目錄
第1章 同位素理論基礎(chǔ)與分析原理 1
1.1 同位素的基本概念 1
1.2 同位素分餾作用 2
1.2.1 同位素交換 2
1.2.2 動力學同位素效應(yīng) 3
1.2.3 質(zhì)量相關(guān)和非質(zhì)量相關(guān)分餾 4
1.2.4 特定位置或位點的同位素分餾 5
1.2.5 擴散作用 5
1.2.6 影響同位素分餾的其他因素 6
1.3 瑞利分餾模型 7
1.3.1 瑞利分餾過程的微分方程 7
1.3.2 連續(xù)分餾系數(shù)的瑞利方程 8
1.3.3 高濃度微量同位素的瑞利方程 10
1.3.4 可變分餾系數(shù)的瑞利方程 10
1.4 質(zhì)譜分析基礎(chǔ) 11
1.4.1 質(zhì)譜儀 11
1.4.2 質(zhì)譜儀的性能參數(shù) 12
1.5 同位素測試分析技術(shù) 14
1.5.1 同位素比值質(zhì)譜儀 14
1.5.2 熱電離質(zhì)譜儀 17
1.5.3 多接收杯電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 18
1.6 標準物質(zhì) 20
參考文獻 22
第2章 穩(wěn)定氫、氧同位素 24
2.1 穩(wěn)定氫、氧同位素的組成與表達方式 24
2.2 穩(wěn)定氫、氧同位素分析測試技術(shù) 25
2.2.1 雙通道同位素比值質(zhì)譜法 25
2.2.2 基于連續(xù)流水平衡的同位素比值質(zhì)譜法 26
2.2.3 熱轉(zhuǎn)換元素分析同位素比值質(zhì)譜法 26
2.2.4 激光水穩(wěn)定同位素分析技術(shù) 27
2.3 穩(wěn)定氫、氧同位素的分餾機理 27
2.3.1 物理過程中的同位素分餾 27
2.3.2 同位素交換反應(yīng) 29
2.4 自然界中穩(wěn)定氫、氧同位素的組成特征 30
2.4.1 海水中氫、氧同位素的組成 30
2.4.2 大氣降水中氫、氧同位素的組成 30
2.4.3 河水和湖泊水中氫、氧同位素的組成 33
2.4.4 地下水中氫、氧同位素的組成 34
2.5 穩(wěn)定氫、氧同位素技術(shù)方法應(yīng)用 36
2.5.1 確定含水層的補給區(qū)或補給高程 36
2.5.2 確定混合水的混合比例 37
2.5.3 識別地下水循環(huán)模式 37
2.5.4 量化地表水-地下水相互作用 39
2.5.5 指示劣質(zhì)地下水成因 40
參考文獻 41
第3章 穩(wěn)定碳同位素 43
3.1 穩(wěn)定碳同位素的組成與表達方式 43
3.2 穩(wěn)定碳同位素分析測試技術(shù) 44
3.2.1 含碳氣體的碳同位素測試方法 44
3.2.2 溶解性無機碳的碳同位素測試方法 45
3.2.3 碳酸鹽巖的碳同位素測試方法 46
3.2.4 溶解性有機碳的碳同位素測試方法 47
3.3 穩(wěn)定碳同位素的分餾機理 47
3.3.1 碳同位素的熱力學平衡分餾 48
3.3.2 碳同位素的動力學非平衡分餾 49
3.4 自然界中穩(wěn)定碳同位素的組成特征 50
3.4.1 大氣圈中碳同位素的組成 50
3.4.2 生物圈中碳同位素的組成 52
3.4.3 巖石圈中碳同位素的組成 53
3.4.4 水圈中碳同位素的組成 53
3.5 穩(wěn)定碳同位素技術(shù)方法應(yīng)用 56
3.5.1 DOC穩(wěn)定碳同位素指示地下水補給速率與生物地球化學過程 56
3.5.2 河流中DOC穩(wěn)定碳同位素示蹤徑流過程與途徑 58
3.5.3 穩(wěn)定碳同位素指標喀斯特流域化學風化作用 59
參考文獻 62
第4章 穩(wěn)定氮同位素 64
4.1 穩(wěn)定氮同位素的組成與表達方式 64
4.2 穩(wěn)定氮同位素分析測試技術(shù) 65
4.2.1 水體中硝酸鹽的氮、氧同位素測試方法 65
4.2.2 水體中銨態(tài)氮的氮同位素測試方法 66
4.2.3 土壤樣品的氮同位素測試方法 67
4.3 穩(wěn)定氮同位素的分餾機理 68
4.3.1 生物固氮作用 69
4.3.2 同化作用 69
4.3.3 礦化作用 70
4.3.4 硝化作用 70
4.3.5 反硝化作用 71
4.3.6 氨揮發(fā)作用 73
4.3.7 吸附和解吸反應(yīng) 73
4.3.8 氮同位素分餾小結(jié) 73
4.4 自然界中穩(wěn)定氮同位素的組成特征 74
4.4.1 巖石圈中氮同位素的組成 74
4.4.2 大氣圈中氮同位素的組成 75
4.4.3 水圈中氮同位素的組成 76
4.4.4 生物圈中氮同位素的組成 79
4.5 穩(wěn)定氮同位素技術(shù)方法應(yīng)用 81
4.5.1 地下水中不同來源硝酸鹽同位素特征值的端元模型 81
4.5.2 地下水中硝酸鹽污染源的定性與定量評價 82
4.5.3 地下水中硝酸鹽反硝化作用的判別 85
參考文獻 87
第5章 穩(wěn)定硫同位素 90
5.1 穩(wěn)定硫同位素的組成與表達方式 90
5.2 穩(wěn)定硫同位素分析測試技術(shù) 91
5.2.1 硫同位素樣品制備方法 91
5.2.2 硫同位素比值的質(zhì)譜測試方法 93
5.3 穩(wěn)定硫同位素的分餾機理 95
5.3.1 硫同位素的熱力學平衡分餾 95
5.3.2 硫同位素的動力學非平衡分餾 96
5.3.3 硫同位素的非質(zhì)量相關(guān)分餾 98
5.4 自然界中穩(wěn)定硫同位素的組成特征 99
5.4.1 大氣圈中硫同位素的組成 99
5.4.2 水圈中硫同位素的組成 100
5.4.3 生物圈中硫同位素的組成 102
5.4.4 巖石圈中硫同位素的組成 102
5.5 穩(wěn)定硫同位素技術(shù)方法應(yīng)用 102
5.5.1 解析大氣中硫的來源 102
5.5.2 示蹤地下水中硫酸鹽來源及其生物地球化學過程 104
5.5.3 硫同位素在礦區(qū)地下水污染研究中的應(yīng)用 106
參考文獻 110
第6章 穩(wěn)定氯、溴同位素 113
6.1 穩(wěn)定氯、溴同位素分析測試技術(shù) 113
6.1.1 氯、溴同位素分析測試技術(shù)的發(fā)展歷程 113
6.1.2 氯、溴同位素樣品前處理 115
6.1.3 氯、溴同位素在線分析測試技術(shù) 117
6.2 穩(wěn)定氯、溴同位素的組成與分餾機理 118
6.2.1 自然界中氯、溴同位素的組成 118
6.2.2 擴散過程的同位素分餾 120
6.2.3 離子滲透過程的同位素分餾 121
6.2.4 巖鹽沉淀與溶解過程的同位素分餾 122
6.3 穩(wěn)定氯、溴同位素技術(shù)方法應(yīng)用 123
6.3.1 示蹤地下水的起源及演化過程 123
6.3.2 示蹤地下水種鹽分來源與遷移過程 129
參考文獻 134
第7章 穩(wěn)定鈣同位素 137
7.1 穩(wěn)定鈣同位素分析測試技術(shù) 137
7.1.1 鈣同位素標準 137
7.1.2 鈣同位素樣品前處理 138
7.1.3 鈣同位素測試分析 139
7.2 碳酸巖沉淀過程中鈣同位素的分餾機理 142
7.3 不同風化端元影響下河水鈣同位素組成特征 143
7.4 不同環(huán)境介質(zhì)中穩(wěn)定鈣同位素組成特征 144
7.4.1 雨水和灰塵中鈣同位素的組成 144
7.4.2 河流中鈣同位素的組成 145
7.4.3 硅酸巖礦物中鈣同位素的組成 146
7.4.4 碳酸巖礦物中鈣同位素的組成 147
7.5 穩(wěn)定鈣同位素技術(shù)方法應(yīng)用 147
7.5.1 多水文地球化學過程中鈣同位素組成特征 147
7.5.2 法國東北部孚日山脈叢林區(qū)植物-土壤體系鈣循環(huán)研究 149
參考文獻 154
第8章 穩(wěn)定鉻同位素 159
8.1 穩(wěn)定鉻同位素分析測試技術(shù) 159
8.1.1 鉻同位素分析測試技術(shù)的發(fā)展歷程 159
8.1.2 鉻同位素樣品前處理 160
8.1.3 鉻同位素測試分析 162
8.2 穩(wěn)定鉻同位素的組成與分餾機理 163
8.2.1 自然界中鉻同位素的組成 163
8.2.2 還原過程的鉻同位素分餾 167
8.2.3 氧化過程的鉻同位素分餾 169
8.2.4 鉻同位素平衡和Cr3+-Cr6+同位素交換 170
8.2.5 其他非生物過程的鉻同位素分餾 171
8.3 穩(wěn)定鉻同位素技術(shù)方法應(yīng)用 171
參考文獻 173
第9章 穩(wěn)定鐵同位素 175
9.1 穩(wěn)定鐵同位素分析測試技術(shù) 175
9.1.1 鐵同位素分析測試技術(shù)的發(fā)展歷程 175
9.1.2 鐵同位素樣品前處理 176
9.1.3 鐵同位素在線測試分析 177
9.2 穩(wěn)定鐵同位素的組成與分餾機理 178
9.2.1 自然界中鐵同位素的組成 178
9.2.2 鐵同位素的動力學非平衡分餾 180
9.2.3 鐵同位素的熱力學平衡分餾 182
9.2.4 河流和土壤中鐵同位素的組成與分餾 183
9.2.5 微生物驅(qū)動下的鐵同位素分餾 184
9.3 穩(wěn)定鐵同位素技術(shù)方法應(yīng)用 186
9.3.1 指示大同盆地高砷地下水成因 186
9.3.2 指示弗留利平原地下水中鐵的來源和歸趨 189
參考文獻 191
第10章 穩(wěn)定鎘同位素 194
10.1 穩(wěn)定鎘同位素分析測試技術(shù) 194
10.1.1 鎘同位素分析測試技術(shù)的發(fā)展歷程 194
10.1.2 鎘同位素樣品前處理 195
10.1.3 鎘同位素在線測試分析 197
10.2 穩(wěn)定鎘同位素的組成與分餾機理 198
10.2.1 自然界中鎘同位素的組成 198
10.2.2 鎘同位素的分餾機理 200
10.3 穩(wěn)定鎘同位素技術(shù)方法應(yīng)用 202
10.3.1 示蹤珠江沉積物中鎘來源 202
10.3.2 西伯利亞陸架河口混合區(qū)鎘的循環(huán) 203
參考文獻 209
第11章 穩(wěn)定鉬同位素 211
11.1 穩(wěn)定鉬同位素分析測試技術(shù) 211
11.1.1 鉬同位素分析測試技術(shù)的發(fā)展歷程 211
11.1.2 鉬同位素樣品預(yù)處理 212
11.1.3 鉬同位素在線測試分析 213
11.2 穩(wěn)定鉬同位素的組成與分餾機理 214
11.2.1 自然界中穩(wěn)定鉬同位素的組成 214
11.2.2 穩(wěn)定鉬同位素的分餾機理 215
11.3 穩(wěn)定鉬同位素技術(shù)方法應(yīng)用 218
11.3.1 示蹤地球化學過程 218
11.3.2 示蹤氧化還原過程 219
參考文獻 221
第12章 穩(wěn)定鍶同位素 225
12.1 穩(wěn)定鍶同位素分析測試技術(shù) 225
12.1.1 鍶同位素液體樣品采集及前處理 225
12.1.2 鍶同位素固體樣品采集及前處理 226
12.1.3 鍶同位素測試分析 227
12.2 穩(wěn)定鍶同位素的組成特征 228
12.2.1 巖石中鍶同位素的組成 228
12.2.2 土壤中鍶同位素的組成 229
12.2.3 海洋中鍶同位素的組成 229
12.2.4 水體中鍶同位素的組成 229
12.3 穩(wěn)定鍶同位素技術(shù)方法應(yīng)用 230
12.3.1 示蹤巖溶地下水流動系統(tǒng) 230
12.3.2 示蹤孔隙地下水流動系統(tǒng) 232
12.3.3 示蹤河流中溶質(zhì)風化源 235
參考文獻 238
第13章 氯代烴單體碳、氫、氯同位素 240
13.1 氯代烴單體碳、氫、氯同位素分析測試技術(shù) 240
13.1.1 氯代烴單體碳、氫、氯同位素分析測試技術(shù)的發(fā)展歷程 240
13.1.2 氯代烴單體碳、氫、氯同位素樣品采集及前處理 242
13.1.3 氯代烴單體碳、氫、氯同位素常見分析測試技術(shù) 244
13.2 氯代烴單體碳、氫、氯同位素分餾機理 248
13.2.1 物理過程的氯代烴單體碳、氫、氯同位素分餾 248
13.2.2 化學降解過程的氯代烴單體碳、氫、氯同位素分餾 249
13.2.3 生物降解過程的氯代烴單體碳、氫、氯同位素分餾 250
13.3 氯代烴單體碳、氫、氯同位素技術(shù)方法應(yīng)用 254
13.3.1 示蹤氯代烴污染來源 254
13.3.2 解析氯代烴降解機制 257
13.3.3 基于單體同位素量化氯乙烯原位降解速率 260
參考文獻 264
第14章 苯系物單體碳、氫同位素 267
14.1 苯系物單體碳、氫同位素分析測試技術(shù) 267
14.1.1 苯系物單體碳、氫同位素分析測試技術(shù)的發(fā)展歷程 267
14.1.2 苯系物單體碳、氫同位素樣品前處理 268
14.1.3 苯系物單體碳、氫同位素常見分析測試技術(shù) 268
14.2苯系物單體碳、氫同位素分餾機理 269
14.2.1 物理過程的苯系物單體碳、氫同位素分餾 269
14.2.2 化學降解過程的苯系物單體碳、氫同位素分餾 269
14.2.3 生物降解過程的苯系物單體碳、氫同位素分餾 270
14.3 苯系物單體碳、氫同位素技術(shù)方法應(yīng)用 272
14.3.1 表征污染含水層中苯系物的生物降解過程 272
14.3.2 識別污染含水層中苯系物的微生物降解過程 277
參考文獻 280
第15章 醚類汽油添加劑單體碳、氫同位素 282
15.1 醚類汽油添加劑單體碳、氫同位素分析測試技術(shù) 282
15.1.1 醚類汽油添加劑單體碳、氫同位素分析測試技術(shù)的發(fā)展歷程 282
15.1.2 醚類汽油添加劑單體碳、氫同位素樣品前處理 283
15.1.3 醚類汽油添加劑單體碳、氫同位素常見分析測試技術(shù) 283
15.2 醚類汽油添加劑單體碳、氫同位素分餾機理 283
15.2.1 物理過程的碳、氫同位素分餾 283
15.2.2 非生物性降解過程的碳、氫同位素分餾 284
15.2.3 生物降解過程的碳、氫同位素分餾 285
15.3 醚類汽油添加劑單體碳同位素技術(shù)方法應(yīng)用 286
15.3.1 示蹤MTBE的原位微生物降解 286
15.3.2 評估地下水中MTBE的生物降解 291
參考文獻 294
第16章 硝基芳烴類有機單體碳、氫、氮同位素 296
16.1 硝基芳烴類有機單體碳、氫、氮同位素分析測試技術(shù) 296
16.1.1 硝基芳烴類有機單體碳、氫、氮同位素分析測試技術(shù)的發(fā)展歷程 296
16.1.2 硝基芳烴類有機單體碳、氫、氮同位素樣品前處理 297
16.1.3 硝基芳烴類有機單體碳、氫、氮同位素常見分析測試技術(shù) 298
16.2 硝基芳烴類單體碳、氫、氮同位素的分餾機理 298
16.2.1 非生物降解過程的碳、氫、氮同位素分餾 298
16.2.2 生物降解過程的碳、氫、氮同位素分餾 300
16.3 硝基芳烴類有機單體碳、氫、氮同位素技術(shù)方法應(yīng)用 302
16.3.1 單體碳同位素評估地下水多硝基芳烴污染物的可降解性 302
16.3.2 二維有機單體碳、氮同位素識別硝基苯好氧生物降解途徑 304
參考文獻 307