同位素入門知識PPT課件.ppt

基于同位素的氮源污染識別文獻(xiàn)匯報(bào) 夏云2018 1 31 2019 11 3 具有相同質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的一組核素稱為同位素 自然界同位素成分會發(fā)生變化 主要原因是同位素分餾造成 不可逆 輕穩(wěn)定同位素的相對質(zhì)量差較大 在自然作用過程中由于這種質(zhì)量差異引起的同位素相對豐度的變異 稱為同位素分餾 質(zhì)量不同的同位素分子具有不同的分子振動頻率和化學(xué)鍵強(qiáng)度 輕同位素形成的鍵比重同位素的鍵更易破裂 因此輕同位素的反應(yīng)速率高 易在生成物中聚集 2 2019 11 3 同位素分餾的通用表達(dá)法 Expression 選定某一個(gè)樣品的R值做標(biāo)準(zhǔn) 其它樣品的R值與該標(biāo)準(zhǔn)對照 便可知道這些樣品的同位素比標(biāo)準(zhǔn)富集或貧化的程度 通常 這種相對富集或相對貧化的程度用 表示 R樣 R標(biāo) R標(biāo) 1000 0 樣品比標(biāo)準(zhǔn)更富集 0 比標(biāo)準(zhǔn)更貧化 0 與標(biāo)準(zhǔn)具相同同位素比值 3 2019 11 3 一些國際通用標(biāo)準(zhǔn) InternationalStandard SMOW standardmeanoceanwaterH O同位素標(biāo)準(zhǔn)PDB PeedeeBelemnite 南卡羅林納州白堊系 C O同位素CDT CanyonDiablotroilite 亞利桑納州迪亞布羅峽谷鐵隕石中的隕硫鐵 S同位素氮同位素一般用大氣氮 AIR 作為標(biāo)準(zhǔn) 氧同位素采用維也納標(biāo)準(zhǔn)海水 VSMOW 作為標(biāo)準(zhǔn) 4 2019 11 3 根據(jù)測得數(shù)據(jù)分析判斷 1 來源初診2 遷移轉(zhuǎn)化過程判斷3 全面考慮影響因素 建立模型準(zhǔn)確計(jì)算 1 選取或建立模型2 根據(jù)定性結(jié)果對模型進(jìn)行校準(zhǔn)3 得出結(jié)果 同位素源識別 5 2019 11 3 氮來源 水生生物 懸浮或溶解的含氮有機(jī)物 動物腐殖質(zhì)等 有機(jī)農(nóng)藥等 大氣沉降 化學(xué)肥料 土壤有機(jī)質(zhì)硝化 牲畜糞便 生活污水 溶解或懸浮的含氮礦物質(zhì) 硝酸鹽 亞硝酸鹽等 氮 有機(jī)氮 無機(jī)氮 6 2020 1 8 這些生化反應(yīng)均會導(dǎo)致氮同位素發(fā)生分餾作用 因此不同來源的硝酸鹽 15N值會有所差異 7 2019 11 3 8 2020 1 8 基于氮氧雙同位素法的硝酸鹽來源與遷移轉(zhuǎn)化識別 9 2019 11 3 氨化過程 硝化過程 反硝化過程引起的分餾分別是 1 12 29 40 5 其中反硝化作用的影響最大 由于生物體降解 土壤有機(jī)氮礦化 地下水運(yùn)動等過程需要持續(xù)較長的時(shí)間 使得滯留氮庫向河流的輸移過程可能需要幾個(gè)月到幾十年 10 2020 1 8 質(zhì)量平衡混合模型 只能用于確定潛在污染源不超過3種的情況 未考慮分餾作用 應(yīng)用范圍有限 11 2020 1 8 SIAR混合模型 該模型的優(yōu)點(diǎn)在于能評價(jià)多種污染源的貢獻(xiàn)比例 且模型考慮了同位素分餾效應(yīng)的影響 但其缺點(diǎn)是污染源很小的同位素組成變化就會導(dǎo)致模型結(jié)果有很大的波動 通過定義k個(gè)來源n個(gè)混合物的j個(gè)同位素 來估算混合物中各來源貢獻(xiàn)比例的概率 分布混合模型如圖 12 2020 1 8 IsoSource模型 IsoSource模型以質(zhì)量平衡混合模型為基礎(chǔ) 在該模型中 在一定增量范圍內(nèi) 使用標(biāo)準(zhǔn)線型混合模型來模擬每一種可能污染比例 和為1 模型在混合計(jì)算中滿足同位素質(zhì)量守恒 通過測試的同位素值信息來確定混合物各部分的比例范圍 因而同樣可以用來估算各種硝酸鹽來源對河流硝酸鹽污染的貢獻(xiàn)率 計(jì)算出的每個(gè)解代表了一個(gè)資源百分比的組合 在軟件中設(shè)置好模型的增量參數(shù) increment 和容差參數(shù) tolerance 模型利用迭代方法計(jì)算出水樣中不同污染來源所占貢獻(xiàn)率的概率分布圖 并給出所有來源計(jì)算結(jié)果的平均值 不同來源所有可能的百分比組合則按下式計(jì)算 13 2020 1 8 SWAT模型 14 2020 1 8 15 2020 1 8 如何利用最少指標(biāo)得到最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù) 有沒有更好的替代指標(biāo)使得工作量小且結(jié)果準(zhǔn)確 用不用測當(dāng)?shù)卦次廴就凰胤秶?滯留作用會影響同位素值 使得計(jì)算得到的同位素值存在誤差 分餾作用的程度怎樣判斷 全面深入分析氮源在遷移轉(zhuǎn)化過程中對同位素值的影響因素 建立模型定量分析氮的分餾作用對同位素源識別具有重要意義 精確性的保證 從采樣點(diǎn)的設(shè)置 樣品預(yù)處理到最終的模型計(jì)算都會對結(jié)果產(chǎn)生影響 如何有效提取和純化樣品 避免同位素制備過程中的同位素污染及分餾 綜合考