锌同位素示踪技术在土壤污染溯源中的应用研究

吴益阳

摘 要：目前社会经济实现了快速发展，但是我国的环境问题受到了不良的影响，特别是土壤的重金属如锌污染问题日益严重，但是土壤中锌的来源广泛，所以需要尽快地查明污染锌的来源并进行整治。随着同位素示踪技术的普遍应用，土壤中使用同位素追踪污染锌的来源成为了可能。本文通过研究同位素示踪技术的国内外发展及应用现状，总结了同位素示踪技术的优点及不足，并提出了一些改进方法。

关键词：锌；同位素示踪技术；土壤污染；溯源

引言

俗话说民以食为天，如果种植作物的土壤受到了污染，将会影响食用作物的安全性，我国出台了“土壤污染防治行动计划”，决定严加治理土壤的污染问题。之前对土壤锌污染的研究，大多着重于研究土壤中锌污染的分布形式和对生态环境的危害等方面，但是对于锌污染的来源、每种污染源的对锌污染的贡献程度还没有实际的进行研究，限制了对土壤锌污染系统的研究。同位素示踪技术的快速发展为土壤中锌污染的研究提供了可能，使用同位素示踪技术不仅可以确定土壤中污染的来源，而且可以具体分析出各种污染物质对土壤中锌污染的影响程度。

1、导致土壤中含有污染锌的来源

总的来说土壤中的锌污染来源的主要有三个方面，第一是城市的经济快速发展导致的锌污染，这种锌污染主要由城市的生活废弃垃圾、工业生产活动产生的垃圾等导致，这种锌污染主要分布在离城市稍远的工业园区，城市的商业经济区则不是那么明显。第二是农业生产过程中导致的锌污染，主要是由于过度使用化肥和农药造成的，特别是有些化肥和农药添加有各种磷、锌及混杂的元素。根据对我国土壤中重金属元素的测量，每千克土壤中含有169.4到768.8毫克的锌，并且长期使用各种化肥导致土壤中锌污染的增加。第三是城市郊区的工业生产导致的锌污染，主要包括工业生产过程中排放的废液和废气，矿产采集过程中排放的矿渣。

2、锌同位素能够实现示踪的原因

同一个化学元素中两个及其以上原子序数相同的元素叫做同位素。锌的同位素主要有五个，分别是第64位的锌，其中子数为34，近似丰度为48.63%；第66位的锌，其中子数为36，近似丰度为27.90%；第67位的锌，其中子数为37，近似丰度为4.1%；第68位的锌，其中子数为38，近似丰度为18.75%；第70位的锌，其中子数为40，近似丰度为0.62%。

同位素往往会形成分馏现象，也就是同位素在不同的物质间进行分配时互占据不同的比例，锌当然也会有同位素分馏现象，锌的同位素分馏主要由污染源的成分组成和热力学中的分馏作用影响，主要影响条件有温度、相关的无机过程、压力和有机进程如生物活动，可以通过三种相关的矿物学分离过程，再次进行沉积与淋漓沐浴和沉淀分别达到不同的分馏效果。在多种含有锌的环境中锌的主要载体都是含有锌的闪矿，为了得到闪锌矿在不同过程的转移阶段，可以使用同位素追踪技术。

迈克尔汉进行了对高精度的同位素锌的测量，总结了部分锌的同位素的变化，并记录在储库中，这标志着了对锌的同位素的研究进入了蓬勃发展的阶段。第66位锌的同位素在陆地上的总体变化范围在小于锌的同位素0.91，在月球表面和陨石中变化范围在小于锌的同位素5.44。不同的矿物中锌的同位素组成和含量不同，根据要测得的矿物中锌的同位素的含量，然后和锌的同位素的存储库中的存储的样品进行对比，可以确定这种矿物的锌来源是一种还是几种，以及每种来源中锌的同位素的含量的多少。目前在测量地球在寒武纪时期的环境的变化和形成过程，矿物的形成过程，环境的变化过程等方面大量的应用。

3、锌同位素示踪技术在土壤污染源测量中的应用

之所能够使用锌的同位素示踪技术测量出土壤中污染锌的组成情况，是因为受污染的污染源中锌的同位素的组成和自然中没有污染的锌的同位素的组成有着很大的差别。总的来说，国外对锌的同位素的污染源的示踪技术的研究领先于国内一定的水平。国外的研究工作主要有以下这些：爵汉等研究了人工通过热蒸馏制作出的纯锌、通过化学电镀方法提取的锌、纯度很高的化合物中的锌和易腐烂食品中的锌的第66位同位素的含量的范围，并将之和普通土壤中的锌的66位同位素的含量进行对比，发现前者中第66位锌的同位素的含量远远小于后者。威尼斯通过对芬兰地区的土壤进行同位素示踪研究，发现被污染的地方中土壤的同位素的含量，与矿产行业开采的矿石中的锌的同位素含量基本相同，所以可以断定芬兰此地区土壤中的锌污染主要来源于本地的矿采行业中的矿石。思高妮对比利时某些地区的废弃的冶炼厂附近的土壤进行研究分析，发现冶炼厂周围土壤的锌的同位素随着时间会有所变化，得出了使用蒸馏方法进行精炼时会导致产生的废气中锌的同位素的含量大大增加的结论。

国内也有些学者对此进行了研究，主要有以下研究内容，李欢研究了位于法国的塞纳河周围的土壤，通过研究锌的同位素的组成发现，在河段附近土壤的颗粒物含量较低的时候，即使有众多的微生物的生物作用、颗粒物的吸收、太阳光照的蒸发等等，但是锌的同位素的含量仍然基本保持不变，并且通过对河段周围土壤的锌的同位素含量测量发现，化学污水处理厂的废水是导致河水附近土壤中的锌的污染的主要原因，占据污染土壤的锌同位素含量的百分之七十左右，自然物质循环中的造成的锌的含量不超过百分之三十。

4、对未来同位素示踪技术的期望

土壤中的重金属污染的治理如锌污染的治理是一个复杂的问题，这个问题不是一个独立的问题而是许多因素综合的问题，因为土壤中污染锌的来源多种多样，对于多污染源的来源并不是十分明确的确定。对此的解决办法之一是将锌、铅等同位素的测量相互补充，这样可以解决对单一的同位素示踪进行测量时产生的多个结果，原因是矿物中的金属元素在形成过程中就是相互之间有影响的，所以在测量时如果只对单一的元素进行测量，则会影响测量的精度。对土壤中铜、铅等同位素的测量已经取得了较好的效果，但是在如何进行同位素的分馏、如何采集样本建立存储库、如何解决同位素示踪过程中的多个结果的问题还需要进行深入的研究。虽然目前锌的同位素示踪技术具有广泛的应用前景，但是还有一些不足之处，第一是同位素示踪技术中如何分馏进行没有系统的研究，而对同位素分馏体系的研究是同位素示踪技术的基础，现有的对分馏体系的初步研究还不够完善，需要更加深入地研究。第二是同位素示踪技术中使用多个同位素进行示踪的应用还不成熟，主要还是对单一的同位素示踪技术的研究，所以要加强利用多个同位素示踪技术在土壤污染源的来源和转化过程的应用研究。第三是目前建立的同位素示踪技术的基础库还不够完善，大部分是地质中的基础库，还需要加强人类的生活活动对土壤中同位素元素的影响的研究，利用该技术补全存储库中锌的同位素的数据。

參考文献：

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