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氮同位素可应用于示踪水体中氮污染源及研究污染机理。目前,不同水体中,如湖泊、河流、地下水及雨水中硝态氮同位素已被广泛研究,然而铵态氮同位素相关研究较少,这在一定程度上是为铵态氮同位素测定方法所限,特别是测定铵态氮含量较低的水体中铵态氮同位素存在困难。本论文研究了扩散法测定铵态氮同位素实验过程的可能影响因素,通过条件实验对比,得出了最佳扩散条件。并且进一步采用离子交换树脂法预处理,分离、富集水体中铵态氮,可以满足铵态氮含量较低水体同位素分析需要。在此基础上,以西安周边7条河流为研究对象,初步探讨了这7条河流铵态氮同位素组成及意义。得出了以下结论:
1)扩散法测定水体铵态氮同位素的最佳实验条件是400 mL溶液(含铵态氮浓度范围为0.14 mg·L-1~7.25 mg·L-1)于40℃下振荡14天。在此实验条件下可保证样品中的铵态氮扩散完全,不会产生明显的同位素分馏,且无需对数据进行校正。
2)阳离子交换树脂法处理铵态氮含量低的水样时,应在尽量密闭的系统中进行,否则会导致空气氮对样品污染;配制洗脱液的KCl试剂需置马弗炉中于450℃灼烧24小时以上后使用;增大样品过柱速度至1.2L/h,可提高工作效率,避免污染。
3)西安周边7条河流中铵态氮组成和同位素变化的总体趋势是从上游到下游含量逐渐上升,同位素逐渐偏正。河流上游的同位素变化区间为-0.56‰~+2.69‰,可能的污染源为化肥;点源污染源的δ15N-NH4+值分别为+4.41‰和+5.42‰;其余采样点δ15N-NH4+值范围为+0.51‰~+20.80‰(平均值为+11.78‰,n=20)。河流中下游样品δ15N-NH4+值与人和动物排泄物氮的δ15N值接近,故判断高δ15N-NH4+值可能是随着河流沿岸居住人口增加,人畜粪便的大量排入所致。
利用EA-IRMS测定了高碳氮比植物样品氮同位素,但是该样品很难在EA中完全反应,故会产生同位素分馏。通过添加一定比例助燃剂氧化铜,可解决此问题,使EA-IRMS准确地测定高碳氮比植物样品中的氮同位素。该实验有助于今后分析和讨论陆地植物氮源对河流贡献。