0 引言

Cd元素是一种毒性较强，广泛存在于环境当中的一种有害元素。Cd元素具备化学活性较强、移动性较大、毒性持久等特点，通过食物链的不断富集容易威胁人类的身体健康。Cd元素在地壳中主要以硫化物的形式存储在各类锌(Zn)、铅(Pb)和铜(Cu)矿当中，也是锌矿冶炼得到的副产物，广泛应用于冶金工业、电镀工业当中，还有相当一部分的Cd元素通过废气、废水等排放到自然环境当中，造成严重的环境污染。

通过国内外的研究学者对Cd元素的研究得出，Cd元素的分馏是始终贯穿在复杂的生物演化、物理及化学过程中，Cd同位素在其演化的过程中分馏效应呈现出方向单一性，使得在不同地域或演化过程中呈现较为明显的分异现象，并携带者整个过程中的所有相关信息，具有一定的表征特性[1]。Cd同位素是指具有相同质子数、不同中子数的Cd元素的不同核素。随着该领域研究学者的不断深入探究，发展并认证Cd同位素的存在，并以此为基础展开了对Cd同位素技术的研究。随着该技术的不断拓展，目前Cd同位素技术已经被广泛应用于农业、生态、环境、水利、医疗等众多领域中，用于探究不同领域各事物的演化特征及具体信息[2]。基于此，为了进一步探究自然环境演化过程，查明污染源并对源头加以控制，本文开展Cd同位素技术在环境科学研究中的应用。

1 环境试样Cd同位素纯化分离

为了保证后续对环境科学研究中，环境试样Cd同位素的测定结果准确性和测定精度，首先需要对环境样品Cd同位素进行纯化分离处理，以此将样品中的干扰离子清除。表1为Cd同位素测定过程中容易对结果产生干扰的同质异位素及分子成分。

表1 对结果产生干扰的同质异位素及分子成分Cd同位素质量数 Cd元素丰度 同质异位素干扰成分成分1 成分2 成分3 105 0.97%23.57%— —110 12.67%— 0.57% 6.75%115 24.55%—8.27%—118 6.27% 5.27% 8.67% —

由表1可以看出，影响Cd同位素测定结果的主要同质异位素干扰成分包括三种类型，三种不同成分及其所引发的基质效应会使Cd同位素技术应用无法达到预计效果[3]。目前Cd同位素的纯化分离操作涉及到土壤环境、岩石环境、海水环境、沉积物环境以及少部分含有海水生物的环境。针对不同环境下的Cd同位素环境试样纯化分离方法可选择根据试样中Cd元素具体含量及存在形态，结合阴离子交换树脂的方法对其进行纯化分离。

首先，针对海水环境试样的Cd同位素纯化分离操作。第一步，对试样进行浓缩富集处理，并对其中固体成分需进行消解并去除其中有机质再浓缩富集。选用13.5mol/L盐酸溶液对试样酸化处理，再使其通过型号为AG 2—X6的阴离子交换树脂，并在这一过程进行时，向阴离子交换树脂中添加2.0mol/L盐酸溶液对树脂洗涤，再加入0.45mol/L硝酸溶液进行洗脱处理，并采集最终形成的Cd溶液。第二步，再将处理后得到的Cd溶液转化为溴化物，再次将其通过型号为AG 2—X6的阴离子交换树脂，并向其中添加硝酸与氢溴酸的混合溶液进行二次洗脱，收集最终得到的Cd溶液，在整个纯化分离过程中，空白处中的Cd含量应当控制在10pg～15pg范围内。

其次，针对土壤、岩石等固体环境试样的Cd同位素可选择硝酸(HNO3)—氢氟酸(HF)—盐酸(HCl)以及过氧化氢(H2O2)的方法消解。第一步，选择不同浓度的盐酸溶液对试样洗涤。第二步，再利用硝酸及硝酸与氢溴酸的混合溶液对洗涤后的试样进行洗脱处理，在整个Cd离子纯化过程中Cd同位素的分馏值应当控制在-1.50 εCd/amu～-1.0εCd/amu范围之间。为了使Cd同位素的回收率进一步提高，还可以采用离子交换树脂单柱法，在上述操作的基础上进行优化，将用于洗涤的盐酸溶液的浓度进行调整，将0.015mol/L的氯化氢溶液与0.055mol/L的氯化氢溶液原始洗涤顺序进行调换，以此可有效提高Cd同位素的回收率。通过大量实践得出，这种纯化分离方法可有效提高原有纯化分离方法中Cd同位素回收率的5%以上，甚至使回收率高达99.78%。通过该纯化分离方法可实现单柱将铅Pb元素与Cd同位素的单独洗脱，虽然在实际操作过程中有少部分的Cd同位素被分馏，但其最大误差也均在误差允许的范围以内。

2 Cd同位素质量测定及歧视校正

Cd同位素质量测定所需的测定设备包括电热离子质谱仪和多接受电感耦合设备等，在电离的过程中Cd同位素的分馏效应会严重造成测定结果的失真现象。因此，通过测定设备得到环境试样中Cd同位素质量后，还需根据不同测定方法对其进行歧视校正处理。Cd同位素质量测定及歧视校正方法，根据实际环境科学研究需要可大致分为四种不同类型。第一种，试样与标准样交叉方法：在试样进行Cd同位素质量测定的前后阶段，分别进行标准试样测定，通过试样得到的测定结果对标准样结构进行归一化处理得到最终测定结果[4]。这种测定方法的歧视校正可采用热电离质谱仪与双稀释剂方法。第二种，Cd同位素内标法：将试样与标准样品均通过已知的同位素构成的元素标准对其进行标记，再通过多接收器电感耦合等离子体质谱设备对其进行测定，在测定过程中应当控制待测定的Cd同位素与内标元素的质量歧视程度完成相同。这种测定方法的歧视校正应当采用单边带调制(SSB)或单边带抑制载波(SSB-SC)矫正方法[5]。第三种，Cd同位素双稀释剂测定方法：在待测定的试样中添加已经确定组成成分的同位素双稀释剂，利用双稀释剂的分馏结果测定环境试样中Cd同位素的质量。这种方法采用可直接通过双稀释剂对测定结果进行歧视校正。第四种，多接收器电感耦合等离子体质谱法。上述三种测定方法对于试样的数量要求相对较高，若试样数量无法满足要求，则将会影响测定结果的精度。而采用多接收器电感耦合等离子体质谱法，可以有效克服上述问题，更适合对海水当中的微小Cd同位素分馏进行测定。利用该方法对1.5ng～4.5ng的Cd试样进行测定，即可达到0.21～0.82εCd/amu的精度范围。而上述三种测定方法为达到0.21～0.82εCd/amu精度，则需要100ng以上的Cd试样。这种测定方法同样也可采用双稀释剂法对其测定结果进行校正。