同位素入门知识

基于同位素的氮源污染识别文献汇报夏云2018.1.31同位素研究基础具有相同质子数和不同中子数的一组核素称为同位素。自然界同位素成分会发生变化，主要原因是同位素分馏造成（不可逆）。轻稳定同位素的相对质量差较大，在自然作用过程中由于这种质量差异引起的同位素相对丰度的变异，称为同位素分馏。质量不同的同位素分子具有不同的分子振动频率和化学键强度。轻同位素形成的键比重同位素的键更易破裂，因此轻同位素的反应速率高，易在生成物中聚集。同位素研究基础同位素分馏的通用表达法(Expression)选定某一个样品的R值做标准，其它样品的R值与该标准对照，便可知道这些样品的同位素比标准富集或贫化的程度。通常，这种相对富集或相对贫化的程度用δ表示：δ（‰）=（R样-R标）/R标1000δ＞0，样品比标准更富集；δ＜0，比标准更贫化；δ=0，与标准具相同同位素比值。同位素研究基础一些国际通用标准(InternationalStandard)：SMOW——standardmeanoceanwaterH/O同位素标准PDB——PeedeeBelemnite(南卡罗林纳州白垩系）C/O同位素CDT——CanyonDiablotroilite（亚利桑纳州迪亚布罗峡谷铁陨石中的陨硫铁)S同位素氮同位素一般用大气氮（AIR）作为标准，氧同位素采用维也纳标准海水（VSMOW）作为标准。根据测得数据分析判断1.来源初诊2.迁移转化过程判断3.全面考虑影响因素建立模型准确计算1.选取或建立模型2.根据定性结果对模型进行校准3.得出结果定性定量同位素源识别定性——氮的来源氮来源：水生生物、悬浮或溶解的含氮有机物（动物腐殖质等）、有机农药等大气沉降、化学肥料、土壤有机质硝化、牲畜粪便、生活污水溶解或悬浮的含氮矿物质（硝酸盐、亚硝酸盐等）氮有机氮无机氮这些生化反应均会导致氮同位素发生分馏作用，因此不同来源的硝酸盐δ15N值会有所差异。定性——氮的迁移转化定性——氮的来源基于氮氧双同位素法的硝酸盐来源与迁移转化识别定性——影响因素氨化过程、硝化过程、反硝化过程引起的分馏分别是±1‰、－12‰～－29‰、－40‰～－5‰，其中反硝化作用的影响最大。由于生物体降解、土壤有机氮矿化、地下水运动等过程需要持续较长的时间，使得滞留氮库向河流的输移过程可能需要几个月到几十年。定量——相关模型质量平衡混合模型只能用于确定潜在污染源不超过3种的情况，未考虑分馏作用，应用范围有限定量——相关模型SIAR混合模型该模型的优点在于能评价多种污染源的贡献比例，且模型考虑了同位素分馏效应的影响。但其缺点是污染源很小的同位素组成变化就会导致模型结果有很大的波动。通过定义k个来源n个混合物的j个同位素，来估算混合物中各来源贡献比例的概率。分布混合模型如图：定量——相关模型IsoSource模型IsoSource模型以质量平衡混合模型为基础.在该模型中，在一定增量范围内，使用标准线型混合模型来模拟每一种可能污染比例(和为1)，模型在混合计算中满足同位素质量守恒，通过测试的同位素值信息来确定混合物各部分的比例范围，因而同样可以用来估算各种硝酸盐来源对河流硝酸盐污染的贡献率，计算出的每个解代表了一个资源百分比的组合。在软件中设置好模型的增量参数(increment)和容差参数(tolerance)，模型利用迭代方法计算出水样中不同污染来源所占贡献率的概率分布图，并给出所有来源计算结果的平均值。不同来源所有可能的百分比组合则按下式计算:定量——相关模型SWAT模型预处理预处理方法适用水样可测定同位素所需水样量处理测试精度费用离子交换法淡水N、O多δ15N：±0.05δ18O：±0.08高细菌反硝化法淡水、海水N、O少δ15N：±0.05δ18O：±0.5低扩散法淡水、海水N多δ15N：±0.05低两步还原法淡水、海水N、O少δ15N：±0.2δ18O：±0.3低存在问题•如何利用最少指标得到最准确的数据？有没有更好的替代指标使得工作量小且结果准确？•用不用测当地源污染同位素范围？滞留作用会影响同位素值，使得计算得到的同位素值存在误差。分馏作用的程度怎样判断？全面深入分析氮源在迁移转化过程中对同位素值的影响因素，建立模型定量分析氮的分馏作用对同位素源识别具有重要意义。•精确性的保证。从采样点的设置、样品预处理到最终的模型计算都会对结果产生影响。如何有效提取和纯化样品，避免同位素制备过程中的同位素污染及分馏？•综合考虑氮源及引起同位素分馏的因素，如何优化现有的数学模型或者开发新的计算模型？谢谢观看砥砺奋进，共创佳绩！2018