植物的非传统稳定同位素前处理及测定技术研究进展

一直以来植物都是多领域的研究重点,随着非传统稳定同位素的不断发展,植物非传统稳定同位素研究日益增加。但因植物样品中有机物含量高,同位素分馏复杂,样品前处理及测定中存在诸多难题。本文对植物样品非传统稳定同位素工作中常用的前处理方法和测定技术进行了总结。综述了直接萃取法、湿法消解和高温灰化法的原理、操作和优缺点;以K、Ca、Mg、Fe、B等典型非传统稳定同位素为例介绍了非传统稳定同位素常用测定技术,旨在为植物样品的非传统稳定同位素测定进行梳理,最后对其应用方向和测试方法的发展方向进行了展望。     

非传统稳定同位素锶(δ~(88/86)Sr)的地球化学研究进展

锶有4个稳定同位素:84Sr、86Sr、87Sr和88Sr。但其中的非传统稳定同位素(δ88/86Sr)成为近年来国际同位素地球化学领域的研究热点。本文根据国际众多学者的研究,阐述了大多数实验室新近采用双稀释剂和TIMS方法来获得高精度δ88/86Sr数据的原理,并综述自然界δ88/86Sr变化,列出一些影响锶同位素分馏的因素。综合讨论其在地质方面的应用:(1)根据冷水珊瑚稳定锶同位素重建古海洋温度;(2)联立87Sr/86Sr和δ88/86Sr来研究海洋中锶的地球化学循环;(3)利用骨骼中的锶稳定同位素研究古营养学。     

Cu同位素示踪技术应用于环境领域的研究进展

精准鉴别重金属污染来源是重金属污染防治研究中的关键问题。在污染来源交错复杂的环境中,传统以多元统计分析重金属污染种类、浓度、形态及空间分布特征的方法无法正确评估其污染来源与迁移途径。采用稳定同位素源解析的分析手段是对重金属污染进行源解析的最佳手段之一。文章系统介绍Cu同位素源解析的示踪原理与方法,进一步阐述其相关理论与研究进展,并在单一同位素无法判别污染来源的情况下,补充论述Cu同位素与其他非传统稳定同位素联用的源解析应用实例,最终提出现今同位素源解析的研究趋势与未来展望,对当前环境领域内的重金属污染防治工作具有重要意义.     

稳定同位素技术在水体硝酸盐污染源解析中的研究进展

准确识别水体中硝酸盐污染来源至关重要,目前稳定同位素已被广泛应用于水体硝酸盐污染源解析研究,但关于同位素分馏影响源解析结果准确性的研究仍不足。介绍了稳定同位素分析技术及其在水体硝酸盐污染源解析中的应用,通过对比氮转化中δ¹⁵N-NO₃ ⁻和δ¹⁸O-NO₃ ⁻的时空差异性,结合其他技术方法在硝酸盐污染源解析研究中的应用,提出目前稳定同位素技术在硝酸盐污染源解析中应用的局限性。结果表明,氮转化中同位素分馏对水体δ¹⁵N-NO₃ ⁻和δ¹⁸O-NO₃ ⁻的影响很大,使用符合环境特征的潜在来源δ¹⁵N-NO₃ ⁻和δ¹⁸O-NO₃ ⁻是保证稳定同位素模型解析结果准确性的关键。因此,深入研究水体中与氮转化相关的微生物信息将有助于进一步了解硝酸盐在迁移转化中的特征;土壤层或者地下水硝酸盐的输入应成为地表水体硝酸盐污染源解析的重点考察端元;结合机器学习发展出适应研究区域地理气候特征的稳定同位素模型是今后实现精准溯源的研究方向。

     

海洋环境中溶解氧稳定氧同位素研究进展

溶解氧(DO)的稳定氧同位素组成(δ18ODO)是水生系统DO生物地球化学循环研究的有效示踪剂之一,不同生物地球化学过程引起的氧同位素分馏会反馈到溶解氧同位素组成上。在近年来水生环境中溶解氧同位素研究的基础上,回顾了溶解氧同位素的分馏机理及其影响因素,以及氧同位素的测试技术和海洋环境中溶解氧同位素的应用。在现阶段取得的主要研究进展基础上,提出今后研究及发展趋势应侧重于同位素分析测试技术的提高,特别是高效、快速、连续预处理方法的建立,基础理论研究和关键物理过程在海洋环境溶解氧同位素分布中的作用及其控制机制等方面。     

Hg稳定同位素地球化学研究进展

近年来汞(Hg)稳定同位素研究进展显著。Hg具有七种稳定同位素。以往研究不但报道了Hg同位素质量分馏,也报道了Hg同位素非质量分馏,使Hg成为目前唯一在自然界中具有同位素非质量分馏的重金属元素。本文阐述了Hg同位素的研究背景,总结了Hg同位素分析方法和引起Hg同位素分馏的生物化学过程,介绍了地球各圈层样品中Hg同位素组成的国内外最新研究现状。而最新发现的大气降雨中异常的、呈季节性变化的偶数Hg同位素非质量分馏(Δ200 Hg),更开辟了Hg同位素研究的新领域。不同于奇数Hg同位素非质量分馏,偶数Hg同位素非质量分馏还未经任何实验验证,其分馏机理也完全不清楚,亟待深入研究。Hg可能的"三维"同位素体系(质量分馏、奇数以及偶数Hg同位素非质量分馏)的研究和应用将有希望为进一步认识Hg环境过程、生物累积、大尺度迁移以及全球性的生物地球化学循环提供更加丰富的信息,具有重要的科学意义。     

稳定同位素模型解析大气氨来源的参数敏感性

氨(NH_3)是大气霾污染和过量氮沉降的关键前体物,准确厘清其来源是制定NH_3减排策略的科学基础.稳定同位素模型(SIAR)在NH_3溯源研究中展现出巨大潜力,其解析结果的可靠性与NH_3排放源的氮同位素指纹谱(δ~(15)N-NH_3)密切相关.本研究基于2013年1月北京霾污染期间的同位素观测资料,使用SIAR评估了3个重要源谱参数(源的数量、源的δ~(15)N-NH_3特征值及其标准差)对NH_3源解析的影响.结果表明,农业源的贡献率对源谱δ~(15)N-NH_3特征值的变化最敏感,其次为化石燃烧源,氨逃逸源的敏感性最低.农业源δ~(15)N-NH_3标准差的改变仅造成农业源贡献率变化约4%,但其特征值的改变却造成农业源贡献率20%的变化.相比之下,将农业源拆分为化肥挥发和畜牧养殖源后,解析结果并未显著增加农业源的总贡献,即"非农业源"仍然是2013年初北京霾污染期间NH_3的重要来源.考虑到农业源的贡献率对SIAR模型参数改变的响应最为敏感,且不同类型的农业源δ~(15)N-NH_3差异较大,未来需要针对农业源δ~(15)N-NH_3的时空变化规律及影响因素开展深入研究,以此来降低同位素源解析模型的不确定性.     

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。     

地幔流体的稳定同位素地球化学综述

总结了 2 0年来国内外学者对地幔流体研究的成果和认识。主要包括地幔流体的性质和组成 ;地幔流体中同位素的含量、组成和赋存形式 ;同位素分馏和地幔脱气等作用对地幔组分的影响等。在不同地区和不同构造环境条件的地幔流体中 ,各种组分含量和同位素组成变化可以很大 ,从一个侧面指示地幔组分的不均一性 ,反映了不同地幔物质的形成历程不同或来自不同的地幔源区。此外 ,还讨论了目前存在的几个疑点     

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。     

北山地区大气降水中水化学及稳定同位素特征

为揭示甘肃北山地区大气降水的水化学及同位素特征,利用2012~2019年度采集的97件大气降水样品,采用相关性分析,富集因子,气团后向轨迹分析等多种方法对北山地区稳定同位素变化特征及其影响因素,降水中主要离子变化特征,不同离子来源及贡献,水汽来源进行了分析.结果表明,北山地区区域降水线的斜率与截距均高于张掖地区大气降水线;该区降水中稳定同位素比率明显受季节性,温度和高程效应的影响,在年尺度下,降雨量效应不明显;该区降水中氘盈余变化较大,雨季降水中氘盈余显著小于旱季降水中氘盈余值;北山地区大气降水的水化学型主要为HCO₃·SO₄-Ca和HCO₃-Ca型,降水中离子浓度具有明显的季节性变化,降雨量的增加对离子浓度具有一定的稀释作用;Na⁺受海源和陆源物质的双重影响;绝大部分的Ca²⁺,K⁺,HCO₃^-和部分Mg²⁺来源于陆源,SO₄^2-与NO₃^-的主要来自于人类活动输入;区内冬夏季水汽来源基本一致,来源于西北方向的季风源是北山地区最主要的水汽来源.研究成果可为我国高放废物地质处置库选址和性能评价以及未来地下处置库建设提供依据,也有助于丰富西北干旱区的水文循环过程研究.     

北山地区大气降水中水化学及稳定同位素特征

为揭示甘肃北山地区大气降水的水化学及同位素特征,利用2012~2019年度采集的97件大气降水样品,采用相关性分析,富集因子,气团后向轨迹分析等多种方法对北山地区稳定同位素变化特征及其影响因素,降水中主要离子变化特征,不同离子来源及贡献,水汽来源进行了分析.结果表明,北山地区区域降水线的斜率与截距均高于张掖地区大气降水线;该区降水中稳定同位素比率明显受季节性,温度和高程效应的影响,在年尺度下,降雨量效应不明显;该区降水中氘盈余变化较大,雨季降水中氘盈余显著小于旱季降水中氘盈余值;北山地区大气降水的水化学型主要为HCO₃·SO₄-Ca和HCO₃-Ca型,降水中离子浓度具有明显的季节性变化,降雨量的增加对离子浓度具有一定的稀释作用;Na⁺受海源和陆源物质的双重影响;绝大部分的Ca²⁺,K⁺,HCO₃^-和部分Mg²⁺来源于陆源,SO₄^2-与NO₃^-的主要来自于人类活动输入;区内冬夏季水汽来源基本一致,来源于西北方向的季风源是北山地区最主要的水汽来源.研究成果可为我国高放废物地质处置库选址和性能评价以及未来地下处置库建设提供依据,也有助于丰富西北干旱区的水文循环过程研究.     

石羊河流域降水稳定同位素变化的区域差异

为了了解干旱内陆河流域降水稳定同位素变化过程及其影响因素,基于石羊河流域荒漠区、绿洲区和山区8个站点2013年7月至2014年7月,497个降水样品氢氧稳定同位素数据及相应气象数据,研究了石羊河流域降水稳定同位素的时空变化、环境效应以及降水水汽来源.结果显示：石羊河流域局地大气水线斜率和截距表现出夏低冬高的变化趋势;降水稳定同位素表现出夏高冬低的变化趋势,从荒漠区、绿洲区到山区,稳定同位素值随海拔升高而降低,海拔效应为-0.22‰/100m,这是温度效应的另一种体现;流域降水稳定同位素表现出显著的温度效应,温度效应为0.43‰/℃,在天气尺度下受季风水汽和降水淋洗过程的影响表现出降水量效应;流域降水来源主要受西风水汽控制,夏季也会会受到季风水汽影响,冬季也受到极地气团影响.     

石羊河流域降水稳定同位素变化的区域差异

为了了解干旱内陆河流域降水稳定同位素变化过程及其影响因素,基于石羊河流域荒漠区、绿洲区和山区8个站点2013年7月至2014年7月,497个降水样品氢氧稳定同位素数据及相应气象数据,研究了石羊河流域降水稳定同位素的时空变化、环境效应以及降水水汽来源.结果显示：石羊河流域局地大气水线斜率和截距表现出夏低冬高的变化趋势;降水稳定同位素表现出夏高冬低的变化趋势,从荒漠区、绿洲区到山区,稳定同位素值随海拔升高而降低,海拔效应为-0.22‰/100m,这是温度效应的另一种体现;流域降水稳定同位素表现出显著的温度效应,温度效应为0.43‰/℃,在天气尺度下受季风水汽和降水淋洗过程的影响表现出降水量效应;流域降水来源主要受西风水汽控制,夏季也会会受到季风水汽影响,冬季也受到极地气团影响.     

北极楚科奇海、白令海上空大气气溶胶铅浓度及同位素研究

北极楚科奇海大气气溶胶中铅浓度为 0 1 7～ 0 96ng·m-3,平均值为 0 4 6± 0 2 7ng·m-3.气溶胶铅同位素地球化学示踪和铅的富集因子计算 ,揭示北极楚科奇海和白令海上空大气中的铅可能主要由两个端元组分混合而成 ,这两个端元一是来自北美如美国和加拿大具高同位素比值的工业释放铅 ,另一个是源于俄罗斯及其远东如立陶宛、乌克兰、阿塞拜疆、哈萨克斯坦、蒙古和亚洲如日本、韩国、中国和越南 .铅的总沉降通量计算表明 ,北极楚科奇海和白令海铅的入海通量平均值为 0 0 2mg·m-2 ·a-1 ,与南太平洋相当 ,略低于北印度洋和南大西洋 ,大大低于波罗的海、北海、地中海等近岸海域     

基于稳定同位素示踪的流域颗粒有机物质来源辨析

为有效控制流域水质污染,保证饮用水水源的水质安全,通过采集和测定流域内土壤、植物以及河流断面水体悬浮颗粒有机质(POM)在枯水期和丰水期的碳、氮稳定同位素值和C/N比值,对石头口门水库汇水流域水体POM的来源进行研究.结果表明,水体中POM主要来源于土壤有机质,其贡献为69.2%,藻类等大型水生生物和浮游植物的贡献分别为23.1%和7.7%.流域水体中POM的来源存在时空差异.丰水期,浮游植物和藻类等大型水生植物的贡献均为15.4%,而枯水期后者的贡献提高到了30.8%.水体POM主要来源于双阳河和饮马河下游的土壤有机质,说明该区域土壤侵蚀较重,易发生非点源污染;岔路河和饮马河上游支流小黄河,水体POM以浮游植物的贡献占主导,其贡献分别为86.3%和94.8%,这些区域侵蚀较弱,非点源污染发生的风险小;大中型水库区域的POM主要由藻类等大型水生植物贡献,表明悬浮颗粒物在进入水库后可能发生了明显沉积.     

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...     

Application of enriched stable isotope technique to the study of copper bioavailability in Daphnia magna

The biokinetics of Cu in Daphnia magna, including dissolved uptake, assimilation and e ux, has been determined using a gamma 67Cu radiotracer methodology. However, this gamma emitting radioisotope is not readily available due to its very short half-life. In the present study, we employed a stable isotope tracer (65Cu) to determine the Cu biokinetics and compared our results to those determined using 67Cu. The dissolved uptake rate constant of 65Cu was 3.36 L/(g day), which is higher than that of 67Cu (1.32 L/(g day)). With increasing food concentrations from 2 104 to 1 105 cells/mL, the Cu assimilation e ciency (AE) decreased from 46% to 11%, compared to a decrease from 27% to 16% when determined using 67Cu. The e ux of Cu from Daphnia magna was quantified following both dissolved and dietary uptake. The e ux of waterborne Cu was comparable to that of dietborne Cu and the e ux rate constant (0.32–0.52 day??1) was higher than that determined by 67Cu (0.19–0.20 day??1). By considering di erent water properties and handling procedure between the two experiments, we believe that these di erences are reasonable. Overall, this study demonstrated that the enriched stable isotope tracer technique is a powerful tool to investigate metal bioavailability and maybe a good alternative to radioactive measurements.