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(jiǎn)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(jiǎn)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(lái)過度的對(duì)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(lái)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(duì)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(lái)源、組成、性質(zhì)、分布和傳輸規(guī)律及未來(lái)的變化趨勢(shì)是對(duì)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(shì)，不同鉛的來(lái)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(duì)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(cè)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(lái)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(lái)描述鉛同位素隨著時(shí)間增長(zhǎng)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(guó)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(duì)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(duì)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(lái)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(lái)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(shuō)明工業(yè)和其他人為的排放量對(duì)法國(guó)城市大氣環(huán)境造成一定的影響。

T.J.Chow先測(cè)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(lái)源，C.Patterson和R.W.Hurst很多結(jié)論證明，大氣中兩種主要的鉛來(lái)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(duì)大氣環(huán)境中的鉛污染源進(jìn)行用來(lái)示蹤和鑒別。

Alleman等應(yīng)用穩(wěn)定鉛同位素對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(lái)源復(fù)雜，各個(gè)物質(zhì)來(lái)源貢獻(xiàn)也不穩(wěn)定等特點(diǎn)，因此，國(guó)內(nèi)外關(guān)于土壤鉛的研究起步都較晚。Rabinowitz等幾年前對(duì)在美國(guó)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(duì)土壤的污染卻是長(zhǎng)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(lái)，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(duì)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(duì)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(duì)于重度鉛污染土壤而言，因?yàn)槲廴驹磥?lái)源復(fù)雜，鉛同位素組成差異較大，所以鉛污染的來(lái)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(duì)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(duì)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(lái)源于此。

Jaime 等對(duì)美國(guó)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(chǎng)的砷酸鉛和1960年大氣中烷基鉛的影響，并且和當(dāng)?shù)亻L(zhǎng)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(duì)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(duì)大氣造成的鉛污染作對(duì)比，發(fā)現(xiàn)這三者中穩(wěn)定鉛比值相對(duì)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(duì)鉛污染歷史進(jìn)行了探索。

3 國(guó)內(nèi)鉛同位素示蹤的研究

近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)有關(guān)環(huán)境鉛同位素示蹤的研究起步比較遲，由于國(guó)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(duì)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(lái)源。

路遠(yuǎn)發(fā)等通過對(duì)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(duì)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(cè)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(yǔ)

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(lái)源區(qū)的鉛，用它來(lái)研究污染來(lái)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(lái)源示蹤具有開拓性的意義。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，國(guó)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(guó)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(jiǎn)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。