硫同位素法在SO2检测中的研究进展
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摘要：在对大气中二氧化硫（SO2）研究中，硫同位素法可有效检测SO2的来源、迁移行为和污染机理，对制定出有效可靠的SO2污染防治措施具有重要意义。
关键词：二氧化硫；硫同位素法；检测
Abstract: In study of sulfur dioxide (SO2), the source, migration behavior and fouling mechanism of SO2 can be effectively detected by sulfur isotope,and the experimental results show that the method is much effective and reliable to develop measures to prevent SO2 pollution.
Key words：sulfur dioxide; Sulfur isotope; detection
中图分类号： V448.25+1 文献标识码：A 文章编号：
0引言
二氧化硫（SO2）是大气对流层中重要的污染物之一，其在大气中氧化形成的硫酸盐气溶胶是城市大气细粒子的重要组成部分，也是酸沉降的重要来源之一。作为酸雨和细粒子的前体物，SO2对空气质量和人体健康乃至气候环境的影响十分重要，特别是在不利于扩散的气象条件下，SO2可能会造成城市短时间严重污染事件[1]。正是这一系列的酸雨、酸雾等污染事件对农作物、森林和土壤环境等造成巨大的影响，引起了国际社会的高度关注，科学家们也开展了相关的研究工作。最早科学家们的研究主要围绕欧洲和北美酸雨的形成、化学转化机制以及生态环境效应评估等方面[2]。同时，世界各国相继颁布相应的政策措施并实施一系列的研究计划。美国于1970年颁布《清洁空气法》，率先对二氧化硫进行控制以减少排放；1972年斯德哥尔摩人类环境大会上要求与会各国开展酸雨现象研究，并要求减少二氧化硫的排放；欧洲各国也为控制酸雨和减排二氧化硫进行长期的研究和探索，以保证污染源排放和环境空气质量达标；80年代，针对我国的SO2污染和酸雨危害问题，国内各主要城市相继开展了环境空气质量改善与评价方面的研究。
1 国外硫同位素法的研究应用
在早期二氧化硫研究中，方法的制约使研究无法解决SO2污染的来源问题，此时国际学术界一致认为，没有可靠的稳定硫同位素数据资料，就不能解决污染的来源问题。基于此，为了解析大气环境中硫的来源和迁移过程，Ostlund[3]于20世纪50年代末开始应用S同位素方法研究大气酸沉降问题，其研究结果显示出大气降水与海水的δ34S值存在明显的差异。随后，相继开展了一系列S同位素示踪的研究，Nakai 和 Jensen[4]测定了日本工业地区和非工业地区降水的硫同位素组成，结果显示工业地区降水的δ34S值在+3.2 ‰-+7.2 ‰之间，非工业地区在+12.3 ‰-+15.6 ‰之间；加拿大用硫同位素示踪阿尔伯特地区含硫酸性气体的排放和归宿[5]；美国用硫同位素研究东北部火力发电厂排放的含硫污染物的运动规律及其影响；澳大利亚用硫同位素研究半干旱及近海环境中硫酸盐和硫化物以及化石燃料燃烧释放的硫对大气环境的影响。此后，随着同位素测试方法的成熟，稳定硫同位素技术作为一种可靠的方法被广泛应用于大气沉降的研究中。Nielsen[6]通过分析已有的硫同位素资料，概括性地总结出大气环境中硫的主要来源及其δ34S值分布模式，极大地推进了大气环境中硫同位素研究工作。
2 国内硫同位素法的研究应用
国内这一领域的研究始于80年代中期，稳定硫同位素技术早期主要应用于矿产资源研究，在区域性或全球性环境变化方面的研究相对较为薄弱。作为国家“七五”酸雨攻关课题，洪业汤等对贵阳市酸雨硫同位素组成进行研究，获得了中国第一个雨水硫同位素组成时间序列，其结果表明贵阳地区雨水的δ34S值均为负值，全年降雨均以富集轻硫同位素为特征[7]，其归因于当地燃煤的硫含量高而δ34S值低。然而，张鸿斌等[8]的研究表明广州地区大气降水δ34S值主要为正值，这与我国西南地区大气降水中δ34S值主要为负值截然不同，同时也说明酸沉降中硫同位素组成具有明显区域特征。之后，在我国西南、华南及京津地区的一些城市相继开展S同位素示踪研究，并积累了大量的数据资料；刘广深等对贵阳市区和郊区大气颗粒物中硫的来源进行了对比研究，结果反映不同粒径的颗粒物硫的来源不同；日本国立环境研究所与包括中科院地化所等5家中国科研单位合作，分别测定了贵阳、北京、大连、长春、哈尔滨等城市大气中SO2的硫同位素组成，研究结果表明大多数北方城市大气中SO2的δ34S值约为+5 ‰，贵阳市大气中SO2的δ34S值则明显偏低，约为-3 ‰[9]；张鸿斌等[10]采用硫同位素示踪技术对华南地区酸沉降进行了研究，认为该地区的硫源分为人为成因硫、天然生物硫、海雾硫和远距离传输硫4种类型；肖化云等研究贵阳地区不同强度降雨的硫同位素组成特征，结果小雨和暴雨的δ34S值分别为-4.90 ‰和+4.59 ‰，显示不同类型雨水中硫素来源不同[11]；衡阳地区大气SO2的δ34S值为-3.48 ‰，降水的δ34S值为6.12 ‰，气溶胶的δ34S值为10.73 ‰，该结果不支持以长江为界大气降水硫同位素南北区域分异理论[12]；西安城市工业区和咸阳郊区大气降水硫同位素研究结果表明，降水中硫酸盐主要来源于燃煤的释放[13]；张苗云等对浙江省中部地区大气SO2和气溶胶硫酸盐的硫同位素组成的研究表明，大气SO2的δ34S值存在明显的季节性变化，相对湿度对大气SO2的氧化机制有着重要的影响[14]。总的来说，这些研究主要局限于大气干湿沉降方面（主要以降水和颗粒物为对象）的硫同位素组成的分析。由于受采样条件的限制，对大气中SO2气体的硫同位素研究相对较少，不完整的资料无法全面的诠释大气SO2迁移行为。
3 结论
总之，利用硫同位素的组成和时间序列作为环境变化的代用指标来研究气候和环境变化，已是当今环境科学普遍采用的研究方法之一。客观地说，国内关于大气环境中硫同位素研究仍相当缺乏，许多具体的观测和研究工作还没有广泛开展。虽然说采用硫同位素可以识别硫的不同来源，但是关于硫素的迁移行为以及不同来源的硫素对大气环境质量的相对贡献问题还没有很好解决，还需进一步开展更深入系统的研究。
参考文献
[1] 吉东生，王跃思，孙扬，等. 北京大气中SO2浓度变化特征[J]. 气候与环境研究，2009，14(1): 69-77.
[2] 张鸿斌，胡霭琴，卢承祖，等. 华南地区酸沉降的硫同位素组成及其环境意义[J]. 中国环境科学，2002，22(2):165-169.
[3] 姚文辉，陈佑蒲，刘坚，等. 衡阳大气硫同位素组成环境意义的研究[J]. 环境科学研究，2003，16(3): 3-5.
[4] 白莉，王中良. 西安城市工业区和咸阳郊区大气降水S同位素地球化学[J]. 地球化学，2009，38(3): 273-281.
[5] Zhang M Y, Wang S J, Ma G Q, et al. Sulfur isotopic composition and source identification of atmospheric environment in central Zhejiang, China [J]. Science China (earth sciences), 2010, 53(11): 1717-1725.
排版保留：基金项目：贵阳市大气环境中SO2来源及其迁移行为研究（黔科合J字[2011]2089号）.
作者简介：徐运贵，男，1974年生，湖南新宁人，硕士，主要从事环境监测工
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
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