鉛同位素示蹤的研究現(xiàn)狀

摘 要：鉛同位素示蹤研究是目前研究的熱點(diǎn)問題之一，隨著穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)的快速發(fā)展，鉛同位素示蹤應(yīng)用在土壤重金屬污染、大氣降塵、沉積物等方面具有重要的指導(dǎo)意義。文章簡要的從鉛同位素在各領(lǐng)域的應(yīng)用和研究意義進(jìn)行簡單的介紹。

關(guān)鍵詞：鉛同位素示蹤；研究方法；環(huán)境污染

1 概述

隨著人類文明的快速發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程也加快了發(fā)展，由于人類近幾十年來過度的對礦山開采、工業(yè)生產(chǎn)、金屬冶煉等快速發(fā)展的原因，導(dǎo)致現(xiàn)在的大氣、水、沉積物和土壤重金屬污染越來越嚴(yán)重，并引起了一系列的環(huán)境問題，已經(jīng)嚴(yán)重危害了人體的健康，同時(shí)也對經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了束縛。目前重金屬污染已經(jīng)成為了全球性的一個(gè)環(huán)境問題，因此，研究重金屬染物的準(zhǔn)確來源、組成、性質(zhì)、分布和傳輸規(guī)律及未來的變化趨勢是對于環(huán)境保護(hù)和治理具有重要的理論和實(shí)際意義。

調(diào)查明白污染源，治理污染已經(jīng)成為目前一個(gè)刻不容緩的問題。目前穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)是探討環(huán)境中重金屬污染源解析的有效方法之一。在自然的體系中，鉛同位素在示蹤多源污染方面有著不可比擬的優(yōu)勢，不同鉛的來源組成了不同鉛的同位素，由于這樣的鉛同位素豐度較高，比值相對穩(wěn)定，而且和重金屬遷移過程中的物理化學(xué)條件變化關(guān)聯(lián)度很低，因而在實(shí)際操作中更容易測定其數(shù)值。并且，鉛同位素受后期地質(zhì)地球化學(xué)作用影響小，可以較好地保留污染源的源區(qū)特點(diǎn)，起到了地球化學(xué)“指紋”作用。所以，鉛同位素示蹤技術(shù)可以有效地示蹤環(huán)境中不同介質(zhì)中鉛污染的來源，特別是在研究鉛重金屬污染源方面，鉛同位素示蹤技術(shù)日趨成熟并成為污染源識(shí)別的一種強(qiáng)有力手段。

鉛（Lead）位于元素周期表中第6周期第IVA族元素，原子序數(shù)82，原子量207.2，密度11.34g/cm3。鉛與其他穩(wěn)定的化學(xué)元素相比，質(zhì)量最大，并且在自然界中有4種穩(wěn)定同位素：204Pb、206pb、207Pb和208Pb，和20多種放射性同位素，其中204Pb不會(huì)發(fā)生衰變，至今沒有發(fā)現(xiàn)它有放射性母體，可以認(rèn)為204Pb豐度保持不變。通常用206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb三個(gè)比值用來描述鉛同位素隨著時(shí)間增長而變化情況。關(guān)于鉛同位素示蹤研究已成為當(dāng)今最具前景的研究課題之一，但是目前的研究還有所不足，主要集中在土壤，沉積物以及大氣顆粒物等方面，還需要我們不斷努力。文章就前人所做鉛同位素示蹤的相關(guān)研究進(jìn)行總結(jié)。

2 國外鉛同位素示蹤的研究

鉛是人類最早使用的金屬之一，是人類生產(chǎn)和生活的基本原材料。鉛是當(dāng)今工業(yè)發(fā)展不可缺少的原料，同時(shí)鉛也是重金屬元素，容易對地表水、土壤、地下水、大氣的造成污染；由于鉛具有遵循放射性衰變規(guī)律，而且還與其形成的環(huán)境密切相關(guān)，因而鉛可以作為同位素示蹤標(biāo)記的功能。所以鉛同位素示蹤一直是人類研究的熱門課題。

鉛同位素示蹤技術(shù)最早是研究大氣顆粒物鉛的污染源，然后慢慢的發(fā)展到了對土壤、沉積物、地下水、海洋等的研究領(lǐng)域。Geagea等為了區(qū)分工業(yè)源和交通排放源的不同，利用了鉛、鍶同位素的比值分析了城市中大氣氣溶膠。Widory等在分析北京大氣氣溶膠中鉛和鍶的來源也應(yīng)用了鉛和鍶同位素示蹤，結(jié)果顯示主要的污染來源于金屬冶煉廠，其次是因?yàn)榛鹆Πl(fā)電站和其他煤燃燒的過程造成的影響。Guéguen等研究發(fā)現(xiàn)同一采樣點(diǎn)的氣溶膠與樹皮樣品有很相似的同位素組成，利用鉛、鍶同位素比值進(jìn)行分析樹皮樣品指示的大氣污染，結(jié)論說明工業(yè)和其他人為的排放量對法國城市大氣環(huán)境造成一定的影響。

T.J.Chow先測出了北美汽油、煤的鉛同位素組成，然后用以尋找示蹤環(huán)境鉛的污染來源，C.Patterson和R.W.Hurst很多結(jié)論證明，大氣中兩種主要的鉛來源——汽油鉛和煤鉛，它們兩者之間同位素組中的差異剛好可以對大氣環(huán)境中的鉛污染源進(jìn)行用來示蹤和鑒別。

Alleman等應(yīng)用穩(wěn)定鉛同位素對地中海西北部的海洋顆粒物分析發(fā)現(xiàn)，巖石源、人為源鉛對于海洋顆粒物有著一樣重要的貢獻(xiàn)。人為源、自然可溶性源、自然難溶性源三部分不同比例混合的樣品是對鉛同位素組成造成變化的原因。由于沉積顆粒物的鉛同位素比值與懸浮顆粒物的鉛同位素比值相近，所以可以斷定它們二者起源相同。

有關(guān)土壤鉛同位素示蹤研究相比對大氣顆粒物研究機(jī)理復(fù)雜，土壤的鉛同位素組成較不均一，物質(zhì)的來源復(fù)雜，各個(gè)物質(zhì)來源貢獻(xiàn)也不穩(wěn)定等特點(diǎn)，因此，國內(nèi)外關(guān)于土壤鉛的研究起步都較晚。Rabinowitz等幾年前對在美國幾個(gè)州曾經(jīng)廢棄的冶煉廠附近，采集土樣進(jìn)行樣本中鉛同位素的組成分析，研究結(jié)果表明，鉛冶煉廠雖然已經(jīng)關(guān)閉了很多年，但是，鉛對土壤的污染卻是長期的，當(dāng)初冶煉廠工作時(shí)產(chǎn)生的鉛污染極可能是造成現(xiàn)在舊址周圍土壤含鉛量高的原因。

Kaste研究發(fā)現(xiàn)，受緯度和林區(qū)不同的影響，高緯度針葉林區(qū)地表有較厚的植被覆蓋，使大氣鉛不容易富集在土壤表層，而低緯度落葉林區(qū)植被稀疏，大氣鉛較容易沉降到地表10厘米附近，這些不同的表現(xiàn)大體能看出60多年來，大氣鉛含量的變化情況。

W.Hansmann在瑞士選定的區(qū)域內(nèi)的土壤通過鉛同位素示蹤技術(shù)，對兩個(gè)區(qū)域的土壤剖面進(jìn)行同位素重金屬污染源示蹤對比研究，在研究中，得到了很多當(dāng)?shù)夭煌镔|(zhì)，如垃圾焚化爐里的降塵、汽油鉛以及汽車尾氣的等不同源物質(zhì)的鉛同位素組成。通過綜合分析得出，在人為鉛污染低的土壤中，大氣鉛是導(dǎo)致土壤鉛含量高的主要因素，而對于重度鉛污染土壤而言，因?yàn)槲廴驹磥碓磸?fù)雜，鉛同位素組成差異較大，所以鉛污染的來源很難甄別。

沉積物微量元素的指紋特征可以為區(qū)分沉積物中的認(rèn)為作用或自然作用所引起的，重金屬污染和微量元素指紋特征可提供新的解決途徑。Eades在研究蘇格蘭的環(huán)境鉛污染歷史中，用湖泊沉積物中穩(wěn)定鉛同位素，記錄考察了通過觀察206Pb、207Pb比值的變化，將地表沉積物中同位素比值作為標(biāo)識(shí)，進(jìn)一步對鉛污染的主要原因深入研究，根據(jù)研究結(jié)果編制出年代學(xué)譜圖，同時(shí)對1990年之后的大氣鉛進(jìn)行了污染源的分析，認(rèn)為當(dāng)時(shí)含鉛汽油的使用導(dǎo)致大氣鉛大約27%-40%的含量來源于此。

Jaime 等對美國佛羅里達(dá)州湖泊進(jìn)行研究，通過沉積物的鉛同位素比值與鉛/砷比值得出，湖底沉積物鉛同位素的組成可能受1900年高爾夫球場的砷酸鉛和1960年大氣中烷基鉛的影響，并且和當(dāng)?shù)亻L期使用含鉛汽油也有關(guān)聯(lián)。

Renber等研究湖泊沉積物中鉛污染的歷史，對沉積物中穩(wěn)定鉛同位素與鉛濃度進(jìn)行分析，從各地金屬熔煉、大量煤炭燃燒、石油中的烷基鉛添加物對大氣造成的鉛污染作對比，發(fā)現(xiàn)這三者中穩(wěn)定鉛比值相對較低，而分析湖泊的沉積物樣品中發(fā)現(xiàn)206Pb/207Pb比值較高，因而得出這些物質(zhì)不是影響現(xiàn)在湖泊沉積物中鉛的主要原因。研究人員進(jìn)而創(chuàng)建了混合模型，利用鉛同位素比值和濃度，計(jì)算出沉積物樣本中污染物排放的鉛與自然鉛沉降各自的貢獻(xiàn)值，對鉛污染歷史進(jìn)行了探索。

3 國內(nèi)鉛同位素示蹤的研究

近些年來，國內(nèi)學(xué)者對有關(guān)環(huán)境鉛同位素示蹤的研究起步比較遲，由于國內(nèi)工業(yè)化發(fā)展水平程度不一，發(fā)展時(shí)間也不同，所以各地存在的污染程度也不同。這些問題已經(jīng)成為眾多環(huán)境研究者的關(guān)注重點(diǎn)，并取得了許多有效的成果。

珠江三角洲地區(qū)城市發(fā)展比較多，工廠和汽車也很多，大氣污染比較嚴(yán)重，朱炳泉等人對該城市的飄塵氣溶膠和土壤的鉛同位素組成和元素組成進(jìn)行了研究，得到當(dāng)?shù)氐钠囄矚夂凸I(yè)排放是大氣鉛污染的主要來源。

路遠(yuǎn)發(fā)等通過對杭州地區(qū)土壤進(jìn)行鉛同位素示蹤分析得出，從農(nóng)村土壤→郊區(qū)（遠(yuǎn)）土壤→郊區(qū)（近）土壤→城市公路兩旁土壤中，表層土壤全鉛206Pb/207Pb和208Pb/（206+207）Pb比值離城市越近，含量越高。并且對比杭州茶園土壤與汽車排放的尾氣和大氣等環(huán)境樣品，發(fā)現(xiàn)污染越嚴(yán)重的土壤受汽車尾氣鉛影響越大。因此得出結(jié)論，杭州市汽油鉛是當(dāng)?shù)赝寥繮b的主要污染源。

劉敬勇等利用鉈和鉛具有相似的地球化學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)分析出鉈和鉛在礦山分布中呈正相關(guān)性，利用鉛同位素示蹤分析檢測土壤中鉈的含量與污染特征，分析探討研究區(qū)中土壤重金屬鉈的污染特性。在報(bào)告中指出，鉈污染物主要累積在土壤表層深度0-16.5cm范圍內(nèi)，深度大于16.5cm時(shí)，土壤受鉈污染影響的程度較小。

4 結(jié)束語

目前，鉛同位素組成具有獨(dú)特的指紋特征，可以區(qū)分環(huán)境污染物質(zhì)與其來源區(qū)的鉛，用它來研究污染來源能夠得到較理想的結(jié)果。因此，將鉛同位素用于污染物質(zhì)來源示蹤具有開拓性的意義。隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，國家科技技術(shù)的加強(qiáng)，通過綜合運(yùn)用多種解析方法，區(qū)域和國際合作，鉛同位素示蹤技術(shù)的研究領(lǐng)域?qū)?huì)更寬更強(qiáng)大。

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作者簡介：林勇征（1989-），男，福建廈門人，成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院碩士研究生。