Guidebook on the Use of Chlorofluorocarbons in Hydrology 2004 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Intl Atomic Energy Agency

作者:

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页数:277

译者:

出版时间:2005-6-15

价格:USD 70.50

装帧:Paperback

isbn号码:9789201008053

丛书系列:

图书标签:

• Chlorofluorocarbons
• Hydrology
• Tracer
• Environmental Science
• Water Resources
• Isotope Hydrology
• Groundwater
• Surface Water
• 2004
• Guidebook

水文学中的氯氟烃应用指南 2004 引言 氯氟烃（CFCs）作为一种高效、稳定且易于获得的化学物质，在20世纪中叶被广泛应用于包括制冷、气溶胶推进剂、发泡剂和溶剂在内的众多工业领域。然而，随着科学研究的深入，其对平流层臭氧层的破坏作用逐渐显现，并被证实是导致臭氧层空洞的主要元凶。国际社会为应对这一严峻的环境挑战，于1987年签署了《蒙特利尔议定书》，逐步淘汰和限制了CFCs的生产和使用。 尽管如此，在某些特定的科学研究领域，尤其是在对环境影响的长期监测和追溯方面，某些旧有的CFCs应用痕迹仍然具有研究价值。本书《水文学中的氯氟烃应用指南 2004》正是聚焦于这一特定时期（2004年），探讨CFCs在水文学研究中的应用，以及对相关研究人员、科学家和环境工程师提供一份详实的参考。需要强调的是，本书的重点并非推广CFCs的使用，而是基于历史背景，为理解和分析特定时期水体中CFCs存在的意义、来源、迁移和归宿提供理论依据和实践指导。 第一章：氯氟烃（CFCs）的化学性质与环境行为 本章将深入介绍CFCs的基本化学结构、物理性质以及其在环境中的行为特征。我们将详细阐述不同类型CFCs（如CFC-11、CFC-12、CFC-113等）的分子式、沸点、蒸气压、溶解度等关键参数，并探讨这些性质如何影响它们在大气、水体和土壤中的分布与迁移。 CFCs的分子结构与稳定性： 阐述CFCs中碳-氟和碳-氯键的特性，解释其极高的化学稳定性和惰性，这也是其能够长时间存在于环境中的重要原因。 CFCs在大气中的迁移与转化： 描述CFCs如何从地表排放进入大气，以及其在大气层中的长距离输送过程。着重分析CFCs在平流层的光解作用，以及由此产生的氯自由基对臭氧的催化破坏机理。 CFCs在水体中的溶解与挥发： 探讨CFCs在不同温度、盐度和压力下的溶解度变化，以及它们从水体向大气挥发的动力学过程。 CFCs在土壤与沉积物中的吸附与降解： 分析CFCs与土壤有机质和矿物质的吸附作用，以及其在不同环境介质中可能发生的（尽管非常缓慢的）生物降解或化学转化过程。 第二章：水文学研究中CFCs的应用历史与理论基础 本章将回顾CFCs在水文学研究中曾被应用的背景，并深入剖析其应用的理论基础。主要关注在2004年及之前，CFCs如何被用作示踪剂来研究水体的来源、混合、滞留时间和流速等关键水文过程。 CFCs作为理想示踪剂的特性： 惰性与稳定性： 强调CFCs在水圈中的化学惰性，使其在注入后不易发生化学反应，能够忠实地记录其迁移过程。 广泛的来源与痕量存在： 尽管在全球范围内受到限制，但在特定时期，CFCs的工业排放导致其在大气中具有一定浓度，并能通过大气沉降进入水体，为示踪研究提供了背景信号。 易于检测： 随着气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）的发展，CFCs在痕量水平下也能被精确检测，为定量分析提供了技术保障。 CFCs在地下水示踪中的应用： 地下水年龄测定： 讲解如何利用CFCs在地下水中的浓度与已知的大气背景浓度以及其衰减速率（尽管在水体中非常缓慢）来估算地下水的“年龄”，即地下水在地下停留的时间。 地下水流速与流向指示： 通过在不同监测井中检测到CFCs浓度随时间或空间的变化，可以推断地下水的流速和流向。 地下水补给源识别： 分析不同地表水体（如河流、湖泊）中CFCs的浓度差异，可以帮助识别地下水的补给来源。 CFCs在地表水示踪中的应用： 湖泊与水库的混合与滞留时间研究： 阐述CFCs如何被用于研究湖泊和水库内部的水体混合过程，以及水体在其中的滞留时间。 河流的混合与稀释过程： 分析CFCs在河流中的注入、稀释和混合过程，以评估污染物扩散或水体传输效率。 海洋环流研究的早期应用： 简要提及CFCs在早期海洋环流示踪研究中的一些探索性应用。 第三章：2004年水文学研究中CFCs的检测方法与仪器 本章将聚焦于2004年左右，在水文学研究中用于CFCs检测的主流方法和关键仪器。详细介绍样品采集、预处理、以及分析过程的技术细节。 样品采集技术： 地下水采样： 阐述使用低扰动采样技术（如低流速采样、负压采样）的重要性，以避免CFCs从水中挥发损失。讨论不同采样器（如低流速采样器、集成采样器）的选择。 地表水采样： 介绍地表水采样时需要注意的避免挥发和交叉污染的问题，以及不同深度、不同水体（如河流、湖泊）的采样策略。 样品保存与运输： 强调样品采集后及时密封、冷藏保存，以及在运输过程中应避免温度升高和剧烈震动，以保证样品的代表性。 样品预处理技术： 顶空萃取（Headspace Extraction）： 详细介绍顶空萃取的基本原理，以及在CFCs分析中的具体操作步骤，包括加热温度、平衡时间等参数的优化。 吹扫捕集（Purge and Trap）： 阐述吹扫捕集技术如何将溶解在水中的CFCs通过惰性气体吹扫出来，并被吸附剂捕集，然后加热解析进行分析。 固相微萃取（Solid Phase Microextraction, SPME）： 介绍SPME作为一种样品预处理技术，如何通过特制纤维吸附CFCs，从而实现样品富集和直接进样。 分析仪器与技术： 气相色谱（Gas Chromatography, GC）： 介绍GC在分离CFCs混合物中的作用，包括不同色谱柱（如毛细管柱、填充柱）的选择以及载气、进样口温度等条件。 电子捕获检测器（Electron Capture Detector, ECD）： 阐述ECD作为一种高灵敏度的检测器，对含卤素化合物（如CFCs）的检测优势，以及其工作原理和响应特性。 质谱联用技术（Gas Chromatography-Mass Spectrometry, GC-MS）： 详细介绍GC-MS联用技术在CFCs鉴定和定量分析中的强大能力，包括质谱的碎片模式在化合物确证中的应用。 痕量分析技术： 讨论在2004年背景下，实现CFCs痕量分析所面临的技术挑战，以及相应的检测限和可靠性评估。 第四章：CFCs水文学示踪研究的案例分析与数据解释（2004年视角） 本章将通过选取2004年或其前后完成的、具有代表性的CFCs水文学示踪研究案例，来具体说明CFCs示踪的应用过程、数据解释以及研究成果。这些案例将涵盖不同类型的研究场景。 案例一：华北某盆地地下水年龄与补给来源研究 研究背景与目标： 介绍该盆地地下水资源开发利用现状，以及研究CFCs在地下水年龄测定和补给来源识别方面的意义。 采样设计与数据采集： 详细描述采样点的布设，以及在不同监测井中采集的CFC-11、CFC-12等化合物的浓度数据。 数据处理与分析： 讲解如何利用CFCs浓度数据，结合大气背景浓度数据，计算地下水年龄。分析不同区域CFCs浓度差异，推断补给来源。 研究结论与讨论： 总结该研究在地下水资源管理方面的指导意义，以及CFCs示踪在识别老水和新生水混合程度方面的作用。 案例二：某湖泊滞留时间与水体混合过程研究 研究背景与目标： 阐述该湖泊的水质问题或生态保护需求，以及利用CFCs研究其水体滞留时间与混合效率的必要性。 CFCs注入与监测： 描述在湖泊特定区域注入CFCs示踪剂，或利用已有的、随时间变化的大气沉降痕迹进行监测。 浓度剖面与时间序列分析： 展示不同深度或不同监测点的CFCs浓度随时间的变化图，分析其扩散和稀释过程。 滞留时间估算与结论： 基于CFCs浓度衰减或空间分布特征，估算出湖泊的平均滞留时间，并讨论水体混合的程度和可能的混合模式。 案例三：某河流沿岸地下水与地表水交互研究 研究背景与目标： 探讨河流对地下水补给或排泄的影响，以及CFCs在揭示两者交互过程中的潜力。 跨介质采样： 介绍在河流和邻近地下水井中同时进行CFCs采样。 浓度梯度分析： 分析河流和地下水中CFCs浓度差异，推断地下水是否受到河水（或河水是否受到地下水）的补给或排泄。 研究启示： 结合其他水文地球化学参数，讨论CFCs示踪在该类研究中的辅助作用。 第五章：CFCs在水文学研究中的局限性、挑战与未来展望（基于2004年视角） 本章将客观评价CFCs在水文学研究中的应用所面临的局限性和挑战，并结合2004年左右的技术和环境背景，展望其潜在的发展方向。 CFCs作为示踪剂的局限性： 有限的示踪窗口： CFCs的大气浓度自《蒙特利尔议定书》实施以来持续下降，这限制了其作为示踪剂的应用范围和有效性，尤其是在需要精确测量低浓度或需要长期示踪的场景下。2004年，其大气浓度已明显低于早期。 非线性衰减与环境过程干扰： 尽管CFCs在水体中非常稳定，但在某些特定条件下（如极端pH、微生物活性），可能存在极微弱的转化，影响长期示踪的精确性。此外，水体中的物理过程（如稀释、扩散）可能掩盖示踪信号。 背景浓度复杂性： 地下水和地表水中可能存在不同来源或不同时期的CFCs痕迹，背景浓度估算困难，增加了数据解释的复杂性。 法规限制与替代品开发： 随着CFCs的全球淘汰，其可获得性越来越差，合规性问题也日益突出。研究人员需要寻找更易于获得且环境影响更小的替代示踪剂。 2004年面临的技术与实践挑战： 痕量分析的精度与稳定性： 在当时的技术条件下，实现 pptv（十亿分之一）甚至 ppqv（万亿分之一）级别的CFCs精确检测仍然是一项挑战，需要高超的操作技巧和先进的仪器设备。 数据解释的复杂性： 需要综合考虑多方面因素（如大气历史浓度、水文地质条件、采样误差等）才能准确解释CFCs示踪数据。 成本与时间投入： 高精度的CFCs分析通常需要专业实验室和较长的分析周期。 未来展望（以2004年为视角）： 与其他示踪剂的协同应用： 鼓励将CFCs与其他水文学示踪剂（如稳定同位素、惰性气体、氯化物、放射性同位素等）结合使用，以获取更全面、更可靠的水文信息。 模型与数值模拟的结合： 将CFCs示踪数据与水文模型相结合，可以更有效地模拟和预测水文过程。 对历史数据的解读： 关注如何利用已有的CFCs数据（尤其是在其排放量较高的时期），结合模型，反演和研究过去的水文过程。 技术进步的期待： 期待未来分析技术的进步，能够实现更低检测限、更高精度和更快速的CFCs分析。 对受限制物质的谨慎使用： 强调在进行任何涉及CFCs的研究时，都必须严格遵守相关的国际和地方法规，并充分评估其环境风险。 结论 《水文学中的氯氟烃应用指南 2004》旨在为2004年及之前的水文学研究者提供一份详实的技术手册和理论参考。本书侧重于CFCs在这一时期作为水文学示踪剂的科学应用，深入探讨了其化学性质、应用原理、检测方法、案例分析以及面临的局限性。本书的编写旨在帮助研究人员理解和利用CFCs在特定历史时期所能提供的宝贵水文信息，同时强调了在遵守环境法规的前提下，审慎地应用此类受限物质进行科学研究的必要性。本书的内容不代表对CFCs生产和使用的鼓励，而是对特定科学技术历史的记录和分析。

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