离子交换色层法测定低浓度铵态氮水样的氮同位素研究

采用氯化铵、氯化钾为原料的离子交换色层法结合扩散法处理低浓度铵态氮水样,测定其铵态氮同位素时,减小全流程空白、避免同位素分馏、获取准确的铵态氮同位素值是需解决的关键问题.本文建立一套尽可能密闭的离子交换系统,避免了在大气环境下低浓度铵态氮水样在离子交换色层预处理过程中的污染;采用蠕动泵过柱的方法,调节蠕动泵的转速控制氯化铵溶液的过柱速率为1.2 L/h,洗脱速率为0.2 L/h,缩短了样品处理时间,减少了空气对铵态氮样品的污染,样品中的NH4+可完全被阳离子交换树脂吸附,铵态氮回收率为93.5％ ～102.8％,且不会引起氮同位素分馏;将优级纯氯化钾试剂置于450℃马弗炉中灼烧24 h,降低了氯化钾试剂引入的铵态氮污染.建立的方法使全流程的铵态氮空白浓度低于检出限0.02 mg/L,解决了在大气环境下采用离子交换色层法处理低浓度铵态氮水样的污染问题,加速了样品前处理的过程,提高了样品处理效率.     

基于聚丙烯扩散皿的碱解扩散分离-酸碱滴定法测定土壤中水解性氮

传统的碱解扩散分离-酸碱滴定法测定土壤样品中的水解性氮,通常采用玻璃扩散皿进行碱解扩散分离。但是使用该法对样品进行前处理和碱解扩散分离过程中,操作者常会面临如下三种困扰：一是玻璃扩散皿内室溶液极易被氢氧化钠溶液和碱性胶液污染;二是玻璃扩散皿和盖子之间容易出现氨气泄漏,而且发现时往往无法解决;三是玻璃扩散皿比较笨重易碎,实验操作不方便;最终导致测定结果不稳定性和操作者对该法体验不佳。本文采用聚丙烯扩散皿,通过改进扩散皿清洗方法和提升扩散皿密封性、统一还原剂加入量和氢氧化钠溶液浓度(1.8mol/L)、适当增加氢氧化钠溶液的加入体积和降低盐酸标准溶液浓度,提高了水解性氮测定的稳定性和准确性。该方法中发生的污染明显降低,避免了发生氨气泄漏,操作便捷。应用于分析土壤有效态标准物质的测定值与标准值一致,如水解性氮测定值<50mg/kg的标准物质GBW07416a,其绝对偏差为0.2～1.8mg/kg;水解性氮测定值在50～200mg/kg的标准物质GBW07415a、NSA-1、NSA-4、NSA-5、NSA-6,其绝对偏差为0～4.0mg/kg。还原剂对硝态氮转化为铵态氮的加标回收率在8...     

稳定氮同位素在环境污染示踪中的应用进展

自然界的氮循环已被严重扰乱,失衡的氮循环过程中产生的一些氮氧化物和氮氢化物(如N2O、NO3-、NO2-、NH3、NH4 等)是全球温室效应、水体富营养化和酸雨危害的主要贡献者。稳定氮同位素作为一种有效的示踪手段,在研究氮循环特别是污染氮源的识别方面有重要意义。本文在简要总结氮的同位素分馏效应的基础上,重点论述和分析了稳定氮同位素在植被-土壤-地下水系统和大气系统中的氮源识别,并结合研究现状探讨了研究前景。     

蒸发过程中水体稳定同位素富集与空气湿度的关系

通过同位素分馏模型的物理意义分析及实验模拟分析,探讨空气湿度对蒸发过程水体稳定同位素富集过程的影响机理,研究认为:1空气相对湿度决定了扩散系数和自由空气同位素组成对分馏系数的影响比例,空气相对湿度越小,分馏系数受扩散分馏系数影响越大,分馏系数受自由空气水汽同位素组成影响则越小,反之亦然;2空气相对湿度与蒸发残余水体氢氧稳定同位素富集程度具有负相关性,即空气湿度越大越不利于残余水体重同位素富集;3模拟残余水体同位素丰度对空气相对湿度的敏感性呈负指数关系。在无外界气态水介入的蒸发实验中,残余系数为0.194条件下,当相对湿度小于80%时,H、O稳定同位素模拟结果对湿度的敏感性均小于0.0002,即相对湿度变化对模拟残余水体同位素丰度影响很小;当湿度大于80%时,湿度变化对模拟结果的影响呈指数关系急剧增加,湿度大于80%的蒸发实验需要准确观测相对湿度值。     

气相分子吸收光谱法测定土壤中铵态氮和硝态氮的含量

通过测定土壤中铵态氮和硝态氮的含量,能够为农业领域土壤精准施肥和土壤的环境保护提供重要参考。目前基于分光光度法的土壤中铵态氮和硝态氮的分析方法容易受到提取试液颜色、浑浊度、其他共存离子等干扰不能直接测定,必须进行脱色等前处理操作,费时耗力。因此,本文建立了一次性同时浸提,不经脱色处理,采用气相分子吸收光谱法测定农田土壤中铵态氮和硝态氮含量的方法。利用该方法测定农田土壤中铵态氮和硝态氮,避免了繁琐的显色反应过程,一个批次样品(50个)的分析流程仅需5h。在0.10~2.00mg/L(铵态氮)和0.20~4.00mg/L(硝态氮)浓度范围内,工作曲线线性良好;方法检出限分别为0.013mg/kg及0.002mg/kg;相对标准偏差(RSD)<1%;加标回收率为96.3%~100.7%。较之基于传统分光光度法的国家标准方法,本方法在检出限、精密度和回收率等指标方面均有显著改善,能够满足农田土壤中铵态氮和硝态氮的批量精准分析需求。     

硝酸盐氮氧稳定同位素分馏过程记录的海洋氮循环研究进展

海洋生态系统中的氮素生物地球化学循环主要是由微生物的代谢过程来驱动的,包括氮固定、氮同化、硝化以及反硝化和厌氧氨氧化过程,这些过程都伴随着不同程度的氮氧同位素的分馏,直接影响着海洋硝酸盐中的氮氧稳定同位素组成.因此,通过检测海洋硝酸盐中的氮氧稳定同位素信号,就可以捕捉到海洋中发生的具体氮素循环过程.细菌反硝化法是这一研究最有力的手段,通过细菌的作用把硝酸盐中记录的氮氧稳定同位素信号转化到N2O中,再通过痕量N2O的同位素质谱测定和分析,准确地反映海洋中发生的氮素转化过程.硝酸盐氮氧稳定同位素分馏过程为深入理解海洋氮循环提供了一个重要的工具,有力推动了海洋氮素生物地球化学的研究,在近10年来取得了重要进展.     

蒸发皿中水面蒸发氢氧同位素分馏的实验研究

气象要素与蒸发密切相关,通过室内外不同气象条件下的器皿水蒸发实验,获得了水面蒸发氢氧稳定同位素分馏因子与气象要素的关系。实验结果表明,随着蒸发的进行,剩余水体中逐渐富集重同位素;自由水体蒸发同位素分馏在垂线上有分层现象,表层水体同位素值比垂线平均的同位素值略富集;不同温度条件下的室内蒸发实验中,温度越高,液-气间分馏系数越小,相应于同一剩余水体体积比,剩余水体稳定同位素值则越低。室外器皿水自由蒸发实验中得出的蒸发线方程斜率较大地偏离了当地降水线,表明实验期间水体蒸发分馏作用较明显。该研究为进一步揭示水体蒸发分馏规律提供了可靠的实验依据。     

元素分析仪-同位素比值质谱测量碳氮同位素比值最佳反应温度和进样量的确定

沉积有机质的碳氮稳定同位素值是进行古气候、古环境及生态系统研究不可或缺的主要研究手段,目前碳氮同位素主要利用元素分析仪-同位素比值质谱(EA-IRMS)系统来测定。EA-IRMS测定过程中的反应温度及样品进样量直接影响反应物在测试中的燃烧程度,从而影响测试数据的精度。本文利用EA-IRMS技术,以标准样品为参考,在不同转化温度下测试碳氮同位素值,研究保证测试精度的最佳反应温度条件;同时,通过分析不同含氮量样品的检测限,明确了样品含氮量与最低检测限之间的关系,确定了精确测定氮同位素值的最低进样量。结果表明:反应温度对测试精度有显著影响,在碳同位素测定时,将反应温度设定为900℃或以上时测试精度均能达到±0.2‰;氮同位素测定时,反应温度须设定为950℃时测试精度才能达到±0.3‰。实验得出样品含氮量与检测限之间的线性相关性为R2=0.873,开展氮同位素测定时可根据此关系来判断和控制进样量。     

铵伊利石矿物中NH_4~+的水溶性与可交换性研究

利用蒸馏水和10%KCl溶液先后多次反复对铵伊利石质矸石粉状样品进行淋滤实验,通过测试淋滤液中总氮、铵态氮、硝态氮和亚硝态氮的含量,探讨水和KCl溶液对铵伊利石层间NH4+离子的溶出行为。研究发现:①铵伊利石夹矸中存在水可溶性氮,这种可溶性氮可能以硝态氮和铵态氮的形式存在,水对其溶出速度是比较快的,这部分水溶性氮是煤矸石风化过程中对周围环境产生氮污染的潜在因子;②铵伊利石矿物晶层中的固定NH4+离子是可以被K+离子所取代出来的,这个取代过程是持续而缓慢的。     

离子交换分离过程中铅同位素分馏评估及针对MC-ICPMS铅同位素测定的分离纯化方法的修正

本文对分离纯化样品过程中铅同位素的分馏进行了评估,并描述了适于MC-ICPMS同位素测定的分离纯化方法。利用AG1-X8阴离子交换树脂分离纯化样品中铅的过程确实导致了铅同位素的质量分馏。尽管分离纯化过程导致的铅同位素分馏程度较小(0.43‰amu-1),但明显超出了仪器的测试误差(0.23‰amu-1),如果样品中铅的回收率太低,会导致铅同位素测试值明显偏离真值。利用AG1-X8阴离子交换树脂,以0.2mL 1mol/L HBr溶液为上样介质,以5mL 1mol/L HBr和0.5mL 2mol/L HCl溶液为淋洗液,1.5mL 6mol/L HCl溶液为洗脱液,利用该分离流程可以保证获得样品中铅同位素的准确值。在本实验研究条件下,相对于过柱前样品,前期淋洗液富集铅的轻同位素(δ208Pb0),后期淋洗液富集铅的重同位素(δ208 Pb0),表明在该实验条件下,铅的重同位素组分比轻同位素更容易和树脂结合,AG1-X8阴离子交换树脂吸附铅的配分系数208 D/204 D大于1。解吸被树脂吸附铅的过程中,铅在不同络合形式间的交换反应可能导致了铅同位素的分馏效应,意味着无机络合物或者有机大分子参与反应的过程可能会导致铅同位素的分馏。     

原油生物降解中含氮化合物δ15N变化原因的实验研究

通过模拟油藏的喜氧环境进行原油微生物降解实验 ,测定实验降解原油和水样的氮同位素组成,初步探讨了原油生物降解过程中氮同位素变化的原因.实验结果显示,随降解程度增加,原油的氮同位素比值总的变化趋势不断降低,培养液中的δ15N逐渐增大,暗示微生物在代谢过程中有可能不断利用水溶液中无机化合氮,转化为生物有机氮并部分进入原油,重质组分的增加不仅仅是烃类的优先降解导致的残留和富集.这一现象对于探讨油藏条件下原油微生物降解的作用机理有着一定的实际意义.     

咸水环境下沉积物中镭的解吸特点

海底沉积物向上覆水体扩散的镭是海洋水体中镭同位素的重要来源之一。为了研究沉积物中镭同位素的解吸和扩散特点,进行了不同盐度和不同粒度条件下224Ra和226Ra解吸的模拟实验,并通过多个时间段的沉积物培养实验获取224Ra和226Ra的扩散通量。实验结果表明:随着水体盐度增大,沉积物中224Ra、226Ra的解吸量随之增加,在盐度为25时,解吸量基本达到最大值;在同一咸水环境条件下,4个粒级(2000~1000μm、1000~500μm、500~250μm、250~125μm)的沉积物的224Ra、226Ra解吸量比较接近,粒级2000μm的224Ra、226Ra解吸量略高于上述4个粒级,而粒级125μm的224Ra、226Ra解吸量远大于上述5个粒级;胶州湾沉积物中224Ra和226Ra的平均扩散通量分别为0.85 Bq·m–2·d–1和0.022 Bq·m–2·d–1。     

硝酸盐氮氧同位素在海洋氮循环中的应用进展

海洋中硝酸盐的来源及生物地球化学作用是氮循环研究的重要内容。为更好地认识海洋中氮的循环,确定海洋中硝酸盐的来源以及研究氮的生物地球化学作用显得尤为重要。由于不同来源的硝酸盐往往具有不同的氮、氧同位素,并且硝酸盐的生物地球化学作用信息也会反映在氮、氧同位素上。因此,近十年来,利用氮、氧同位素方法研究海洋硝酸盐问题正日益受到国内外研究人员的重视。本文综述了海水硝酸盐N、O同位素分析方法的研究进展,以及用硝酸盐中N、O同位素来研究海洋硝酸盐的不同来源和示踪其地球化学过程这两方面的研究进展,并指出研究中的不足,最后对我国海洋硝酸盐研究现状进行了讨论并提出符合我国国情的研究方向。     

矿山环境地表水系的硫同位素研究——以贵州赫章后河为例

为更好地了解矿山环境中元素迁移释放的地球化学过程,本文研究了赫章后河地表水系硫酸根和沉积物中的硫同位素组成。结果发现,水体和沉积物中硫同位素组成差异较大,不同水体中SO42-的浓度与δ34S值之间有较好的相关性,主河道水体和沉积物中的硫主要来自矿业活动的释放。水体中硫同位素组成不仅能反映水体的受污染情况和污染水体的扩散范围,还能反映沉积物中硫化物氧化作用的地球化学过程。     

大气环境氮同位素示踪及生物监测

大气中氮的转化、迁移和沉降等大气过程与地表氮的生物地球化学循环密切相关。氮同位素对大气氮源和氮的大气化学过程的定量研究已引起广泛关注。本文对大气不同氮源的同位素特征、氮在大气过程中的同位素分馏机制以及如何定量化大气氮过程的方法进行了简要阐述,并介绍了苔藓氮同位素作为一种新的研究手段在示踪大气氮源和大气氮过程等方面取得的新进展。对国内开展的有关大气氮同位素以及苔藓氮同位素方面的工作进行了重点介绍。     

中国北方-蒙古干旱半干旱区土壤铵态氮的分布及其环境控制因素

土壤铵态氮是植物所能直接吸收利用的矿化氮中的重要组成部分,其含量的变化涉及到氮循环中众多生物过程,是氮生物地球化学过程中的中间环节。影响土壤中铵态氮含量的因素众多,但究竟何种因素是其变化的主因,一直没有定论。中东亚地区的植被、土壤、气候梯度性变化明显,为研究土壤铵态氮含量与环境因子之间的关系提供了理想的研究场所。对一条穿越多个植被、土壤、气候带样带的表土分析结果表明,表土中铵态氮与该地区5-9月平均温度具有显著的线性关系,但与降水量关系不大;同时表土铵态氮含量与土壤pH值也具有显著的线性关系。说明该地区温度和土壤pH值的变化是影响表土铵态氮变化的重要因素,而降水量对土壤铵态氮含量具有短促的、脉冲式的影响。     

低温环境下Zn同位素分馏的若干重要过程

锌同位素是一种新的地球化学示踪剂,详细了解锌同位素分馏过程与机理是运用其解决科学问题的关键.本文对前人研究的吸附、沉淀、扩散、还原、生物过程中的锌同位素分馏研究结果进行了系统总结.在沉淀过程中.沉淀富集轻同位素;随着扩散距离增加,溶液Zn同位素组成变轻;还原生成的金属Zn富集轻同位素;在生物参与的Zn地球化学循环过程中,硅藻表面吸附重同位素,但生物本身优先利用轻同位素.     

海水硝酸盐氮、氧同位素组成研究进展

海洋中氮的生物地球化学循环影响着海洋生态系统的结构和功能,并和全球气候变化有着密切的联系,一直是海洋科学研究的重点和热点。海水硝酸盐的15N/14N和18O/16O比值可以反映海洋中氮循环的主要过程,因而成为研究海洋氮循环的一个重要手段。综述海水硝酸盐氮、氧同位素组成的测定方法,同化吸收作用、硝化作用、反硝化作用、生物固氮作用等氮循环过程所导致的氮、氧同位素分馏及其在海洋学研究中的应用。海洋生态系中硝酸盐氮、氧同位素的分布可以提供支持生物生产力的氮来源信息,以及氮在不同储库迁移转化的路径与机制。未来的研究需要发展适用于低含量硝酸盐的同位素测量方法,构筑海洋氮的收支平衡,掌握影响上层海洋硝酸盐氮、氧同位素变化的过程,获取全球海域有关硝酸盐氮、氧同位素组成的更多数据。     

湖泊沉积物-水界面营养元素的生物地球化学作用和环境效应 Ⅰ.界面氮循环及其环境效应

发生在沉积物-水界面的剧烈生物地球化学作用对沉积物和上覆水体具重要的环境效应，然而此方面研究很少。本文通过云贵高原四个湖泊湖水和孔隙水NH和NO剖面，沉积物柱芯不同结合态氮含量剖面分布，界面扩散通量，影响氮循环的因素及它们季节性变化规律等的对比研究，初步揭示了湖泊沉积物一水界面的氮循环及其环境效应。     

地下水硝酸盐中氮、氧同位素研究现状及展望

农业区内浅层地下水中硝酸盐污染普遍存在。为保证供水安全和有效治理污染的地下水体。确定硝酸盐中氮的来源及影响硝酸盐浓度的物理、化学作用尤为重要。由于不同成因的硝酸盐中δ^15N值存在差异，利用N同位素可以确定氮污染源，但有时存在多解性问题；分析硝酸盐的δ^18O值，可提高地下水硝酸盐污染的研究深度。本文综述了用硝酸盐中N、O同位素来区分地下水污染中硝酸盐的不同来源和示踪氮循环过程这两方面的研究进展，并提出一些值得重视的研究方向。