稳定同位素环境化学

第一章概论/001
第一节同位素的发现及基本概念001
一、同位素的发现及应用简介001
二、同位素的基本概念002
第二节稳定同位素在环境领域的应用007
一、应用背景007
二、应用进展008
第三节稳定同位素环境化学010
一、稳定同位素环境化学的定义010
二、稳定同位素环境化学的研究内容和方法011
三、稳定同位素环境化学和其他学科的关系011
参考文献012

第二章环境稳定同位素基础/016
第一节稳定同位素概述016
一、原子模型和核素016
二、稳定同位素019
三、同位素丰度的表达方式021
第二节有机物环境污染相关同位素023
一、碳同位素023
二、氮同位素028
三、氢同位素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
参考文献054

第三章生物化学反应过程与稳定同位素效应/061
第一节化学反应过程与同位素效应062
一、平衡同位素效应062
二、动力学同位素效应064
三、同位素效应测量的注意事项065
第二节动力学同位素效应与Rayleigh分馏模型066
一、单体稳定同位素分析(CSIA)与分馏参数的测量066
二、同位素效应定性预测的一些经验法则069
第三节同位素分馏定量：平均富集与瑞利方程072
第四节瑞利方程在复杂情况下的应用073
一、瑞利方程对非一级反应动力学的有效性074
二、将平均富集因子转化为表观动力学同位素效应(AKIE)074
第五节CSIA方法评估污染物自然降解程度077
第六节超越监测：稳定同位素分馏对降解机理的洞察078
一、通过同位素分馏洞察转化机理079
二、化合物平均同位素分馏值如何计算反应位点的同位素效应080
三、将观测的同位素分馏与转化机制联系起来082
第七节环境中多步化学反应的同位素效应084
一、多步化学反应过程的理想化处理085
二、两步稳态反应过程的表达式085
三、涉及更多步骤的过程086
四、决定反应进行的方向因素088
第八节自然过程中的多步反应089
一、文献中多步转化的表达式090
二、环境污染物转化过程中不同步骤的重要性090
参考文献091

第四章有机化合物稳定同位素样品的采集及前处理技术/096
第一节样品的采集097
一、概述097
二、不同样品的采集098
三、不同元素的稳定同位素采样及处理要求099
四、单个样品需要量099
第二节样品的保存100
第三节样品的制备100
一、概述100
二、挥发性化合物样品的制备101
三、半挥发性化合物样品的制备103
四、衍生化107第四节测试气体的制备115
参考文献116

第五章单体稳定同位素分析技术/122
第一节测定稳定同位素的仪器122
一、测定稳定同位素的质谱仪122
二、测定稳定同位素的光谱仪——腔衰荡光谱（CRDS）127
三、测定单体稳定同位素的常用仪器128
第二节常见环境样品稳定同位素分析方法132
一、稳定碳同位素样品的分析132
二、稳定氢同位素样品的分析132
三、稳定氧同位素样品的分析133
四、稳定氮同位素样品的分析133
五、稳定硫同位素样品的分析134
六、稳定溴同位素样品的分析136
七、稳定氯同位素样品的分析136
第三节同位素数据质量控制138
一、数据的准确度、不确定度、精密度和误差138
二、稳定同位素数据的标准化140
三、CSIA中的质量保证和质量控制142
参考文献143

第六章污染物迁移途径和来源解析/148
第一节概述148
一、污染物的稳定同位素示踪机理148
二、有机污染物来源示踪150
三、有机化合物的来源数值150
第二节水体污染物的稳定同位素示踪研究152
一、地下水中氮化物源的识别152
二、不同水体之间的污染物迁移152
三、近海水体污染物迁移153
四、流域内污染物迁移过程154
第三节土壤中多环芳烃等有机污染物的同位素溯源155
第四节大气污染物的稳定同位素示踪研究156
一、东亚地区大气中的硫污染源156
二、欧洲地区大气中的主要硫污染源157
第五节卤代烃污染物的稳定同位素示踪研究157
第六节多环芳烃同位素溯源研究159
第七节正构烷烃的稳定同位素示踪研究162
第八节双同位素示踪研究163
参考文献163

第七章稳定同位素示踪有机污染物的转化途径/171
第一节有机污染物的生物转化与表征方法概述171
一、传统的表征方法171
二、单体稳定同位素分析技术172
三、同位素分馏的掩蔽效应与多元素同位素图173
第二节稳定同位素解析传统碳氢污染物的生物转化过程174
一、芳烃及多环芳烃生物转化途径解析176
二、甲烷及正构烷烃生物转化途径解析179
第三节稳定同位素解析有机微污染物生物转化途径180
一、有机微污染物环境问题与生物降解180
二、有机微污染物的生物转化过程同位素分馏181
三、稳定同位素解析有机微污染物转化途径的难点182
四、有机微污染物稳定同位素分析的应用前景182
第四节应用案例研究：以阿特拉津水解脱氯过程为例186
一、阿特拉津的使用与环境风险186
二、阿特拉津的环境归趋187
三、阿特拉津生物和非生物水解过程中的碳、氮同位素分馏190
参考文献197

第八章环境系统中有机污染物的环境过程研究/211
第一节有机污染物在环境中的环境行为211
一、非生物降解过程211
二、生物降解过程212
第二节环境系统中的同位素分馏效应213
一、物理过程213
二、转化和生物降解过程214
三、转化和降解的反应机理研究216
第三节有机污染物降解过程中的稳定同位素分馏特征218
一、有机污染物降解过程中的碳稳定同位素分馏218
二、有机污染物空间扩散的碳稳定同位素分馏221
三、有机污染物降解过程中的碳稳定同位素富集因子221
第四节同位素在评估环境过程中的应用222
一、污染物降解程度评价222
二、解释污染物的降解路径223
三、地下水污染物评估监测224
四、军事场地修复过程评估226
五、二维(或双元)同位素方法226
参考文献228

第九章稳定同位素在全球环境变化领域中的应用/233
第一节全球碳循环和稳定同位素233
一、大气中CO2同位素研究233
二、光合作用中的固碳同位素分馏效应235
三、生态系统中的碳循环237
四、土壤有机质中的碳稳定同位素240
第二节稳定同位素在全球氮循环研究中的应用243
一、氮循环过程中的氮同位素243
二、氮转化过程中的同位素分馏效应244
三、植物在吸收、利用和同化过程中的氮同位素分馏245
四、15N自然丰度法在生态系统氮循环研究中的应用246
第三节同位素解析食物网营养级249
一、营养级的稳定同位素效应249
二、食物来源的同位素模型251
三、稳定同位素研究动物食性251
四、动物的营养级位置与食物网254
第四节稳定同位素过去环境重建257
一、树轮稳定同位素重建过去气候257
二、沉积物中生物有机分子稳定同位素与环境的关系264
参考文献267

第十章特定有机物稳定同位素应用拓展/277
第一节食品和药品领域应用277
一、食品真实性及稳定同位素鉴定的原理277
二、兴奋剂的检测285
第二节环境法医学领域应用287
一、基本原理287
二、刑事调查中的应用288
三、违禁物品的追踪289
第三节考古学的应用292
一、基本原理292
二、脂肪酸类化合物293
三、氨基酸294
第四节有机物稳定同位素技术在环境领域中的应用挑战与展望295
一、样品预处理技术的发展与挑战295
二、有机物CSIA分析的标准化、规范化与参考物质的挑战298
三、新的元素和新的污染物CSIA分析298
四、新兴污染物CSIA分析的挑战与展望301
参考文献302