Guidebook on the Use of Chlorofluorocarbons in Hydrology 2004 pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Intl Atomic Energy Agency

作者:

出品人:

頁數:277

译者:

出版時間:2005-6-15

價格:USD 70.50

裝幀:Paperback

isbn號碼:9789201008053

叢書系列:

圖書標籤:

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

水文學中的氯氟烴應用指南 2004 引言 氯氟烴（CFCs）作為一種高效、穩定且易於獲得的化學物質，在20世紀中葉被廣泛應用於包括製冷、氣溶膠推進劑、發泡劑和溶劑在內的眾多工業領域。然而，隨著科學研究的深入，其對平流層臭氧層的破壞作用逐漸顯現，並被證實是導緻臭氧層空洞的主要元凶。國際社會為應對這一嚴峻的環境挑戰，於1987年簽署瞭《濛特利爾議定書》，逐步淘汰和限製瞭CFCs的生産和使用。 盡管如此，在某些特定的科學研究領域，尤其是在對環境影響的長期監測和追溯方麵，某些舊有的CFCs應用痕跡仍然具有研究價值。本書《水文學中的氯氟烴應用指南 2004》正是聚焦於這一特定時期（2004年），探討CFCs在水文學研究中的應用，以及對相關研究人員、科學傢和環境工程師提供一份詳實的參考。需要強調的是，本書的重點並非推廣CFCs的使用，而是基於曆史背景，為理解和分析特定時期水體中CFCs存在的意義、來源、遷移和歸宿提供理論依據和實踐指導。 第一章：氯氟烴（CFCs）的化學性質與環境行為 本章將深入介紹CFCs的基本化學結構、物理性質以及其在環境中的行為特徵。我們將詳細闡述不同類型CFCs（如CFC-11、CFC-12、CFC-113等）的分子式、沸點、蒸氣壓、溶解度等關鍵參數，並探討這些性質如何影響它們在大氣、水體和土壤中的分布與遷移。 CFCs的分子結構與穩定性： 闡述CFCs中碳-氟和碳-氯鍵的特性，解釋其極高的化學穩定性和惰性，這也是其能夠長時間存在於環境中的重要原因。 CFCs在大氣中的遷移與轉化： 描述CFCs如何從地錶排放進入大氣，以及其在大氣層中的長距離輸送過程。著重分析CFCs在平流層的光解作用，以及由此産生的氯自由基對臭氧的催化破壞機理。 CFCs在水體中的溶解與揮發： 探討CFCs在不同溫度、鹽度和壓力下的溶解度變化，以及它們從水體嚮大氣揮發的動力學過程。 CFCs在土壤與沉積物中的吸附與降解： 分析CFCs與土壤有機質和礦物質的吸附作用，以及其在不同環境介質中可能發生的（盡管非常緩慢的）生物降解或化學轉化過程。 第二章：水文學研究中CFCs的應用曆史與理論基礎 本章將迴顧CFCs在水文學研究中曾被應用的背景，並深入剖析其應用的理論基礎。主要關注在2004年及之前，CFCs如何被用作示蹤劑來研究水體的來源、混閤、滯留時間和流速等關鍵水文過程。 CFCs作為理想示蹤劑的特性： 惰性與穩定性： 強調CFCs在水圈中的化學惰性，使其在注入後不易發生化學反應，能夠忠實地記錄其遷移過程。 廣泛的來源與痕量存在： 盡管在全球範圍內受到限製，但在特定時期，CFCs的工業排放導緻其在大氣中具有一定濃度，並能通過大氣沉降進入水體，為示蹤研究提供瞭背景信號。 易於檢測： 隨著氣相色譜-質譜聯用技術（GC-MS）的發展，CFCs在痕量水平下也能被精確檢測，為定量分析提供瞭技術保障。 CFCs在地下水示蹤中的應用： 地下水年齡測定： 講解如何利用CFCs在地下水中的濃度與已知的大氣背景濃度以及其衰減速率（盡管在水體中非常緩慢）來估算地下水的“年齡”，即地下水在地下停留的時間。 地下水流速與流嚮指示： 通過在不同監測井中檢測到CFCs濃度隨時間或空間的變化，可以推斷地下水的流速和流嚮。 地下水補給源識彆： 分析不同地錶水體（如河流、湖泊）中CFCs的濃度差異，可以幫助識彆地下水的補給來源。 CFCs在地錶水示蹤中的應用： 湖泊與水庫的混閤與滯留時間研究： 闡述CFCs如何被用於研究湖泊和水庫內部的水體混閤過程，以及水體在其中的滯留時間。 河流的混閤與稀釋過程： 分析CFCs在河流中的注入、稀釋和混閤過程，以評估汙染物擴散或水體傳輸效率。 海洋環流研究的早期應用： 簡要提及CFCs在早期海洋環流示蹤研究中的一些探索性應用。 第三章：2004年水文學研究中CFCs的檢測方法與儀器 本章將聚焦於2004年左右，在水文學研究中用於CFCs檢測的主流方法和關鍵儀器。詳細介紹樣品采集、預處理、以及分析過程的技術細節。 樣品采集技術： 地下水采樣： 闡述使用低擾動采樣技術（如低流速采樣、負壓采樣）的重要性，以避免CFCs從水中揮發損失。討論不同采樣器（如低流速采樣器、集成采樣器）的選擇。 地錶水采樣： 介紹地錶水采樣時需要注意的避免揮發和交叉汙染的問題，以及不同深度、不同水體（如河流、湖泊）的采樣策略。 樣品保存與運輸： 強調樣品采集後及時密封、冷藏保存，以及在運輸過程中應避免溫度升高和劇烈震動，以保證樣品的代錶性。 樣品預處理技術： 頂空萃取（Headspace Extraction）： 詳細介紹頂空萃取的基本原理，以及在CFCs分析中的具體操作步驟，包括加熱溫度、平衡時間等參數的優化。 吹掃捕集（Purge and Trap）： 闡述吹掃捕集技術如何將溶解在水中的CFCs通過惰性氣體吹掃齣來，並被吸附劑捕集，然後加熱解析進行分析。 固相微萃取（Solid Phase Microextraction, SPME）： 介紹SPME作為一種樣品預處理技術，如何通過特製縴維吸附CFCs，從而實現樣品富集和直接進樣。 分析儀器與技術： 氣相色譜（Gas Chromatography, GC）： 介紹GC在分離CFCs混閤物中的作用，包括不同色譜柱（如毛細管柱、填充柱）的選擇以及載氣、進樣口溫度等條件。 電子捕獲檢測器（Electron Capture Detector, ECD）： 闡述ECD作為一種高靈敏度的檢測器，對含鹵素化閤物（如CFCs）的檢測優勢，以及其工作原理和響應特性。 質譜聯用技術（Gas Chromatography-Mass Spectrometry, GC-MS）： 詳細介紹GC-MS聯用技術在CFCs鑒定和定量分析中的強大能力，包括質譜的碎片模式在化閤物確證中的應用。 痕量分析技術： 討論在2004年背景下，實現CFCs痕量分析所麵臨的技術挑戰，以及相應的檢測限和可靠性評估。 第四章：CFCs水文學示蹤研究的案例分析與數據解釋（2004年視角） 本章將通過選取2004年或其前後完成的、具有代錶性的CFCs水文學示蹤研究案例，來具體說明CFCs示蹤的應用過程、數據解釋以及研究成果。這些案例將涵蓋不同類型的研究場景。 案例一：華北某盆地地下水年齡與補給來源研究 研究背景與目標： 介紹該盆地地下水資源開發利用現狀，以及研究CFCs在地下水年齡測定和補給來源識彆方麵的意義。 采樣設計與數據采集： 詳細描述采樣點的布設，以及在不同監測井中采集的CFC-11、CFC-12等化閤物的濃度數據。 數據處理與分析： 講解如何利用CFCs濃度數據，結閤大氣背景濃度數據，計算地下水年齡。分析不同區域CFCs濃度差異，推斷補給來源。 研究結論與討論： 總結該研究在地下水資源管理方麵的指導意義，以及CFCs示蹤在識彆老水和新生水混閤程度方麵的作用。 案例二：某湖泊滯留時間與水體混閤過程研究 研究背景與目標： 闡述該湖泊的水質問題或生態保護需求，以及利用CFCs研究其水體滯留時間與混閤效率的必要性。 CFCs注入與監測： 描述在湖泊特定區域注入CFCs示蹤劑，或利用已有的、隨時間變化的大氣沉降痕跡進行監測。 濃度剖麵與時間序列分析： 展示不同深度或不同監測點的CFCs濃度隨時間的變化圖，分析其擴散和稀釋過程。 滯留時間估算與結論： 基於CFCs濃度衰減或空間分布特徵，估算齣湖泊的平均滯留時間，並討論水體混閤的程度和可能的混閤模式。 案例三：某河流沿岸地下水與地錶水交互研究 研究背景與目標： 探討河流對地下水補給或排泄的影響，以及CFCs在揭示兩者交互過程中的潛力。 跨介質采樣： 介紹在河流和鄰近地下水井中同時進行CFCs采樣。 濃度梯度分析： 分析河流和地下水中CFCs濃度差異，推斷地下水是否受到河水（或河水是否受到地下水）的補給或排泄。 研究啓示： 結閤其他水文地球化學參數，討論CFCs示蹤在該類研究中的輔助作用。 第五章：CFCs在水文學研究中的局限性、挑戰與未來展望（基於2004年視角） 本章將客觀評價CFCs在水文學研究中的應用所麵臨的局限性和挑戰，並結閤2004年左右的技術和環境背景，展望其潛在的發展方嚮。 CFCs作為示蹤劑的局限性： 有限的示蹤窗口： CFCs的大氣濃度自《濛特利爾議定書》實施以來持續下降，這限製瞭其作為示蹤劑的應用範圍和有效性，尤其是在需要精確測量低濃度或需要長期示蹤的場景下。2004年，其大氣濃度已明顯低於早期。 非綫性衰減與環境過程乾擾： 盡管CFCs在水體中非常穩定，但在某些特定條件下（如極端pH、微生物活性），可能存在極微弱的轉化，影響長期示蹤的精確性。此外，水體中的物理過程（如稀釋、擴散）可能掩蓋示蹤信號。 背景濃度復雜性： 地下水和地錶水中可能存在不同來源或不同時期的CFCs痕跡，背景濃度估算睏難，增加瞭數據解釋的復雜性。 法規限製與替代品開發： 隨著CFCs的全球淘汰，其可獲得性越來越差，閤規性問題也日益突齣。研究人員需要尋找更易於獲得且環境影響更小的替代示蹤劑。 2004年麵臨的技術與實踐挑戰： 痕量分析的精度與穩定性： 在當時的技術條件下，實現 pptv（十億分之一）甚至 ppqv（萬億分之一）級彆的CFCs精確檢測仍然是一項挑戰，需要高超的操作技巧和先進的儀器設備。 數據解釋的復雜性： 需要綜閤考慮多方麵因素（如大氣曆史濃度、水文地質條件、采樣誤差等）纔能準確解釋CFCs示蹤數據。 成本與時間投入： 高精度的CFCs分析通常需要專業實驗室和較長的分析周期。 未來展望（以2004年為視角）： 與其他示蹤劑的協同應用： 鼓勵將CFCs與其他水文學示蹤劑（如穩定同位素、惰性氣體、氯化物、放射性同位素等）結閤使用，以獲取更全麵、更可靠的水文信息。 模型與數值模擬的結閤： 將CFCs示蹤數據與水文模型相結閤，可以更有效地模擬和預測水文過程。 對曆史數據的解讀： 關注如何利用已有的CFCs數據（尤其是在其排放量較高的時期），結閤模型，反演和研究過去的水文過程。 技術進步的期待： 期待未來分析技術的進步，能夠實現更低檢測限、更高精度和更快速的CFCs分析。 對受限製物質的謹慎使用： 強調在進行任何涉及CFCs的研究時，都必須嚴格遵守相關的國際和地方法規，並充分評估其環境風險。 結論 《水文學中的氯氟烴應用指南 2004》旨在為2004年及之前的水文學研究者提供一份詳實的技術手冊和理論參考。本書側重於CFCs在這一時期作為水文學示蹤劑的科學應用，深入探討瞭其化學性質、應用原理、檢測方法、案例分析以及麵臨的局限性。本書的編寫旨在幫助研究人員理解和利用CFCs在特定曆史時期所能提供的寶貴水文信息，同時強調瞭在遵守環境法規的前提下，審慎地應用此類受限物質進行科學研究的必要性。本書的內容不代錶對CFCs生産和使用的鼓勵，而是對特定科學技術曆史的記錄和分析。

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