【摘要】 介绍了依赖质量和不依赖质量的金属稳定同位素分馏的重要概念，并比较了不同元素的自然同位素变化程度。

自然系统中金属的生物地球化学循环通常伴随着稳定同位素分馏，由于最近的分析进展，现在可以测量稳定同位素分馏。

 

因此，在过去的二十年里，一个新的研究领域出现了，补充了传统的稳定同位素系统（H， C，O， N， S）与元素周期表上更多的元素（Li， B,Mg, Si, Cl, Ca, Ti， V, Cr, Fe, Ni, Cu, Zn, Ge, Se, Br, Sr, Mo, Ag, Cd,Sn, Sb, Te, Ba， W, Pt, Hg, Tl， U），这些元素正在被探索和潜在地应用于新的地球化学示色剂。

 

Jan G. Wiederhold[1]综述了金属稳定同位素作为源和处理剂在环境研究中的应用，特别是混合和瑞利模型方法的应用。介绍了依赖质量和不依赖质量的金属稳定同位素分馏的重要概念，并比较了不同元素的自然同位素变化程度。

 

一个特别的重点在于讨论过程（氧化还原转化，络合，吸附，沉淀，溶解，蒸发，扩散，生物循环），这些过程能够诱导环境系统中的金属稳定同位素分馏。此外，还讨论了金属稳定同位素特征作为环境地球化学示踪剂的用途和局限性，并提出了未来的展望。

 

环境样品中化学元素的稳定同位素比率包含影响样品历史的来源和过程的有价值的信息。几十年来，轻元素（氢、碳、氧、氮、硫）的稳定同位素分析已经成功地应用于研究它们在不同环境下的环境循环，并解决了环境地球化学中的各种基础和应用问题。

 

这些所谓的“传统的”稳定同位素系统只包含可以方便地转化为气体形式并由气源质谱仪分析的元素。由于缺乏合适的技术来解决较重元素（特别是金属）稳定同位素组成的自然变化，在很长一段时间内阻碍了进一步的进展。

 

在过去的二十年里，分析的发展和方法的改进现在已经扩展了高精度稳定同位素分析几乎整个元素周期表的可行性，从而引发了一个新的科学领域的发展。本文综述了金属稳定同位素地球化学的研究现状，重点介绍了金属稳定同位素地球化学在环境地球化学中的应用。

 

这主要包括当今环境中金属和类金属的循环，与它们的重要作用有关：(1)作为地球表面过程的组成部分（如风化、成土作用），(2)作为生物体的营养物质（如植物、微生物），以及(3)作为人类活动的结果（如工业或采矿源的排放）影响自然生态系统的污染物。

 

 

图1. 与稳定同位素研究有关的选定元素性质的元素周期表。 [1]

 

 

图2. 汞同位素系统分馏机制示意图。[1]

 

虽然金属同位素特征作为示踪剂在环境系统中的应用仍然受到许多过程中缺少分馏因素的阻碍，但科学领域在过去几年中取得了令人印象深刻的进展。

 

通过实验、理论和实地研究的结合，阐明了许多元素的重要参数和控制金属同位素分馏的原则，相互补充，形成了金属同位素地球化学的全面图景。整合所有三种方法的结果将使环境地球化学界能够进一步开发金属同位素分析的新工具，以解决重要的科学问题。

 

尽管如此，金属同位素特征作为示踪剂的应用仍然具有挑战性，特别是在受多种过程和金属来源影响的复杂系统中。在许多情况下，金属同位素方法在已经使用其他方法（例如浓度、物种形成）进行表征的系统中最为有效，并且对选定样品的金属同位素比率进行分析可以检验先前确定的假设。

 

[1] Wiederhold, J. G. (2015). Metal Stable Isotope Signatures as Tracers in Environmental Geochemistry. Environmental Science & Technology, 49(5), 2606-2624.

 

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