穩(wěn)定同位素環(huán)境化學

第一章概論/001
第一節(jié)同位素的發(fā)現(xiàn)及基本概念001
一、同位素的發(fā)現(xiàn)及應用簡介001
二、同位素的基本概念002
第二節(jié)穩(wěn)定同位素在環(huán)境領域的應用007
一、應用背景007
二、應用進展008
第三節(jié)穩(wěn)定同位素環(huán)境化學010
一、穩(wěn)定同位素環(huán)境化學的定義010
二、穩(wěn)定同位素環(huán)境化學的研究內(nèi)容和方法011
三、穩(wěn)定同位素環(huán)境化學和其他學科的關(guān)系011
參考文獻012

第二章環(huán)境穩(wěn)定同位素基礎/016
第一節(jié)穩(wěn)定同位素概述016
一、原子模型和核素016
二、穩(wěn)定同位素019
三、同位素豐度的表達方式021
第二節(jié)有機物環(huán)境污染相關(guān)同位素023
一、碳同位素023
二、氮同位素028
三、氫同位素033
四、氧同位素037
五、硫同位素042
六、溴同位素047
七、氯同位素050
參考文獻054

第三章生物化學反應過程與穩(wěn)定同位素效應/061
第一節(jié)化學反應過程與同位素效應062
一、平衡同位素效應062
二、動力學同位素效應064
三、同位素效應測量的注意事項065
第二節(jié)動力學同位素效應與Rayleigh分餾模型066
一、單體穩(wěn)定同位素分析(CSIA)與分餾參數(shù)的測量066
二、同位素效應定性預測的一些經(jīng)驗法則069
第三節(jié)同位素分餾定量：平均富集與瑞利方程072
第四節(jié)瑞利方程在復雜情況下的應用073
一、瑞利方程對非一級反應動力學的有效性074
二、將平均富集因子轉(zhuǎn)化為表觀動力學同位素效應(AKIE)074
第五節(jié)CSIA方法評估污染物自然降解程度077
第六節(jié)超越監(jiān)測：穩(wěn)定同位素分餾對降解機理的洞察078
一、通過同位素分餾洞察轉(zhuǎn)化機理079
二、化合物平均同位素分餾值如何計算反應位點的同位素效應080
三、將觀測的同位素分餾與轉(zhuǎn)化機制聯(lián)系起來082
第七節(jié)環(huán)境中多步化學反應的同位素效應084
一、多步化學反應過程的理想化處理085
二、兩步穩(wěn)態(tài)反應過程的表達式085
三、涉及更多步驟的過程086
四、決定反應進行的方向因素088
第八節(jié)自然過程中的多步反應089
一、文獻中多步轉(zhuǎn)化的表達式090
二、環(huán)境污染物轉(zhuǎn)化過程中不同步驟的重要性090
參考文獻091

第四章有機化合物穩(wěn)定同位素樣品的采集及前處理技術(shù)/096
第一節(jié)樣品的采集097
一、概述097
二、不同樣品的采集098
三、不同元素的穩(wěn)定同位素采樣及處理要求099
四、單個樣品需要量099
第二節(jié)樣品的保存100
第三節(jié)樣品的制備100
一、概述100
二、揮發(fā)性化合物樣品的制備101
三、半揮發(fā)性化合物樣品的制備103
四、衍生化107第四節(jié)測試氣體的制備115
參考文獻116

第五章單體穩(wěn)定同位素分析技術(shù)/122
第一節(jié)測定穩(wěn)定同位素的儀器122
一、測定穩(wěn)定同位素的質(zhì)譜儀122
二、測定穩(wěn)定同位素的光譜儀——腔衰蕩光譜（CRDS）127
三、測定單體穩(wěn)定同位素的常用儀器128
第二節(jié)常見環(huán)境樣品穩(wěn)定同位素分析方法132
一、穩(wěn)定碳同位素樣品的分析132
二、穩(wěn)定氫同位素樣品的分析132
三、穩(wěn)定氧同位素樣品的分析133
四、穩(wěn)定氮同位素樣品的分析133
五、穩(wěn)定硫同位素樣品的分析134
六、穩(wěn)定溴同位素樣品的分析136
七、穩(wěn)定氯同位素樣品的分析136
第三節(jié)同位素數(shù)據(jù)質(zhì)量控制138
一、數(shù)據(jù)的準確度、不確定度、精密度和誤差138
二、穩(wěn)定同位素數(shù)據(jù)的標準化140
三、CSIA中的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制142
參考文獻143

第六章污染物遷移途徑和來源解析/148
第一節(jié)概述148
一、污染物的穩(wěn)定同位素示蹤機理148
二、有機污染物來源示蹤150
三、有機化合物的來源數(shù)值150
第二節(jié)水體污染物的穩(wěn)定同位素示蹤研究152
一、地下水中氮化物源的識別152
二、不同水體之間的污染物遷移152
三、近海水體污染物遷移153
四、流域內(nèi)污染物遷移過程154
第三節(jié)土壤中多環(huán)芳烴等有機污染物的同位素溯源155
第四節(jié)大氣污染物的穩(wěn)定同位素示蹤研究156
一、東亞地區(qū)大氣中的硫污染源156
二、歐洲地區(qū)大氣中的主要硫污染源157
第五節(jié)鹵代烴污染物的穩(wěn)定同位素示蹤研究157
第六節(jié)多環(huán)芳烴同位素溯源研究159
第七節(jié)正構(gòu)烷烴的穩(wěn)定同位素示蹤研究162
第八節(jié)雙同位素示蹤研究163
參考文獻163

第七章穩(wěn)定同位素示蹤有機污染物的轉(zhuǎn)化途徑/171
第一節(jié)有機污染物的生物轉(zhuǎn)化與表征方法概述171
一、傳統(tǒng)的表征方法171
二、單體穩(wěn)定同位素分析技術(shù)172
三、同位素分餾的掩蔽效應與多元素同位素圖173
第二節(jié)穩(wěn)定同位素解析傳統(tǒng)碳氫污染物的生物轉(zhuǎn)化過程174
一、芳烴及多環(huán)芳烴生物轉(zhuǎn)化途徑解析176
二、甲烷及正構(gòu)烷烴生物轉(zhuǎn)化途徑解析179
第三節(jié)穩(wěn)定同位素解析有機微污染物生物轉(zhuǎn)化途徑180
一、有機微污染物環(huán)境問題與生物降解180
二、有機微污染物的生物轉(zhuǎn)化過程同位素分餾181
三、穩(wěn)定同位素解析有機微污染物轉(zhuǎn)化途徑的難點182
四、有機微污染物穩(wěn)定同位素分析的應用前景182
第四節(jié)應用案例研究：以阿特拉津水解脫氯過程為例186
一、阿特拉津的使用與環(huán)境風險186
二、阿特拉津的環(huán)境歸趨187
三、阿特拉津生物和非生物水解過程中的碳、氮同位素分餾190
參考文獻197

第八章環(huán)境系統(tǒng)中有機污染物的環(huán)境過程研究/211
第一節(jié)有機污染物在環(huán)境中的環(huán)境行為211
一、非生物降解過程211
二、生物降解過程212
第二節(jié)環(huán)境系統(tǒng)中的同位素分餾效應213
一、物理過程213
二、轉(zhuǎn)化和生物降解過程214
三、轉(zhuǎn)化和降解的反應機理研究216
第三節(jié)有機污染物降解過程中的穩(wěn)定同位素分餾特征218
一、有機污染物降解過程中的碳穩(wěn)定同位素分餾218
二、有機污染物空間擴散的碳穩(wěn)定同位素分餾221
三、有機污染物降解過程中的碳穩(wěn)定同位素富集因子221
第四節(jié)同位素在評估環(huán)境過程中的應用222
一、污染物降解程度評價222
二、解釋污染物的降解路徑223
三、地下水污染物評估監(jiān)測224
四、軍事場地修復過程評估226
五、二維(或雙元)同位素方法226
參考文獻228

第九章穩(wěn)定同位素在全球環(huán)境變化領域中的應用/233
第一節(jié)全球碳循環(huán)和穩(wěn)定同位素233
一、大氣中CO2同位素研究233
二、光合作用中的固碳同位素分餾效應235
三、生態(tài)系統(tǒng)中的碳循環(huán)237
四、土壤有機質(zhì)中的碳穩(wěn)定同位素240
第二節(jié)穩(wěn)定同位素在全球氮循環(huán)研究中的應用243
一、氮循環(huán)過程中的氮同位素243
二、氮轉(zhuǎn)化過程中的同位素分餾效應244
三、植物在吸收、利用和同化過程中的氮同位素分餾245
四、15N自然豐度法在生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)研究中的應用246
第三節(jié)同位素解析食物網(wǎng)營養(yǎng)級249
一、營養(yǎng)級的穩(wěn)定同位素效應249
二、食物來源的同位素模型251
三、穩(wěn)定同位素研究動物食性251
四、動物的營養(yǎng)級位置與食物網(wǎng)254
第四節(jié)穩(wěn)定同位素過去環(huán)境重建257
一、樹輪穩(wěn)定同位素重建過去氣候257
二、沉積物中生物有機分子穩(wěn)定同位素與環(huán)境的關(guān)系264
參考文獻267

第十章特定有機物穩(wěn)定同位素應用拓展/277
第一節(jié)食品和藥品領域應用277
一、食品真實性及穩(wěn)定同位素鑒定的原理277
二、興奮劑的檢測285
第二節(jié)環(huán)境法醫(yī)學領域應用287
一、基本原理287
二、刑事調(diào)查中的應用288
三、違禁物品的追蹤289
第三節(jié)考古學的應用292
一、基本原理292
二、脂肪酸類化合物293
三、氨基酸294
第四節(jié)有機物穩(wěn)定同位素技術(shù)在環(huán)境領域中的應用挑戰(zhàn)與展望295
一、樣品預處理技術(shù)的發(fā)展與挑戰(zhàn)295
二、有機物CSIA分析的標準化、規(guī)范化與參考物質(zhì)的挑戰(zhàn)298
三、新的元素和新的污染物CSIA分析298
四、新興污染物CSIA分析的挑戰(zhàn)與展望301
參考文獻302