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基于光功率放大离轴腔增强光谱技术的甲烷碳同位素测量

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光学学报 2024年第5期44卷 271-280页

作者：余润磬夏滑孙鹏帅庞涛吴边张志荣中国科学技术大学环境科学与光电技术学院安徽合肥230026 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室安徽合肥230031 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室安徽合肥230031 国防科技大学先进激光技术安徽省实验室安徽合肥230037

使用中心波长为1658.7 nm的可调谐半导体分布反馈式(DFB)激光器,基于离轴积分腔光谱(OA-ICOS)技术,对激光器调谐范围内的甲烷稳定碳同位素分子13CH4和12CH4的光谱进行同时测量。选取光纤耦合助推光放大器(BOA)实现激光器输出光功率的有... 详细信息

使用中心波长为1658.7 nm的可调谐半导体分布反馈式(DFB)激光器,基于离轴积分腔光谱(OA-ICOS)技术,对激光器调谐范围内的甲烷稳定碳同位素分子13CH4和12CH4的光谱进行同时测量。选取光纤耦合助推光放大器(BOA)实现激光器输出光功率的有效放大,在保证积分腔的模式噪声不变的情况下,提高了探测器的可探测光功率,显著增加了有效光程长度,进一步提高了测量结果的信噪比。最后,通过对体积分数为500×10^(-6)的CH4标准气体进行长时间测量,当平均时间达到663 s时,同位素δ(13C)的探测极限达到0.56‰。该技术可为大气环境下甲烷中碳稳定同位素的测量提供参考。

关键词：光谱学光功率放大器离轴积分腔输出光谱技术甲烷碳同位素

三峡库区表层沉积物有机碳、氮同位素特征及对有机质来源的指示

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水资源保护 2023年第6期39卷 160-168,194页

作者：茅昌平肖衡王帅贾志敏王耀饶文波河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100 黄河生态环境科学研究所河南郑州450003

为了阐明三峡库区表层沉积物有机质来源及其季节变化,基于2017年测定的三峡库区夏季和冬季干、支流表层沉积物样品中总有机碳(TOC)和总氮(TN)质量分数以及δ^(13)C_(org)和δ^(15)N,根据δ^(13)C_(org)和碳氮比确定了有机质来源范围,并... 详细信息

为了阐明三峡库区表层沉积物有机质来源及其季节变化,基于2017年测定的三峡库区夏季和冬季干、支流表层沉积物样品中总有机碳(TOC)和总氮(TN)质量分数以及δ^(13)C_(org)和δ^(15)N,根据δ^(13)C_(org)和碳氮比确定了有机质来源范围,并运用δ^(15)N进行辅助分析,利用贝叶斯混合模型量化了三峡库区内有机质不同来源的贡献。结果表明:三峡库区表层沉积物中TOC和TN质量分数分别为0.79%~1.46%和0.07%~0.13%,夏季TOC质量分数略低于冬季,TN质量分数无季节差异;δ^(13)C_(org)和δ^(15)N值的范围分别为-26.35‰~-24.70‰和2.59‰~5.67‰,无季节差异;三峡库区表层沉积物有机质夏季主要来自土壤有机质和河流浮游生物,冬季以土壤有机质和水生维管束植物为主;两个季节污水有机质来源占比均处于第4位,三峡库区存在明显外源污染,主要与人工氮肥和生活污水有关,不存在明显季节变化。

关键词：表层沉积物碳同位素氮同位素有机质三峡库区

沈北煤田煤中琥珀的植物来源和稳定同位素的古环境意义

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地质学报 2023年第8期97卷 2445-2458页

作者：刘帮军田泽奇李鸿豆郭旭赵巧静石志祥郭文牧张宁 AchimBECHTEL Maksim GBLOKHIN 孙玉壮赵存良河北工程大学地球科学与工程学院河北邯郸056038 河北省资源勘测重点实验室河北邯郸056038 河北省煤炭资源综合开发与利用协同创新中心河北邯郸056038 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 辽宁省地矿集团能源地质有限责任公司辽宁沈阳110000 莱奥本矿业大学应用地球科学与地球物理系奥地利莱奥本8700 俄罗斯科学院远东分院远东地质所俄罗斯海参崴690022

琥珀是由古代植物代谢产生的树脂聚合物形成的化石。琥珀中的有机质保存环境稳定、封闭,能很好地记载其形成时期的古植物和古环境等信息。本次研究运用气象色谱质谱联用仪(GC-MS)和元素分析稳定同位素质谱仪(EA-IRMS)等测试方法,研究了... 详细信息

琥珀是由古代植物代谢产生的树脂聚合物形成的化石。琥珀中的有机质保存环境稳定、封闭,能很好地记载其形成时期的古植物和古环境等信息。本次研究运用气象色谱质谱联用仪(GC-MS)和元素分析稳定同位素质谱仪(EA-IRMS)等测试方法,研究了沈北煤田煤中琥珀的有机地球化学组成、稳定同位素和化合物单体碳同位素特征。结果表明,琥珀中的饱和烃以二萜化合物为主(占73.45%),芳香烃以松香烷型化合物为主(56.17%);高含量的贝壳杉烷、雪松烷、扁枝烷和松香烷型化合物指示琥珀来源于松柏类植物,且以柏科植物为主。沈北琥珀的δ^(13)C值为-22.8‰~-21.2‰,与同时期其他地区琥珀的δ^(13)C值相似;氢同位素变化范围较小(-297.2‰~-276.0‰),氧同位素值为17.4‰~31.6‰。琥珀的稳定同位素组成(碳、氢和氧)进一步证明琥珀来源于裸子植物。琥珀的δ^(13)C值主要与其形成时的全球气温变化和大气组成有关。沈北琥珀的氢和氧同位素组成主要受植物种类(松柏类)以及植物生长的局部气温和降水条件有关。琥珀稳定碳同位素有望成为研究古气候和古大气组成的良好载体,琥珀的氢和氧同位素可以反映形成时期的古环境条件,但仍需进一步深入研究。

关键词：琥珀碳同位素植物来源始新世古环境

气相色谱-燃烧-同位素比质谱法测定鱿鱼中甲醛稳定碳同位素比值

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中国食品学报 2022年第2期22卷 337-344页

作者：韩莉余婷婷刘迪王会霞江丰湖北省食品质量安全监督检验研究院武汉430074

建立了一种气相色谱-燃烧-同位素比质谱法(GC/C/IRMS)测定鱿鱼中甲醛(FA)稳定碳同位素比值的方法。鱿鱼样品经水充分提取后,高速离心除油脂,上清液与2,4-二硝基苯肼在酸性、60℃条件下发生液相衍生化反应1 h,衍生液经正己烷萃取,氮吹干... 详细信息

建立了一种气相色谱-燃烧-同位素比质谱法(GC/C/IRMS)测定鱿鱼中甲醛(FA)稳定碳同位素比值的方法。鱿鱼样品经水充分提取后,高速离心除油脂,上清液与2,4-二硝基苯肼在酸性、60℃条件下发生液相衍生化反应1 h,衍生液经正己烷萃取,氮吹干后复溶即可进行稳定碳同位素测试。二氯甲烷、甲醇、正己烷、乙腈均可作为衍生产物甲醛2,4二硝基苯腙的同位素测试的溶剂。甲醛的衍生化反应未发生碳同位素分馏,由质量平衡方程计算得到的衍生产物甲醛2,4二硝基苯腙的δ^(13)C值与实测值差值的标准偏差为0.215‰。分析9个市售不同产地鱿鱼中甲醛的含量为0.341~39.132 mg/kg,内脏部分含量较高。甲醛含量较高的2、3、4、5号样品δ^(13)C值差异高达23.653‰。水产品中甲醛稳定碳同位素指纹特征可作为其来源解析的特征性指标。

关键词：气相色谱-燃烧-同位素比质谱法鱿鱼甲醛碳同位素源解析

碳氮氧同位素解析典型岩溶流域地下水中硝酸盐来源与归趋

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环境科学 2021年第5期42卷 2268-2275页

作者：任坤潘晓东梁嘉鹏彭聪曾洁中国地质科学院岩溶地质研究所桂林541004 自然资源部/广西岩溶动力学重点实验室桂林541004

利用多同位素(C、N和O)和水化学方法解析贵州八步地下河流域水体中硝酸盐(NO_(3)^(-))来源与转化过程,利用SIAR模型定量计算NO_(3)^(-)不同输入端的贡献比例.结果表明,研究区地下水NO_(3)^(-)污染严重,近38%的地下水样品NO_(3)^(-)超过... 详细信息

利用多同位素(C、N和O)和水化学方法解析贵州八步地下河流域水体中硝酸盐(NO_(3)^(-))来源与转化过程,利用SIAR模型定量计算NO_(3)^(-)不同输入端的贡献比例.结果表明,研究区地下水NO_(3)^(-)污染严重,近38%的地下水样品NO_(3)^(-)超过饮用水限值.地下水的δ^(15)N-NO_(3)值介于2.3‰~30.33‰,均值9.68‰,δ^(18)O-NO_(3)值介于2.65‰~13.73‰,均值6.64‰,δ^(18)O-H_(2)O值介于-8.83‰~-7.37‰,均值-8.18‰.同位素组成(δ^(15)N-NO_(3)、δ^(18)O-NO_(3)和δ^(18)O-H_(2)O)指示硝化作用主导着流域内氮素循环.硝化作用产生的硝酸加速了碳酸盐岩溶解,导致地下水中δ^(13)CDIC与δ^(15)N-NO_(3)存在显著负相关性(P<0.001),说明δ^(13)CDIC与δ^(15)N-NO_(3)相结合是判断岩溶水中NO_(3)^(-)转化的有效手段.地下水和地表水中NO_(3)^(-)主要来源于土壤氮、粪肥污水和铵态氮肥料,其对地下水中NO_(3)^(-)贡献率分别为36.19%、33.71%和30.1%,对地表水贡献率分别为39.15%、36.08%和24.77%.岩溶流域内污水处理应同时去除污水中的NO_(3)^(-)和NH_(4)^(+),农业区应科学施肥,以有效降低地下水中NO_(3)^(-)的补给通量.

关键词：硝酸盐氮氧同位素碳同位素 SIAR模型来源解析岩溶水

川西南轿顶山地区中—上奥陶统牙形石生物地层和碳同位素地层研究

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地质学报 2023年第6期97卷 1741-1752页

作者：马雪莹邓胜徽李旭王晓梅樊如卢远征罗忠苏楠孙燕琪李峰峰中国石油勘探开发研究院北京100083 提高采收率国家重点实验室北京100083 中国石油天然气集团公司油气储层重点实验室北京100083 中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司第四采气厂内蒙古鄂尔多斯017399

以上扬子台地西缘轿顶山地区中—上奥陶统宝塔组灰岩为研究对象,连续不间断采集化石样品,识别出牙形石15属20种,并据此识别出3个可与国内外同期地层直接对比的牙形石带,从下到上依次是Amorphognathus tvaerensis带,Hamarodus brevirameu... 详细信息

以上扬子台地西缘轿顶山地区中—上奥陶统宝塔组灰岩为研究对象,连续不间断采集化石样品,识别出牙形石15属20种,并据此识别出3个可与国内外同期地层直接对比的牙形石带,从下到上依次是Amorphognathus tvaerensis带,Hamarodus brevirameus带,和Protopanderodus insculptus带,研究剖面宝塔组下部与邻区同期地层连续的牙形石带相比缺少1~2个带。另外,通过高精度采集碳、氧同位素样品,在研究剖面宝塔组发现δ^(13)C记录序列中存在同位素正漂移异常,且包含3个次一级峰值,峰值范围在2.0‰~3.0‰之间,同期正漂移异常也出现在上扬子台地东部和南部,该异常开始发生层位在上扬子台地均在牙形石Hamarodus brevirameus的首现层位,正漂移异常持续时段跨两个牙形石带(H.brevirameus带和P.inscrulptus带下部)。该同位素异常事件除了可以在上扬子台地内部很好对比外,也可对比塔里木盆地西缘柯坪地区其浪组中的三个次一级峰值的δ^(13)C同位素正漂移异常事件,其浪组发育正漂移事件的地层厚度较大,沉积速率较上扬子台地高。研究地层中牙形石记录和碳、氧同位素曲线均显示,研究区宝塔组下部存在地层缺失,与下伏地层呈不整合接触关系,且地层缺失量比中扬子地区略少。

关键词：碳同位素氧同位素牙形石地层对比宝塔组奥陶系上扬子台地

雅鲁藏布江中上游地区表土碳同位素变化及其影响因素初探

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冰川冻土 2022年第4期44卷 1130-1139页

作者：王树源范义姣杨军怀陈梓炫田伟东高福元夏敦胜兰州大学资源环境学院西部环境教育部重点实验室甘肃兰州730000 兰州城市学院城市环境学院甘肃兰州730070

土壤有机碳同位素组成( δ^(13)C)记录的环境信息对研究气候与环境变化至关重要,然而高海拔地区土壤 δ^(13)C对气候变化的响应机制尚不明确。对青藏高原南部雅鲁藏布江中上游地区(海拔3500~5100 m)的36个表土样品进行了 δ^(13)C系统分... 详细信息

土壤有机碳同位素组成( δ^(13)C)记录的环境信息对研究气候与环境变化至关重要,然而高海拔地区土壤 δ^(13)C对气候变化的响应机制尚不明确。对青藏高原南部雅鲁藏布江中上游地区(海拔3500~5100 m)的36个表土样品进行了 δ^(13)C系统分析,并讨论了其对气候因素的响应。结果表明:表土 δ^(13)C值分布在-24.6‰~-15.2‰范围之间,平均值为-20.8‰,指示了地上植被为C_(3)/C_(4)混合植被类型。随着海拔的升高,C_(4)植物比例减少,C_(3)植物比例增加,这种比例变化主导了该区域表土 δ^(13)C的组成差异。海拔每升高100 m, δ^(13)C值偏负0.5‰。进一步分析说明,生长季温度可能是影响该区域表土 δ^(13)C变化的主要气候因子,降水、大气压等对 δ^(13)C值的贡献较低。

关键词：碳同位素温度降水表土雅鲁藏布江

四川盆地及周缘震旦系灯影组岩性—碳同位素地层划分及意义

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古地理学报 2023年第6期25卷 1347-1363页

作者：陈明思张本健李智武刘树根李勇宋金民王瀚蒋航王林康徐少立丁一成都理工大学沉积地质研究院四川成都610059 中国石油西南油气田公司勘探开发研究院四川成都610041 成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室四川成都610059 西华大学四川成都610039

四川盆地及周缘地区灯影组厚度变化巨大,给地层划分与对比带来极大困难;同时,绵阳—长宁拉张槽成因问题的实质也是地层归属不清。在此背景下,基于2条露头和3口钻井开展了系统的岩性—碳同位素地层划分对比工作,将灯影组划分为6个可等时... 详细信息

四川盆地及周缘地区灯影组厚度变化巨大,给地层划分与对比带来极大困难;同时,绵阳—长宁拉张槽成因问题的实质也是地层归属不清。在此背景下,基于2条露头和3口钻井开展了系统的岩性—碳同位素地层划分对比工作,将灯影组划分为6个可等时对比的岩性段,共包含3次碳同位素正偏(DP1、DP2、DP3)和3次碳同位素负偏(DN1、DN2、DN3)。地层划分结果为:(1)灯一段以泥晶白云岩为特征;(2)灯二下亚段发育各种藻白云岩,伴生葡萄状构造,且下部发育DP1碳同位素正偏,中部发育DN1碳同位素负偏,上部向DP2碳同位素正偏过渡;(3)灯二上亚段岩性为泥晶白云岩夹少量藻白云岩,下部发育DP2碳同位素正偏,中上部发育DN2碳同位素负偏,且该亚段中部在局部地区发育混合沉积;(4)灯三段普遍具有混积特征,局部地区为碎屑岩,发育特征管状化石;(5)灯四下亚段以大套泥晶白云岩为特征,碳同位素稳定在1‰左右,上部向DP3碳同位素正偏过渡;(6)灯四上亚段主要发育藻纹层白云岩和叠层石白云岩,底部见DP3碳同位素正偏,向上逐渐负偏过渡为DN3。地层对比发现,灯二上亚段顶部的不整合面可对应547 Ma左右的冰期,灯四段顶部的不整合面对应震旦纪—寒武纪之交(541 Ma左右)的冰川事件。位于绵阳—长宁拉张槽内部的蓬探1井、蓬深3井不同程度地缺失灯二上亚段之上的地层,缺失厚度可达600 m以上(缺至灯二下亚段底部),且上覆麦地坪组厚度最大、最完整,说明绵阳—长宁拉张槽的主体形成时间可以约束到灯二下亚段底部沉积之后和拉张槽内部麦地坪组开始沉积之前。

关键词：四川盆地灯影组碳同位素地层划分对比绵阳—长宁拉张槽

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碳同位素标记法鉴别芳烃降解菌研究

中国石油大学学报（自然科学版） 2015年第6期39卷 57-62页

作者：胡恒宇赵东风刘春爽中国石油大学化学工程学院山东青岛266580

从油田采出水中富集培养石油烃降解菌,利用^(13) C标记的甲苯作为碳源和变性梯度凝胶电泳技术,从中鉴定和考察能够降解甲苯的细菌群落。结果表明:从采出水中富集培养的复合菌群经过500d的厌氧降解,对石油烃降解率达到36.4%,甲烷产量为20... 详细信息

从油田采出水中富集培养石油烃降解菌,利用^(13) C标记的甲苯作为碳源和变性梯度凝胶电泳技术,从中鉴定和考察能够降解甲苯的细菌群落。结果表明:从采出水中富集培养的复合菌群经过500d的厌氧降解,对石油烃降解率达到36.4%,甲烷产量为201.2μmol;以^(13) C标记的甲苯为碳源,经过60d的培养,复合菌群对其降解率达到67%,12 C标记的甲苯降解率为69%,两种碳源标记甲苯的降解率差异不显著;将离心中的重带^(13) C-DNA片段回收测序,鉴别出3种芳烃降解菌。

关键词：碳同位素菌株鉴定 CsCl密度梯度 DGGE分析芳烃