MC-ICP-MS高阻放大器校正偏移对同位素测试的影响——以汞同位素为例

增益(Gain)校正有助于消除MC-ICP-MS不同高阻放大器之间的阻值差异,进而提高同位素分析的精度和准确度,但有关Gain的偏移和校正频率对同位素测试的影响和作用原理还缺乏系统认识。本研究结合本实验室Neptune Plus MC-ICP-MS的Gain校正数据,以实际测试的汞同位素数据为例,评估了放大器Gain校正系数偏移对同位素测试的影响。结果显示,当测试标样和样品的校正系数偏移幅度一致时,汞同位素测试结果基本无变化;当偏移幅度存在明显差异且单一放大器校正系数的相对偏移幅度超过–0.070‰~0.058‰时,汞同位素的测试结果大于分析误差。Gain校正系数单日的相对变化幅度(–0.028‰~0.028‰)可保证汞同位素测试结果小于分析误差,但长期的偏移却会导致汞同位素变化远超分析误差。此外,仪器的硬件、温度和真空度等也是Gain校正系数变化的重要影响因素,因此建议定期维护仪器,并每日进行Gain校正,以保证测试结果的稳定和准确。

水环境中Hg同位素非质量分馏

Hg通过人为或自然释放进入大气之后,发生一系列的物理、化学,光化学反应并相互转化,最终返回到地表,形成一个复杂的生物地球化学循环。水圈在表层Hg生物地球化学循环中起着重要作用,不单是一个重要Hg源和Hg汇,更是许多Hg生物、地球化学反应的载体。

不同水境中微量元素Zn同位素检测方法及应用

作为元素周期表中的一个后过渡金属,锌(Zn)被广泛应用于电镀、金属合金、颜料、涂料、化肥、农药、镀锌板材及电视屏幕荧光粉等与人类生活息息相关的工业、农业及建筑业中。二价Zn是Zn的唯一氧化态,在地表氧化条件下较为稳定。零价金属Zn具有较其他金属更高的氧化电位,因此具有较好的抗腐蚀性而被广泛应用于建筑、运输等工业中。Zn还是一种生命必须元素,已被发现存在于200多种生物酶中。Zn通常被认为是无毒的。

汞的环境地球化学研究进展

汞是一种全球性污染物,旨在全球范围内控制和削减人为汞排放和汞产品使用的国际汞公约将于2013年10月在日本的水俣市签订实施。本文从当前国际学术界针对大气汞来源和迁移转化规律、水生生态系统汞的生物地球化学循环演化、污染场地汞的生物地球化学、汞与硒相互作用、微生物与汞相互作用、人体汞暴露的危害和汞同位素环境地球化学等方面获得的最新进展进行了系统论述,指出了当前开展汞在环境中的生物地球化学研究中存在着的缺乏全球尺度对大气的迁移转化规律的认识、气候变暖条件下大气汞沉降对汞甲基化影响与生物甲基汞累积机制、微生物与汞在环境中的相互作用关系以及长期低剂量汞暴露健康风险评价等薄弱环节,并对新兴的非传统汞同位素技术研究领域进行了展望。

汞同位素地球化学概述

汞同位素是一个新兴的地球化学示踪手段。过去十多年来,随着质谱技术的飞跃发展,汞同位素地球化学研究取得了引人注目的进展,主要体现在如下两个方面。(1)实验及理论地球化学研究表明,汞生物地球化学循环的一系列过程都能导致显著的汞同位素质量分馏。此外,汞还是自然界少数存在同位素非质量分馏的金属元素之一。汞同位素非质量分馏对识别某些特殊地球化学过程(如光还原作用、挥发作用等)具有重要指示意义。(2)自然样品的汞同位素测试表明,自然界汞同位素组成(δ202 Hg和Δ199 Hg)变化可达>10‰。目前,汞同位素地球化学已被应用于汞污染源示踪、汞生物地球化学过程判别等领域,并有望在不久的将来在汞的大气化学、生物地球化学等领域得到更为广泛的应用。

锌稳定同位素地球化学综述

锌是生物生命必需的微量元素和与人类活动息息相关的金属元素。随着样品纯化技术的提高和新一代质谱仪的开发应用,锌同位素体系已成为近年发展起来的金属(非传统)稳定同位素地球化学的一个热点领域,得到国内外学者的广泛研究。对最新的锌稳定同位素研究结果进行了系统总结,分别从分析方法、分馏理论、储库同位素组成以及应用等方面进行了论述。锌同位素已被广泛应用到天体化学、海洋、大气以及地球深部等诸多地球科学研究领域,大大提高人们对全球锌及其他重金属元素生物地球化学循环的认识。锌同位素在宇宙化学、环境地球化学、古气候环境重建以及健康及生物医学领域将具有非常大的应用前景。

环境地球化学研究进展(2000～2010年)简述

在过去十来年中,环境地球化学学科获得了很大发展,研究内容十分丰富。本文以2011年4月在广州举行的环境地球化学学术讨论会的内容为线索,简要介绍了中国环境地球化学研究方面的一些进展和存在的问题以及发展方向,包括氮、喀斯特、汞、非传统稳定同位素、有机物以及气候变化等环境地球化学。

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。

河流重金属污染源同位素示踪研究进展：以法国塞纳河锌同位素研究为例

本文首先阐述了锌同位素的研究背景、分析测试方法和示踪环境污染方面的应用,然后以塞纳河锌同位素示踪研究为例,对利用重金属同位素示踪河流污染源必须满足的前提条件及应用进行了详细论述,指出了今后有关流域锌同位素研究的重点应在以下几个方面:锌同位素组成随河流中颗粒物不同粒径、不同矿物成分的变化关系;河流生物吸收过程中锌同位素分馏机制;以及流域土壤保留源自大气沉降及农业肥料锌过程中的锌同位素演化机理。

青藏高原降水中汞同位素质量分馏及非质量分馏研究

近年来，同位素方法已经成为研究全球汞（Hg）生物地球化学循环的新途径。现有研究已经报道了自然界样品中Hg同位素的质量分馏（MDF，δ^202Hg）和非质量分馏（MIF），

红壤铁氧化物对有机碳的固定及其对长期施肥的响应

以湖南衡阳红壤实验站25年长期定位施用化肥和有机肥的红壤为研究对象,通过焦磷酸钠、盐酸羟胺和连二亚硫酸钠-盐酸溶液分别提取了土壤中络合铁、非晶形铁氧化物和晶形铁氧化物及其结合态有机碳,借助总有机碳分析和紫外-可见光谱等技术探讨了红壤中不同类型铁氧化物对土壤有机碳固定的贡献及其对长期施肥的响应。结果表明,红壤中不同类型铁氧化物结合态有机碳的含量为络合铁结合态有机碳(2.45~3.59 g·kg^(-1),OC_(PP))>晶形铁氧化物结合态有机碳(1.46~1.51 g·kg^(-1),OC_(DH))>非晶形铁氧化物结合态有机碳(0.39~0.70 g·kg^(-1),OC_(HH)),其中OC_(PP)主要是络合铁与芳香性弱、疏水性强的大分子有机物通过螯合或者共沉淀作用形成,而OC_(HH)和OC_(DH)则主要是吸附在(羟基)铁氧化物上的芳香类化合物,OC_(HH)比OC_(DH)具有更大的分子量和更强的芳香性。长期施用化肥(NPK)显著增加(P<0.05)了红壤中OC_(HH)和OC_(PP)的含量,长期施用有机肥(M)仅促进(P<0.05)非晶形铁氧化物与有机碳结合。NPK处理显著增加(P<0.05)红壤中OC_(DH)的平均分子量以及OC_(PP)的疏水性和芳香性,而M处理则降低(P<0.05)了OC_(PP)的平均分子量、OC_(PP)和OC_(HH)的疏水性和芳香性。综上所述,NPK和M处理均能提高红壤中铁氧化物的固碳能力,但对不同类型的铁氧化物影响不一,此外长期施肥还会改变铁氧化物结合态有机碳的组成。

贵黄公路沿线重金属分布特征、来源解析及风险评价

本研究以贵州省的贵黄公路作为研究对象,分析道路两侧灰尘、土壤和植物样品中的重金属Cr、Cd、Cu、Zn和Pb的分布特征,判定其可能源,并且通过锌同位素进行初步验证。结果表明,在道路两侧的灰尘和土壤中富集大量重金属,其中重金属锌富集能力最强,重金属元素绝大部份来自汽车的部件如轮胎、刹车片的磨损。使用地积累指数法和潜在生态风险指数法对重金属污染程度和生态环境的风险水平进行评价,发现公路周围环境中重金属元素Cr、Zn、Cu、Cd和Pb均存在一定的风险危害,整体达到低到中等风险水平,其中Cd对环境的危害最高。

镉同位素分馏及其在示踪土壤镉来源和迁移转化过程中的应用进展

土壤镉污染已成为危害人体健康的主要因素之一,要实现精准、快速和有效地防治土壤镉污染,首先必须厘清土壤中镉的来源及其迁移转化行为。近年来,随着镉同位素分析技术的进步及其分馏机制认识的深入,镉同位素在土壤镉示踪中展示出了巨大的应用潜力。本文在前人研究的基础上,归纳了土壤样品镉同位素分析前处理方法以及测试技术的研究进展。对于基质复杂的土壤样品,高温高压密闭消解和微波消解可以满足其镉同位素测试要求。在分离纯化镉回收率足够、干扰元素去除彻底的情况下,应用多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)分析镉同位素并采用标准-样品匹配法、外标法或双稀释剂法进行质量歧视校正,均可获得较高精度的土壤镉同位素组成数据。同时,本文概括了土壤多个潜在镉源的镉同位素组成以及典型过程(风化淋滤、吸附、沉淀/共沉淀、络合)镉同位素分馏方向与程度。结合最新研究成果,总结了镉同位素在示踪土壤镉来源及其迁移转化过程中的应用。在未来的工作中,需进一步开发和优化高精度镉同位素分析方法,建立土壤镉同位素指纹图谱,揭示土壤多组分、多界面过程中的镉同位素分馏机制和特征。

典型土壤和沉积物中多金属形态分布特征

土壤和沉积物作为地表矿物岩石风化过程的重要产物,对金属元素的地球化学循环起着至关重要的作用。由于土壤和沉积物记录了矿物溶解、吸附、沉淀及生物吸收等综合地质过程的叠加作用,如何准确判定某个单一过程对金属地球化学的影响和贡献仍是当前研究难题。土壤和沉积物中金属的形态分布特征研究可帮助判定元素在地表风化过程中经历的特定过程。本文选择我国广泛分布的五种典型土壤类型(砖红壤、黄棕壤、棕壤、红壤、水稻土)、一种水系沉积物和一个玄武岩自然风化剖面土壤样品,运用改进的BCR形态提取法开展典型金属形态分布特征研究,明确了具有潜在生理毒性的Cr和Pb、代表性过渡金属Ni、Cu、Zn、V、Co以及相关研究较少的碱金属Cs、碱土金属Sr和难溶元素Zr在不同土壤、沉积物中的分布特征,刻画了这些金属在典型砖红壤风化剖面上的连续变化规律,初步判定了不同地质环境金属形态分布不同的控制因素。V、Zr和Sr受自身性质控制,在不同的地质样品中都表现出相似的形态分布,均以残渣态为主,而其他金属则表现出不同的形态分布趋势,其中,Ni、Zn、Cs、Pb和Cu的形态分布受它们的理化特性和外部环境共同影响,Co形态则可能受到锰矿物、TOC含量的影响。研究结果为进一步认识流域金属地球化学行为及其环境效应提供了基础数据。

基于分步热解技术的沉积岩形态汞同位素分析方法

沉积岩中的汞及其同位素常被用于指示大规模火山活动、海洋氧化还原演变等古环境演化事件,但现有研究主要聚焦总汞含量及相应的总汞同位素组成,缺少形态汞含量及其同位素组成数据,因此无法精准判别古环境中汞的来源、沉积环境和沉积过程。本研究开发了基于热解技术的沉积岩中不同形态汞的分离和同位素分析方法。首先通过沉积岩中典型形态汞(有机质、硫化物和粘土矿物结合态汞)单一标准建立热解温度曲线,然后将上述单一标准物质混合,通过调整升温速率以及形态汞采集的温度范围和时间优化热解分离方法,收集不同温度下析出的气态单质汞进行同位素分析。结果表明,分离的有机质结合态及硫化物结合态汞的δ^(202)Hg和Δ^(199)Hg值同参考值的平均差值分别小于0.20‰和0.03‰,因此该分离方法能有效分离上述形态汞并进行汞同位素组成分析。上述方法被进一步应用于分析天然标准物质(黄红壤、水系沉积物、海相沉积岩)的汞形态及其同位素组成,验证了该方法在自然样品中的广泛适用性。

汞的稳定同位素分馏机理

汞是唯一能够以气态单质形式进行长距离传输的有毒重金属元素,其环境行为和健康危害受到广泛关注。近十多年来发展起来的汞稳定同位素技术为研究环境中汞的来源、迁移转化过程以及相应的生态环境效应提供了新的视野。汞同位素是自然界中唯一表现出多种显著非质量分馏(MIF)的独特金属同位素体系,对汞同位素的研究一直偏重应用,而对其分馏机理的认识十分有限。本文从汞稳定同位素分馏理论、分馏实验研究和实际环境过程的汞同位素分馏三方面系统阐述了近十多年来关于汞同位素分馏机理的研究成果、最新进展和未来发展方向。尽管目前的研究普遍认为无机汞的光化学氧化还原和甲基汞的光化学降解是环境中汞同位素MIF的主要产生机制,然而MIF程度和方向的影响因素还不完全清楚,其量化理论还未完全建立,实际环境过程中的分馏机理研究还相对缺乏。未来需要结合理论和实验研究进一步明确大气、陆地、海洋、极地、古环境等实际环境体系中的汞同位素分馏机理,进而拓展汞同位素的应用。

大气颗粒态汞的粒径分布特征及风险评价——以天津城区样品为例

颗粒态汞在大气中停留时间短、易沉降,易对局地环境与人体健康造成危害,明确不同粒径颗粒态汞的分布,对进一步认知大气汞循环及环境归趋具有重要意义。本文讨论了2018年天津市四季大气颗粒态汞的粒径分布特征及季节性差异,判定了其可能来源,评估了其潜在生态和人体健康风险。结果表明,受初级排放源及活性气态汞的气-粒分配影响,颗粒态汞在PM_(<0.5)、PM_(<0.5-1)粒径中明显富集,其环境健康危害一直被低估。大气颗粒态汞的平均浓度为181.1±97.2 pg/m^(3),冬季浓度较高,可能受人为排放量大、沉降率低、气-粒分配系数K;与温度成反比因素控制。夏季浓度较低,除受清洁海相气团影响外,天气潮湿,汞的清除作用加大也是重要因素。颗粒态汞来源不同,冬季主要来源于北方燃煤供暖,春秋季与日常工业生产、车辆排放相关,夏季受自然源海相气团影响较大。尽管大气颗粒态汞通过呼吸给人体带来的健康风险较低,但细粒径风险值显著高于粗粒径,且其具有很强的生态环境危害,需要得到高度重视。

被动采样器(MerPAS)在气态汞含量和同位素分馏研究中的应用

汞(Hg)是一种具有生物毒性、易挥发的有害金属元素。在大气中主要以气态单质汞Hg^(0)的形态存在,具有较长的大气滞留时间,能随大气环流扩散到全球。多尺度监测大气Hg^(0)的浓度对于评估《关于汞的水俣公约》履行效果极为关键。由于操作简易且不易受恶劣环境影响,被动采样器是现有大气Hg^(0)主动监测技术的有效补充。近期研究表明被动采样器(MerPAS)采集到的大气Hg^(0)可以同时应用于汞浓度与稳定汞同位素的分析。鉴于MerPAS在大气汞的研究中的广泛应用前景,本文对MerPAS的结构、原理以及其在大气Hg^(0)浓度和同位素研究方面的进展进行综述,并通过实地采集天津市市区的大气汞来验证其汞浓度和同位素测试的可靠性。结果显示:MerPAS能够准确地监测大气汞的浓度,并很好地保存大气Hg^(0)的同位素信号,特别是非质量分馏信号。

地表水环境Hg同位素质量分馏和非质量分馏

Hg通过人为或自然释放进入大气之后,可发生一系列的物理、化学,光化学反应并相互转化。尽管近年来人们在研究大气中Hg的理化特性及存在形态方面已经取得了相当的进步,但是对大气Hg转化和沉降所涉及的许多过程仍未完全认知并定量化。这主要是因为当前的认识主要是建立在Hg浓度时空变化特征的基础上。最近研究显示,天然样品以及在某些特殊的生物一地球化学过程中的Hg同位素存在质量分馏和非质量分馏,这是除氢。

海洋汞同位素研究进展

海洋作为地球上最重要的汞储库之一,在调节全球汞循环中起着关键作用.近年来,汞同位素在研究海洋汞生物地球化学循环方面展现出明显优势,不但能示踪现代海洋汞污染来源及转化过程,还可重建古环境、古气候.总结了不同类型海洋样品汞同位素检测方法,系统归纳了其汞同位素数据,并重点阐述了海洋汞同位素分馏机制.总体上,目前海洋汞同位素数据还很有限,海洋汞循环关键过程的同位素分馏效应及潜在机理研究相对缺乏,精确源解析困难,难以对全球汞关键过程和循环通量进行准确验证和制约.未来还需要深入研究汞同位素分馏机理,进一步明确海洋中汞的来源、迁移及转化,为完善全球汞循环及精准防控海洋汞污染提供基础数据和理论支持.