立方Nd_2O_3上过氧物种光诱导生成的^(18)O同位素示踪考察

采用原位显微Raman光谱和18O同位素示踪技术,以325 nm激光为激发光源,对立方Nd2O3上过氧物种的光诱导生成过程进行了详细表征,进一步证实过氧源于分子氧对晶格氧的氧化反应.结果还表明,325 nm激光在室温下即可诱导过氧的生成,在实验条件下,生成的过氧物种可与Nd2O3的晶格氧发生快速的氧交换反应,位于Nd2O3体相的晶格氧也可迁移至样品表层进而参与过氧的生成.325 nm激光照射有助于促进晶格氧的迁移以及晶格氧与分子氧之间的氧交换反应.

桂林地区大气降水的D和^(18)O同位素的研究

研究了桂林地区近16年(1983-1998年)大气降水的氢、氧同位素组成,提出了大气降水线方程为δD=8.42,δ18O+16.28,并与全国及全球降水线进行比较,揭示了该降水线方程的特征。研究表明,桂林地区全年降水来源较为单一,主要为海洋性气团,夏季大气降水同位素组成主要受夏季风或夏季台风的影响,降水δ值与平均降水、气温均呈负相关关系;降水中δD与δ18O的降水量效应明显,且该影响远远掩盖了温度效应。

应用D、^(18)O同位素示踪孝感市厚层黏性土中土壤水入渗补给及其生态环境效应

黏性土的渗透系数极低,水分及溶质在黏性土中运移速率慢、耗时长,本次研究通过分析大别山区—江汉平原三水转换野外科学试验场(下文简称“试验场”)ZK1、ZK2钻孔剖面土壤水、大气降雨D、^(18)O同位素测试数据与孝感站(站号57482)多年年降雨量数据,确定了厚层黏性土土壤水入渗补给年份与深度的对应关系。结果表明:试验场区黏性土垂向岩性差异较小,无明显分层现象,土壤水分以“活塞流”的方式向下运移,夏、秋季的大气降雨为土壤水的主要补给来源;ZK1(取样间隔0.5~2.7 m,深度15 m)的土壤水δD、δ^(18)O值随着埋深的增大出现周期性的波动,ZK2(取样间隔0.1 m,深度6.2 m)的土壤水δD、δ^(18)O值随着埋深的增大出现分层波动现象;确定了黏性土层0~6.2 m深度对应的降雨入渗补给年份,并通过^(18)O的峰值位移法计算得出降雨入渗补给在黏性土层的垂向运移速度为10.8~15.0 cm/a,年均入渗补给量为43.1~58.1 mm,占多年年均降雨量的4.01%,推算出降雨入渗补给需要近130年的时间才能穿透试验场厚层黏性土补给至地下水含水层,表明该厚层黏性土的防污性能良好。本研究所揭示大气-土壤界面下黏性土土壤水分入渗迁移历史演化特征及补给年际对应关系,对江汉平原区地下水环境保护、生态环境改善、旱涝灾害防治等具有重要意义。

硫酸盐三氧同位素测试制样新技术——Ag_2SO_4热解法

氧同位素能有效地示踪硫酸盐起源及其形成环境,随着硫酸盐中氧同位素质量不相关分馏现象的陆续发现,三氧同位素的研究已成为热点与前沿。笔者研究了硫酸盐三氧同位素(16O、17O、18O)测试制样的最新技术——Ag2SO4热解法。基本原理是:Ag2SO4在1050℃下热解为O2和SO2,其中O2产额可达(45±7)%,SO2产额接近100%,收集两种气体送作质谱分析可测得δ17O、δ18O和δ34S值。本方法的特殊要求是所有硫酸盐样品都必须转化为Ag2SO4,笔者详细介绍了水样、土样、石膏样品、BaSO4样品的处理方法与步骤。Ag2SO4热解法不再使用传统方法中的氟化试剂,安全可靠、价廉,顺应了环保意识和以人为本的原则。技术先进、适用性强,具有很大的推广应用价值。

基于稳定氧同位素的葡萄酒掺水鉴别方法研究

为了准确鉴别葡萄酒是否掺水,试验制备不同稳定氧同位素(δ^(18)O)分布范围的水,添加外源水发酵获取不同酒精度的葡萄酒,采用水平衡仪-稳定同位素质谱仪(EQ-IRMS)测定葡萄酒中水的δ^(18)O。结果表明:发酵前后葡萄汁中水的δ^(18)O仅相差0.03‰;掺入不同稳定氧同位素的外源水,掺水量与葡萄酒中水的δ^(18)O呈良好相关关系,当葡萄汁中水的δ^(18)O与外源水δ^(18)O的绝对值相差4.48‰时,模型可判断至少5.5%的掺水量。通过建立基于稳定氧同位素的掺水鉴别模型,可为葡萄酒掺水鉴别研究和相关标准的建立提供科学合理的技术手段及数据支持。

OIPC和RCWIP降水氢氧稳定同位素数据在新疆天山地区的适用性

降水中氢氧稳定同位素的空间分布是同位素水文学和同位素生态学研究的基础资料,近年来高空间分辨率的氢氧稳定同位素分布数据产品获得了越来越多的重视。利用新疆天山地区实测降水同位素数据,评估两套常用的全球降水同位素分布模拟数据(OIPC和RCWIP)的适用性。结果表明:从时间尺度来看,两套产品在夏半年(4-10月)的模拟效果明显优于冬半年(11月-次年3月);在各自然区中,准噶尔盆地荒漠自然区的模拟效果相对较好,而吐鲁番盆地-哈密(戈壁)荒漠自然区模拟效果相对较差。通过均方根误差、线性判定系数、平均偏置误差、平均绝对误差等指标的比较,在本研究区内RCWIP数据产品对降水同位素值的模拟效果比OIPC的效果好。结合乌鲁木齐多年降水氢氧稳定同位素数据,发现降水同位素年际变化差异并未明显影响到代表性,在缺乏长期监测的情况下这两套数据仍有重要的使用价值。

氘氧同位素法在周口市地下水研究中的应用

在野外采样测试的基础上,通过对周口市内大气降水、河水和不同层位地下水中氘(δD)、氧(δ18O)同位素含量分析,发现当地降水、汾河水和浅层地下水的氘(δD)、氧(δ18O)均落在全球和中国降水线附近,呈现出明显的线性相关性,表明区内浅层地下水主要来源于大气降水入渗补给,而中深层和深层水则落在δD-δ18O降水线关系图的左下方,没有呈现明显的线性分布,表明其与大气降水的补给关系微弱;再者,根据不同深度地下水中δD、δ18O的含量特征分析,显示出随着埋藏深度的增加,氘(δD)和氧(δ18O)呈现出减小的趋势,表明其径流条件越差,可更新能力亦越差,这与区内不同层位地下水的运动规律相一致;最后根据大气降水的δD和δ18O值的高度效应,计算出周口市中深层地下水补给区高度为640~1 447 m;深层地下水补给区高度为1 240~2 447 m,这和区内西部地下水上游伏牛山区的海拔高度500~2 192 m相吻合,表明区内中深层和深层水主要来源于西部伏牛山区地下水的侧向径流补给。

稳定同位素标记物D3-左氧氟沙星的合成及表征

以市售的左氧氟沙星羧酸为原料,以氘代甲醇为稳定同位素标记物前体,经无水哌嗪取代、双氘代甲基化、氢氧化钠水解合成出稳定同位素标记的D3-左氧氟沙星,3步反应总收率为45.5%。目标产物经MS、^1HNMR表征确认,通过高效液相色谱确认化学纯度〉98%,经计算同位素丰度为97.7%。该合成路线具有操作简便、试剂廉价等优点。

长江干流水体氢氧同位素空间分布特征

采用热转换元素分析同位素比值质谱法(TC/EA-IRMS)对重庆至上海段长江干流的氢氧同位素进行了监测,分析了该段长江水的氢氧同位素和氘过量参数的空间变化规律,并探讨了δ(18 O)和δ(D)与大气降水氢氧同位素的关系。结果表明:长江干流不同地段水体受补给来源、大陆效应、高程效应等因素影响,其水体氢氧同位素也呈现出不同的特征。沿径流方向长江干流水体的δ(18 O)和δ(D)沿程逐渐偏正。长江干流上游重庆至宜昌段的氘过量参数大部分小于全球大气降水线的氘过量参数10‰,且波动较大,达3.0‰～12.2‰,而长江中下游地区氘过量参数基本稳定在10‰左右。蒸发浓缩作用导致长江中下游周边湖泊水体的氢氧同位素较长江水体偏正。

东台沟实验流域降水氧同位素特征与水汽来源

运用环境同位素技术研究水循环中水分子组成发生的微观变化,是兴起于20世纪中期研究宏观、微观水文过程机理的新技术。研究流域降水同位素时间和空间变化规律以及与降水要素的相关关系,对于研究流域水资源属性具有重要的理论与实践意义。本文以北京市怀柔区汤河口镇东台沟实验流域为研究对象,研究了该流域2003年7月至10月降水氧同位素含量及降水的时空变化,分析了降水δ18O与降水量、高程及空气湿度的关系,评估了雨量、高程及空气湿度等因子对降水过程的影响及作用,阐明了其间实验流域降水δ18O的时空分布规律,并得出实验流域在实验期间降水的主要水汽来源为由东南向西北方向。

有机物对红外光谱技术测定植物叶片和茎秆水δ^(18)O和δD的影响

植物叶片、茎秆和土壤水δ18O和δD是研究土壤植被大气系统生态水文循环过程的重要示踪剂。与传统的稳定同位素质谱(IRMS)技术相比,稳定同位素红外光谱(IRIS)技术具有测量速度快、运行成本低等优势,将促进稳定同位素生态学的发展。但是利用低温真空蒸馏抽提技术获得的植物叶片和茎秆水中含有甲醇和乙醇类有机污染物,造成δ18O和δD的IRIS测量值偏离IRMS测量值(2.64±0.43)‰和(3.6±0.8)‰,超过了仪器精度。本研究利用纯水混入不同浓度的色谱纯甲醇或乙醇,结合Los Gatos公司的光谱分析软件确定甲醇(NB)和乙醇(BB)类物质污染程度的光谱度量值,建立了δ18O和δD的光谱污染校正方法。研究表明,同一台分析仪建立的校正曲线无明显的时间漂移;不同分析仪建立的校正曲线存在显著差异;IRIS校正值与IRMS测量值的交叉验证表明,IRIS测定冬小麦和夏玉米叶片和茎秆水的δ18O和δD可以被准确地校正,与IRMS的差值分别为(0.11±0.12)‰和(0.7±0.4)‰。

乌鲁木齐地区大气降水中δD和δ^(18)O的变化特征

本文研究了乌鲁木齐地区近17年(1986—2002)大气降水的氢氧同位素组成,提出了大气降水线方程为δD=7.21δ18O+4.50,并与全国及全球降水线方程进行对比,揭示了该降水线方程的特征。研究表明,乌鲁木齐水分来源复杂,主要是西风带输送的海洋水汽和局地的蒸发,大气降水的加权平均18O与月平均气温相关关系显著,与雨量效应(降水量效应)较相关,降水中温度效应明显,且在一定时期很大程度上其影响掩盖了雨量效应。乌鲁木齐降水中δ18O的季节变化与温度的季节变化几乎一致,温度是制约降水中稳定同位素变化的主要影响因子。

新疆焉耆盆地水环境氢氧同位素特征及其指示作用

根据焉耆盆地开都河水及其两岸地下水中的氢氧稳定同位素资料及氘过量参数(d)值,分析了焉耆盆地内不同水体的δ(D)、δ(18O)和d值的分布规律,并得到地下水的主要补给来源及其与开都河水的相互作用关系;地下水的δ(D)在-87.60‰～-61.82‰间,δ(18O)在-10.90‰～-9.73‰间;开都河水的δ(D)在-71.95‰～-58.58‰间,δ(18O)在-9.57‰～-8.64‰间。结果表明:焉耆盆地内地下水和地表水同源于山区的降水和冰雪融水,且经历了较强的蒸发作用;地下水与地表水之间的直接水力联系较弱,深层地下水主要接受开都河水在洪积扇区的入渗补给,浅层地下水主要接受河流引水灌溉入渗;不同深度地下水之间的水力联系较为密切,为统一的地下水系统。

浮游有孔虫壳体氧同位素的古水温及古盐度意义——以东北印度洋260ka以来沉积记录为例

以东北印度洋的两支岩心为研究对象,由稳定同位素质谱仪获得浮游有孔虫壳体Globigerinoidesruber的δ18O。研究表明,利用壳体δ18O计算表层海水温度必须充分考虑盐度效应的影响,在近岸的边缘海,盐度影响甚至大于温度的影响。通过分析SSTMg/Ca与SSTδ18O的关系以及海水背景值δ18OW与盐度的关系,计算出了东北印度洋260ka以来各时期较准确的海水盐度值。结果表明,冰期盐度高而间冰期盐度低,且冰期时南北盐度梯度明显小于间冰期是该区显著的盐度分布和变化特征,这是特定的地理位置受南亚季风带来的蒸发—降水—淡水输入等诸多因素控制的结果。

钙质成岩作用对有孔虫氧同位素的影响

通过对南海北部ODP184航次1148站井深477m之下深海相渐新世浮游有孔虫Globoquadrina baromoenensis压扁壳、次生方解石和充填壳的氧同位素对比,定量分析了钙质成岩作用对壳体氧同位素的影响,结果发现,受成岩作用影响,1148站浮游有孔虫氧同位素显著变轻,这种变化趋势与低纬度开放性大洋明显不同。其原因可能与南海海盆扩张早期,大量陆源物质从较窄陆架可以直接沉积到海底,由于陆源物质氧同位素相对偏负,当与海洋沉积物混合后,引起本区沉积物孔隙水氧离子浓度变轻。而扩张初始,高的沉积速率可能使钙质壳体被快速封存在一个相对孤立的系统中,造成孔隙水离子成为影响壳体氧同位素变化的主要因素。当氧同位素相对较18重的有孔虫壳体溶解和重结晶并与孔隙水离子发生交换时,引起壳体δ18O负向偏移。

稳定性C、H、O、N、S同位素在绿茶产区溯源的应用

为确定稳定同位素对绿茶溯源的可行性。利用同位素质谱仪测定来自安徽、福建、贵州、山东、四川、浙江、西藏7地区的绿茶样品的碳、氢、氧、氮、硫同位素。通过比较分析不同地域来源的绿茶中稳定性碳、氢、氧、氮、硫同位素组成特征。结果表明,各地区绿茶中稳定性碳、氢、氧、氮、硫同位素存在一定差异。多同位素指标组合判别效果好于单一同位素指标的判别效果,稳定性碳、氢、氧、氮、硫同位素指标组合分析是绿茶产地溯源的有效指标,准确率可达84.8%。利用稳定性碳、氢、氧、氮、硫同位素指标与多元统计分析方法相结合可以对不同地域来源的绿茶进行有效区分。

宁强陨石中不透明矿物集合体的氧同位素和成因研究

宁强碳质球粒陨石的球粒和基质中出现大量圆形的不透明矿物集合体。其中的主要矿物为磁铁矿、富镍金属和硫化物，另有少量磷酸盐、硅酸盐及微量的铂族金属。离子探针测定显示：①磁铁矿的氧同位素组成服从质量分馏[斜率为0．51±0．04，△^17O为（-2．8±0．4）‰]，δ^18O值在-15．3‰～-1．6‰的较大范围内变化；②球粒中的橄榄石（△^17O为-5．0‰）与不透明矿物集合体处于氧同位素不平衡状态。不透明矿物集合体是由小行星母体中的蚀变反应产生的，金属铁被氧化为磁铁矿，同时使剩余的金属富集镍。

新疆鄯善县水环境氢氧同位素特征及其指示作用

根据鄯善县氢氧稳定同位素资料及氘盈余(d)值,分析了地表与地下水体的δD、δ18O和d值的分布规律,并得到地下水的主要补给来源及其与地表水的相互作用关系;地下水的δD在-87.88‰^-65.97‰间,δ18O在-9.4‰^-12.37‰间;地表水的δ18O在-10.08‰^-13.63‰间,d在14.12‰~32.19‰间。结果表明:鄯善县地下水和地表水同源于大气降水,且经历了较强的蒸发作用;地下水与地表水之间的水力联系较弱,深层地下水主要接受河水在洪积扇区的入渗补给,浅层地下水主要接受河流引水灌溉入渗;不同深度地下水之间的水力联系较为密切,为统一的地下水系统。

浓香型白酒中风味物质氧稳定同位素的检测方法

建立一种检测浓香型白酒中4种重要风味物质氧稳定同位素(δ^(18)O)的方法。用气相色谱仪将浓香型白酒样品中各风味物质与其他含氧物质分离,采用裂解转化装置GC Isolink将各风味物质转化为CO,最后利用稳定同位素比值质谱仪检测浓香型白酒中风味物质的δ^(18)O。结果表明,该方法能准确的测定浓香型白酒中4种重要风味物质(己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸和己酸)的氧稳定同位素比值,风味物质分离度佳、稳定性好、重复测定标准偏差均小于0.3‰,完全满足测定需求,为风味物质δ^(18)O在浓香型白酒鉴别领域的应用提供了技术支持。

水平衡法与高温转化法在矿泉水氢氧稳定同位素测定中的应用

为了鉴别不同品牌矿泉水标注水源地信息真伪,对11种不同品牌饮用水的氢氧稳定同位素(δD和δ18 O)进行测定。结果表明,水平衡法(GasBench-IRMS)和高温转化法(TC/EA-IRMS)的测定结果一致性较好,两种方法测定6种不同饮用水的δD和δ18 O的平均差异分别为(0.6±1.59)‰和(0.02±0.13)‰。水平衡法需要较长的制备和测定时间,但δD和δ18 O的测定精度明显优于高温转化法。11种饮用水δD和δ18 O变化范围较大,其δD和δ18 O受不同品牌饮用水的水源地降水影响形成明显的地域性。虽然无法区分矿泉水是否由其他类别饮用水伪造,但δD和δ18 O可以为特定区域(如高海拔与沿海地区)以及产地相近的矿泉水水源地鉴别提供依据。