同位素入门知识

同位素研究基础
一些国际通用标准(International Standard)：
SMOW——standard mean ocean water H/O 同位素标准 PDB——Peedee Belemnite(南卡罗林纳州白 垩系）C/O同位素 CDT——Canyon Diablo troilite（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。
适用水样
淡水
可测定同 所需水 位素 样量 N 、O 多
少
处理测试精度
δ δ δ δ δ δ δ
15N：±0.05 18O：±0.08 15N：±0.05 18O：±0.5
费用
高 低
淡水、海水 N、O
淡水、海水 N
淡水、海水 N、O
多
少
15N：±0.05
15N：±0.2
低
低
18O：±0.3
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？
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。
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
离子交换法 细菌反硝化 法 扩散法 两步还原法
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。
定量——相关模型
Iso Source 模型
Iso Source 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
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 * 1000 δ＞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。
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 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：
有机氮
氮
无机氮
氮来源：
大气沉降、化学肥料、土壤有机质硝化、牲畜粪便、生活污水
定性——氮的迁移转化
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。
同位素源识别
定性
定量
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——氮的来源 水生生物、悬浮或溶解 的含氮有百度文库物（动物腐 殖质等）、有机农药等 溶解或悬浮的含氮矿物 质（硝酸盐、亚硝酸盐 等）
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2018
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