土壤的金属稳定同位素分析-黄方-2022.8.15.pdf

1、土壤的金属稳定同位素分析黄 方，康晋霆中国科学技术大学2022.8.17.合肥1土壤是生物、气候、母质、地形、时间等自然因素和人类活动综合作用下的产物。（赵其国，2012）地质学-五大圈层的纽带生态学-生物多样性的宝库环境学-汇聚了众多污染物土壤的传统视角植物学-植物营养主要来源2关键带对生物活动至关重要，与土壤相关的元素迁移是地表物质循环的枢纽。土壤的化学组成和形成演化受到人类活动和自然过程共同影响。我们关注土壤的地球化学：土壤的化学组成和性质，以此理解和土壤相关的重要问题。稳定同位素手段可以在元素地球化学的基础上提供新的信息。土壤地球化学3同位素相对元素的优点同位素可以看到元素迁移的方向和

2、趋势基于不同储库的同位素组成的差异同位素可以揭示元素迁移的机理和关键基于不同迁移过程造成的同位素分馏差异同位素能更准确地反映土壤的化学过程4植物营养Fe在水稻土中的迁移转化（Qi et al.,2020等）环境污染Cu在土壤中的迁移转化、Pb、Cd污染源解析（Wang et al.,2022等）元素循环砖红壤Ba、Fe、V的风化（Qi et al.,2021等）土壤的同位素视角5中国科大金属稳定同位素实验室的Neptune plus欢迎浏览实验室主页： 第四周期B族元素，第一排过渡金属 两个稳定同位素63Cu(69.17%)和65Cu(30.83%)具有0,1,2多价态，对环境的氧化还原非常敏

3、感 高温过程：太阳系早期演化、地球核-幔分异、壳幔相互作用 表生过程：示踪环境氧化还原过程，污染元素，生命必需元素 国民经济：重要金属矿山-铜矿8阴离子树脂（AG MP-1,100-200 mesh）提纯Liu et al.2014本实验室Cu同位素测试(65Cu)的长期外部精度好于0.05(2SD)Cu提纯流程和长期精度9第四周期、族变价元素：Fe0、Fe2+、Fe3+四个稳定同位素：54Fe(5.845)，56Fe(91.754)57Fe(2.119)，58Fe(0.2919)Iron铁过渡族金属熔点：1811K沸点：3134K陨石中丰度：22%太阳系丰度：0.10%低温地球化学过程中可以

4、发生显著的同位素分馏10土壤样品Fe同位素分析化学流程He et al.2015AG1X8(200-400目)上样量:50-100 g Fe 全流程本底10 ng 阴离子树脂，HCl体系提纯11长期精度实验室长期测量精度好于0.05(2SD)纯铁溶液标准的测量12Vanadium-钒第四周期VB族元素，第一排过渡金属两个稳定同位素50V(0.25%)和51V(99.75%)具有0,2,3,4,5等多价态，对环境的氧逸度变化非常敏感高温过程：变价元素，可以示踪地幔氧逸度变化表生过程：示踪环境氧逸度，污染元素，生命必需元素13Wu et al.2016V提纯流程和长期精度本实验室V同位素测试(51

5、V)的长期外部精度好于0.08(2SD)阴离子树脂（AG1X8,200-400 mesh）除去基质元素14 碱土金属，主要矿物是重晶石(BaSO4)和毒重石(BaCO3)高度不相容元素，上地壳/地幔 95 流体活动性元素 海洋中重要的生物相关元素 7个稳定同位素:130,132,134,135,136,137和138Barium-钡15Ba提纯流程和长期精度有效分离各种干扰元素，长期精度0.06(2SD)16中国标准样品Ba同位素组成标定34个中国生产的标准样品的Ba同位素组成其中土壤样品9个，沉积物6个An et al.,202017 U元素地球化学U属于难熔元素，亲石元素，氧化还原敏感元素

6、球粒陨石 原始地幔大陆地壳U8 ppb22 ppb1.3ppmPalme and ONeill 2003;Rudnick and Gao 20031238Rn5f36d17s2铀UUranium 238.031135390019050597.61.383,4,5,61789元素符号名称相对原子质量熔点/沸点/密度/kgm-3英文名称电子排布原子序数第一电离能/kjmol-1电负性氧化态发现年代岩浆演化过程中为高度不相容元素，示踪地壳物质循环；流体活动性元素(U6+），示踪流体参与过程；可以作为重建古海洋氧化还原环境的有效指标土壤、水体放射性污染，威胁生态环境和人类健康18238/235U=(2