主要生物标志物分子碳同位素组成的变化规律。研究结果表明,滇池富营养化过程主要影响了藻类源、挺水和漂浮植物源脂肪烃、脂肪醇的分子碳同位素组成,由于富营养状态下水体微生物数量明显增加,结合态和游离态长链脂肪酸中厌氧菌源二次脂肪酸占比增加,导致长链脂肪分子碳同位素组成变化明显。     

铅稳定同位素在环境源解析中的应用

近年来不断发生铅污染事件引起了各界的广泛关注,但由于源解析技术的相对滞后,导致在处理这些事件中很难有效提供科学的证据确定主要的污染源和暴露途径,造成不能及时、有效地提供血铅污染防控对策。随着近年来铅稳定同位素技术的快速发展和测试设备的普及,该技术逐步引入至环境污染识别过程中,成为判断铅污染来源的和途径的一个重要技术。文章系统地介绍了铅稳定同位素组成、指纹特征、研究发展过程以及国内外最新研究热点,在此基础上提出了现存的问题,展望了铅稳定同位素与多元混合模型结合进行定量源解析的研究趋势。     

同位素示踪技术在环境领域中的应用研究

稳定碳氮同位素作为一种有效的示踪手段,在研究外源有机质来源和氮循环,特别是污染源的识别方面有着重要意义。在简要总结碳氮同位素的应用现状、分馏效应的基础上,重点论述和分析了稳定氮同位素在富营养化湖泊中的氮源识别,并结合研究现状探讨了研究前景。     

基于稳定同位素与多元素的土壤铅污染源解析

以杭州市富阳区典型工矿企业附近农田为研究对象,基于单因子指数法及内梅罗指数法对土壤重金属污染状况进行了评价,并采用稳定同位素与多元素特征指纹结合多元统计定量解析研究区内农田土壤重金属铅污染的来源,建立基于铅稳定同位素与多元素特征指纹结合主成分-聚类分析的农田土壤铅污染源解析技术.结果表明：研究区域内电镀厂和冼矿场附近的农田土壤受重金属污染很严重,两个地区的铅污染均达到重度污染水平.根据不同污染源及土壤的铅同位素比值（²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb、²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb）,利用源解析软件Isosource分析不同潜在污染源对土壤铅污染的贡献率,结果显示电镀废弃物、废水对电镀厂附近农田土壤铅污染的累计贡献率达70.5%,冼矿场堆放的矿石、尾矿对附近农田土壤铅污染的累计贡献率达71.7%.为了进一步解析土壤铅污染来源,对电镀厂和冼矿场污染源样品中28种多元素含量进行主成分-聚类分析,结果显示不同来源样品的多元素组成差别较大,电镀厂附近农田土壤的多元素组成与电镀废弃物和废水相似度最高,冼矿场附近农田土壤的多元素组成与矿石和尾矿相似度最高.因此,基于铅稳定同位素比值与多元素特征指纹结合主成分-聚类分析得出电镀厂排放的固废、废水和冼矿场堆放的矿石、尾矿是造成附近土壤铅污染的主要原因,也证明基于铅稳定同位素与多元素特征进行铅污染源解析具有较高的准确度和可靠性.     

铅同位素示踪土壤重金属污染源解析研究进展

铅污染已经成为威胁人类健康最严重的重金属污染形式之一,并且随着工农业生产铅污染问题日益突出。铅污染来源复杂,如何准确、快速地识别污染源并弄清其迁移转换机制是土壤污染防治的关键。随着同位素检测技术的快速发展,铅同位素示踪逐渐成为重金属污染溯源研究中的一种重要方法。该文阐明了铅同位素示踪机理和组成特征,参考了国内外铅污染源示踪应用实例,分析了铅同位素示踪技术的应用现状,重点剖析了其迁移速率和迁移路径的机理以及污染程度和污染源的定量解析,最后针对铅同位素示踪技术在土壤重金属污染源解析应用中的不足,展望了其发展前景,以期为铅同位素示踪技术在土壤污染源解析与污染治理方面提供参考。     

南京地区大气PM2.5潜在污染源硫碳同位素组成特征

基于南京地区大气PM_(2.5)潜在污染源,采用EA-IRMS技术分别测定了样品中硫碳同位素组成,并分析不同污染源之间的关联性.结果表明,南京地区煤炭烟灰δ~(34)S值范围为1.8‰~3.7‰,δ~(13)C值范围为-25.50‰~-23.57‰;机动车尾气δ~(34)S值范围为4.6‰~9.7‰,δ~(13)C值范围为-26.32‰~-23.57‰;生物质烟灰δ~(34)S值范围为5.2‰~9.9‰,δ~(13)C值范围为-19.30‰~-30.42‰;扬尘δ~(13)C值为-13.45‰.南京地区煤炭烟灰颗粒物的硫同位素较轻,扬尘的碳同位素较重.对比国内外不同污染源δ~(34)S与δ~(13)C值,南京地区大气PM_(2.5)中的潜在污染源的δ~(34)S与δ~(13)C具有明显的区域性.因此,潜在污染源的δ~(34)S、δ~(13)C值可为南京地区大气PM_(2.5)的源解析提供同位素组成源谱支持.     

热液(金)矿床中碳同位素矿源示院综述和讨论

碳同位素统计表明，深源岩浆碳具有较均一的同位素组成，而沉积岩和变质岩的联同位素组成则变化较大，不同来源的联的同位素组成具重叠特征。在金矿床研究中，简单的碳同位素的对比使碳同位素组成具有多解性。碳同位素的物源追踪应建立在同位素体系的演化以及具体成矿环境分析的基础上。     

颗粒物有机源示踪物的筛选与应用综述

大气颗粒物中的不少有机组分具有较强的源指向性,是识别颗粒物来源并评估各污染源对城市大气环境影响的重要工具之一.前人因此针对不同污染源颗粒物有机组成进行了广泛研究,并筛选出大量具有源指纹意义的有机示踪物.本文对前人的相关工作进行了简要整理,重点关注了生物质燃烧、餐饮源、化石燃料燃烧和交通源排放颗粒物有机组成特征,总结了这4类污染源主要的源示踪物,系统计算了各污染源的特征比值,并以此讨论了有机源示踪物在颗粒物源解析方面的运用.此外,也进一步分析了目前国内外源示踪物筛选工作的不足,指出了新的源示踪物筛选方向.     

机动车尾气碳质气溶胶排放因子及其稳定碳同位素特征

机动车尾气是大气碳质气溶胶的重要人为来源,其排放因子与稳定碳同位素组成是重要的基础数据.选取多辆不同类型在用机动车,进行多种工况、冷/热条件下启动的台架试验,收集各测试阶段尾气分析其碳质组分含量与稳定碳同位素比值,并探讨其影响因素.结果表明,总碳排放因子大小为：重型柴油车>轻型柴油车>轻型汽油车,轻型天然气车虽然在低速与中速阶段排放因子极低,但高速行驶阶段可达到重型柴油车的排放水平.各型车冷启动的排放因子均高于热启动,NEDC工况的排放因子整体低于WLTC工况,应与其测试车速有关.汽油车和天然气车各测试阶段排放有机碳(OC)均远高于元素碳(EC),柴油车OC与EC排放因子相近,各类车辆OC/EC都随测试车速的提高而上升.稳定碳同位素EC重于OC,同位素比值大小关系均呈现：汽油车<天然气车<轻型柴油车<重型柴油车,现有源解析的稳定碳同位素源谱较难反映汽油车与天然气车特征.在排放治理与源解析工作中,应注意替代燃料的使用与机动车老化过程所造成的排放因子与同位素特征值的变化影响.     

河流溶解无机碳浓度及其稳定碳同位素特征的研究进展

河流是天然无机碳循环的重要通道。溶解无机碳(DIC)约占据河流碳通量的50%,近几十年来,分析DIC浓度及其稳定碳同位素特征已成为示踪碳来源、追踪碳循环、指示碳动态变化的有效方法和重要技术指标。介绍了DIC稳定碳同位素的测定方法,比较了不同的前处理方法,提出了稳定碳同位素的分析方法,总结了河流DIC浓度及其稳定碳同位素的组成特征,分析了影响河流DIC浓度及δ¹³C_DIC的重要因素,包括岩石风化作用、季节效应、土地利用类型、水生光合作用与脱气作用和人类活动。在此基础上,提出了稳定碳同位素技术的应用前景,对稳定碳同位素技术存在的问题进行了分析和展望,可为我国DIC的碳循环过程以及河水补给端元的确定提供理论依据。     

南京地区大气气溶胶PM2.1中稳定碳同位素组成研究

采用EA-IRMS测定了2011年四季南京市区(南师)和郊区工业区(南化)大气细粒子(PM2.1)中稳定碳同位素组成(δ13C),分析了PM2.1中含碳物质的来源并对两地总碳(TC)污染特征进行了评价.结果表明,TC在市区和郊区的年平均浓度分别为15.94μg·m-3与17.17μg·m-3,TC在细粒子中比重分别为17.18%与16.40%,郊区碳质污染相对严重且细粒子中污染物组成更复杂;冬、春、夏、秋四季市区PM2.1中δ13C均值分别为-24.42‰±1.12‰、-25.19‰±1.92‰、-25.79‰±0.45‰与-25.58‰±0.65‰,郊区分别为-25.34‰±1.18‰、-25.55‰±1.50‰、-25.31‰±0.55‰与-25.38‰±0.82‰.相关性分析和潜在污染源δ13C值表明,市区气溶胶PM2.1中碳质主要源于汽油车尾气排放,郊区工业区含碳物质源于尾气及工业排放,此外,燃煤源、生物质燃烧源及地质源等对两地冬春季气溶胶中碳质有重要贡献;后向轨迹分析表明,冬春季远源输送对南京地区气溶胶中碳质有重要贡献,夏秋季气溶胶中碳质主要来自本地排放.     

碳稳定同位素技术在PAHs溯源中的应用

介绍了碳稳定同位素分馏原理,对碳稳定同位素技术在PAHs污染物溯源中的应用研究作了综述.研究发现,在碳稳定同位素进行污染物来源识别过程中,碳稳定同位素并不是完全不分馏的,某些小环多环芳烃较易发生分馏,因此,溯源应尽量选用较大环多环芳烃的同位素,同时应多开展不同类型PHAs分馏实验室研究.     

典型水库沉积有机质组成特征及其源解析

为研究中国典型水库沉积有机质的组成特征及来源,分别采集密云水库、双塔水库表层沉积物样品,对样品的总有机碳(TOC,g/kg)、总氮(TN,g/kg)、总有机碳同位素(δ~(13)C_(org),‰)、总氮同位素(δ~(15)N_(total),‰)、脂肪烃、脂肪醇和脂肪酸等进行了分析研究。研究表明,脂肪酸是密云水库和双塔水库表层沉积物中可溶性有机质的主要组分(分别占可溶性有机质的85.8%和81.7%),脂肪烃和脂肪醇含量较少。密云水库沉积物中的脂肪烃主要来自陆源的C_3木本植物,双塔水库沉积物中脂肪烃主要来自水体浮游动物。该研究中的沉积物脂肪酸和脂肪醇均表现为水库内源生物源为主要来源特征,水体好氧菌源脂肪酸是双塔水库沉积物脂肪酸的的主要组分,而密云水库沉积物脂肪酸更多地表现为水体藻类和厌氧菌源特征。     

发动机燃料组分生烟特性的研究

本文采用火焰高度测定仪系统地评价了构成发动机燃料的单体烃和单体醇的生烟特性,提出并应用碳烟生成的烃正离子概念解释了单体烃和单体醇的生烟规律,为正确调整发动机燃料构成提供了实践基础,也为研究和开发消烟助燃剂奠定了理论基础。     

太原市采暖期PM_(10)中PAHs的碳同位素组成及源贡献率

在太原市7个点位采集采暖期PM10样品,用气相色谱-同位素质谱仪测定环境空气PM10和污染源(煤烟尘和机动车尾气)中9种多环芳烃(PAHs)的碳同位素组成(δ13C),并根据碳同位素质量平衡原理定量环境空气PAHs的源贡献率.结果表明:煤烟尘中PAHs随环数增加贫13C,机动车尾气中PAHs随环数增加富13C;各点位PAHs的δ13C值差别不大,变化趋势与煤烟尘基本一致,煤烟尘是城市PAHs的主要污染源;煤烟尘对各点位荧蒽和苯并[a]蒽的贡献率都大于机动车尾气,对的贡献率与机动车尾气相当,煤烟尘是各点位荧蒽和苯并[a]蒽的主要来源,是二者共同作用的结果;煤烟尘和机动车尾气对全市环境空气中荧蒽、苯并[ghi]荧蒽、苯并[a]蒽和苯并[b+k]荧蒽贡献率比都约为7:3,太原市环境空气PAHs污染属于煤烟尘和机动车尾气的复合污染.     

稻草烟尘中正构烷烃和正构脂肪酸的碳同位素

为了查清稻草燃烧烟尘中正构烷烃和正构脂肪酸的碳同位素分馏状况,对我国的6种稻草在明火燃烧和闷烧条件下进行室内模拟试验,并测定了烟尘中两类有机物的单体碳同位素.结果表明,在明火烟尘中,正构烷烃和正构脂肪酸单体的δ13C值分别为-28.6‰～-38.8‰、-29.6‰～-41.9‰;正构烷烃和正构脂肪酸的平均碳同位素组成分别是-32.6‰～-36.4‰、-34.0‰～-36.2‰.在多数稻草的明火烟尘中,正构烷烃总体上比秸秆内同碳数烷烃亏损13C,其δ13C值最大相差4.1‰.大部分正构脂肪酸的单体碳同位素组成比稻草重,二者最大相差6.3‰.在闷烧烟尘中,正构烷烃和正构脂肪酸的单体δ13C值分别为-31.7‰～-39.0‰、-31.3‰～-38.8‰;正构烷烃和正构脂肪酸的平均碳同位素组成分别为-35.1‰～-36.4‰、-34.4‰～-35.6‰.在多数稻草的闷烧烟尘中,正构烷烃的单体碳同位素组成比稻草轻,二者最大相差6.1‰;而正构脂肪酸的单体碳同位素却比稻草重,二者最大相差8.4‰.稻草闷烧时排放的正构烷烃比明火燃烧时排放的更趋向于亏损13C,而高碳数（≥C19）正构脂肪酸的单体碳同位素组成呈现出比明火烟尘偏重的趋势.在稻草烟尘中,正构烷烃和正构脂肪酸的单体碳同位素组成与未燃烧稻草中的对应化合物有显著差别.烟尘中两类有机物相对于稻草而发生了方向相反的碳同位素分馏.