目前中心以金属稳定同位素为主要研究方向，重点研究有害元素（Hg）、化学风化指示元素（Ga、Li、Mg）以及生命必须元素（Fe、Zn、Cu）的同位素地球化学。具体研究包括：
1. 新的生物地球化学同位素示踪体系的开发和应用（如Ga和Sn同位素）
基于MC-ICP-MS分析技术的进展，大量新的非传统同位素体系正在开发，如钒（V）、钡（Ba）、钾（K）、铂（Pt）、钯（Pd）、银（Ag）、铯（Ce）、铒（Er）、镓（Ga）等，大大拓展了非传统同位素的应用范围，但其分馏机理和环境应用的研究还处于起步阶段。中心率先开发了两步树脂纯化技术，能够准确测试微量样品中Ga、Ba和Sn的同位素组成，精度达到国际领先水平。
代表性文章
1) A novel chemical purification method for accurate Sn isotope measurement by MC-ICP-MS
Qu, Q.; Liu, W.; Zheng, W.; Chetelat, B.; Liu, Q.; Chen, J., 2024
Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 39 (9), 2258-2269.
2) An efficient method for the separation of REEs from Ba for the accurate determination of REE content in Ba-rich samples by ICP-MS
Liu, W.; An, Y.; Qu, Q.; Li, P.; Zhang, L.; Li, C.; Wei, S.; Zhou, H.; Chen, J., 2023
Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 38 (2), 449-456.
3) Precise analysis of gallium isotopic composition by MC-ICP-MS
W. Yuan, J.-B. Chen, J-L. Birck, Z-Y. Yin, S-L. Yuan, H-M. Cai, Z-W. Wang, Q. Huang, Z-H. Wang., 2016
Analytical Chemistry, 88, 9606-9613.
2. 用控制实验模拟同位素在物理（如吸附、沉淀）、化学（如氧化、还原）和生物（如藻类、细菌新陈代谢）过程中的同位素分馏效应
实验模拟环境过程的同位素分馏是同位素科学的基础研究，是应用同位素解决环境问题的先决条件，也是同位素研究的长期前沿方向中心具有控制实验模拟研究的坚实基础。目前，中心搭建有光化学氧化还原以及微藻培养的实验平台，正在积极的开展相关方面的研究。
代表性文章
1) Gallium isotope fractionation during precipitation of α-GaOOH from aqueous solution
Yuan, W.; Wang, Z.; Saldi, G. D.; Cai, H.; Zheng, W.; Schott, J.; Chen, J., 2024
Chemical Geology, 646, 121923.
2) Tracing the source and transport of Hg during pedogenesis in strongly weathered tropical soil using Hg isotopes
Gao, X.; Yuan, W.; Chen, J.; Huang, F.; Wang, Z.; Gong, Y.; Zhang, Y.; Liu, Y.; Zhang, T.; Zheng, W., 2023
Geochimica et Cosmochimica Acta, 361, 101-112.
3) Stable isotopes reveal photoreduction of particle-bound mercury driven by water-soluble organic carbon during severe haze
Zhang, K.; Zheng, W.; Sun, R.; He, S.; Shuai, W.; Fan, X.; Yuan, S.; Fu, P.; Deng, J.; Li, X.; Wang, S.; Chen, J., 2022
Environ. Sci. Technol., 56 (15), 10619-10628.
4) Mercury isotope variations within the marine food web of Chinese Bohai Sea: Implications for mercury sources and biogeochemical cycling
Meng, M.; Sun, R.; Liu, H.; Yu, B.; Yin, Y.; Hu, L.; Chen, J.; Shi, J.; Jiang, G., 2020
Journal of Hazardous Material, 384, 121379.
5) Mercury stable isotope fractionation during abiotic dark oxidation in the presence of thiols and natural organic matter
Zheng, W.; Demers, J.; Lu, X.; Bergquist, B. A.; Anbar, A. D.; Blum, J. D.; Gu, B. H., 2018
Environ. Sci. Technol., ACS Editor Choice, DOI: 0.1021/acs.est.8b05047.
6) Gallium isotope fractionation during Ga adsorption on calcite and goethite
W. Yuan, G.D. Saldi, J.-B. Chen, Z.M. Vetuschi, J-L. Birck, Y.-J. Liu, J. Schott, 2018
Geochimica et Cosmochimica Acta, 223, 350-363.
7) Nuclear field shift effect in isotope fractionation of mercury during abiotic reduction in the absence of light
Zheng, W.; Hintelmann, H., 2010
J. Phys. Chem. A, 114, 4238-4245.
8) Isotope fractionation of mercury during its photochemical reduction by low-molecular-weight organic compounds
Zheng, W.; Hintelmann, H., 2010
J. Phys. Chem. A, 114, 4246-4253.
3. 应用同位素示踪地球史上的重要气候事件、构造事件和生物灭绝事件
同位素在古环境研究中应用广泛，例如氧化还原敏感金属同位素为古海洋和大气氧化历史和相关的生命演化提供了有力的研究手段，有着巨大的应用潜力。中心利用汞同位素的多维分馏模式系统开展了显生宙以来的5次生物大灭绝事件及重要的气候事件的研究，发现了大火成岩省释放的汞在陆-海相地层的记录以及元古宙海洋的透光带硫化现象，为理解地球环境和生命的演化提供了新的视角。
代表性文章
1) Climate-forced Hg-remobilization associated with fern mutagenesis in the aftermath of the End-Triassic extinction
Bos, R.; Zheng, W.; Lindström, S.; Sanei, H.; Waajen, I.; Fendley, I. M.; Mather, T. A.; Wang, Y.; Rohovec, J.; Navrátil, T.; Sluijs, A.; van de Schootbrugge, B., 2024
Nature Communications, 15 (1), 3596.
2) The role of LIPs in Phanerozoic mass extinctions: An Hg perspective
Zhou, Y.; Li, Y.; Zheng, W.; Tang, S.; Pan, S.; Chen, J.; He, X.-F.; Shen, J.; Algeo, T. J., 2024
Earth-Science Reviews, 249, 104667.
3) Recurrent photic zone euxinia limited ocean oxygenation and animal evolution during the Ediacaran
Zheng, W.; Zhou, A.; Sahoo, S. K.; Nolan, M. R.; Ostrander, C. M.; Sun, R.; Anbar, A. D.; Xiao, S.; Chen, J., 2023
Nature Communications, 14 (1), 3920.
4) Mercury isotope evidence for recurrent photic-zone euxinia triggered by enhanced terrestrial nutrient inputs during the Late Devonian mass extinction
Zheng, W.; Gilleaudeau, G. J.; Algeo, T. J.; Zhao, Y.; Song, Y.; Zhang, Y.; Sahoo, S. K.; Anbar, A. D.; Carmichael, S. K.; Xie, S.; Liu, C.-Q.; Chen, J., 2023
Earth and Planetary Science Letters, 613, 118175.
5) A review on the elemental and isotopic geochemistry of gallium
Yuan, W., Chen, J., Teng, H., Chetelat, B., Cai, H., Liu, J., et al., 2021
Global Biogeochem. Cycles, 35, e2021GB007033.
6) Evidence for a prolonged Permian-Triassic extinction interval from global marine mercury records
J Shen, J.-B. Chen, T.J. Algeo, S.-L Yuan, Q.-l. Feng, J.-X. Yu, L. Zhou, B. O’Connell, N. -J. Planavsky, 2019
Nature Communications, 10, 1-9.
7) Mercury isotope signatures record photic zone euxinia in the Mesoproterozoic ocean
Zheng, W.; Gilleaudeau, G. J.; Kah, L. C.; Anbar, A. D., 2018
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 115, 10594-10599.
4. 建立有效示踪化学风化强度的同位素（如B、Li、Ga、Si同位素）代用指标
中心在全国范围内开展了主要河流（长江、珠江）多同位素体系的研究，示踪流域风化与侵蚀过程。
代表性文章
1) Gallium isotope constraints on the intense weathering of basalt
Yuan, W.; Gong, Y.; Chen, J.; Wang, Z.; Huang, F.; Yang, X.; Chetelat, B.; Teng, H.; Schott, J., 2022
Geochimica et Cosmochimica Acta, 333, 22-38.
2) Deciphering the signatures of weathering and erosion processes and the effects of river management on Li isotopes in the subtropical Pearl River basin
Song, Y.; Zhang, X.; Bouchez, J.; Chetelat, B.; Gaillardet, J.; Chen, J.; Zhang, T.; Cai, H.; Yuan, W.; Wang, Z., 2021
Geochimica et Cosmochimica Acta, 313, 340-358.
3) Behavior of lithium isotopes in the Changjiang River system: Sources effects and responses to weathering and erosion
Q.-L. Wang, B. Chetelat, Z.-Q. Zhao, H. Ding, S.-L. Li, B.-L. Wang, J. Li and X.-L. Liu, 2015
Geochimica et Cosmochimica Acta, 151, 117-132.
4) Assessing the influence of lithology on weathering indices of Changjiang river sediments
B. Chetelat, C.-Q. Liu, Q. L. Wang and G. P. Zhang, 2013
Chemical Geology, 359, 108-115.
5.人类世和全球变化背景下全球和区域尺度上有害元素和生命必须元素的生物地球化学循环
同位素是示踪元素循环的关键手段，是联系整个地球系统各圈层物质能量交换的桥梁和纽带，因此人类活动和气候变化影响下的地球系统物质循环是当前同位素应用的焦点。中心利用Hg、Cu、Zn、Fe等同位素定量示踪不同空间尺度下的污染/营养元素的来源、迁移转化以及气候变化对污染/营养元素循环的影响。
代表性文章
1) Stable isotopes reveal the contribution of glacier melting to mercury budget in Tibetan rivers
He, S.; Cai, H.; Sun, R.; Zheng, W.; Yuan, S.; Yuan, W.; Wang, Y.; Zhang, K.; An, Y.; Liu, J.; Chen, P.; Zhang, T.; Kang, S.; Chen, J., 2025
Environ. Sci. Technol. Lett., 12 (1), 85-91.
2) Mercury atmospheric emission, deposition and isotopic fingerprinting from major coal-fired power plants in Australia: Insights from palaeo-environmental analysis from sediment cores
Schneider, L.; Rose, N. L.; Myllyvirta, L.; Haberle, S.; Lintern, A.; Yuan, J.; Sinclair, D.; Holley, C.; Zawadzki, A.; Sun, R., 2021
Environmental Pollution, 287, 117596.
3) Methylmercury produced in upper oceans accumulates in deep Mariana Trench fauna
Sun, R.; Yuan, J.; Sonke, J. E.; Zhang, Y.; Zhang, T.; Zheng, W.; Chen, S.; Meng, M.; Chen, J.; Liu, Y.; Peng, X.; Liu, C., 2020
Nature Communications, 11 (1), 3389.
4) Mercury isotope compositions across North American forests
Zheng, W.; Obrist, D.; Weis, D.; Bergquist, B. A., 2016
Global Biogeochem. Cycles, 30, 1475-1492.
5) Zn isotopes in suspended load of the Seine River, France: isotopic variations and source determinations
J.-B. Chen, J. Gaillardet, P. Louvat, S. Huon, 2009
Geochemica et Cosmochemica Acta, 73, 4060-4076.
6. 同位素分馏模型与地球系统数值模拟
构建基于同位素分馏理论的元素循环模型，预测汞、镉等元素在气-水-土界面的迁移转化。
代表性文章
1) Modeling mercury isotopic fractionation in the atmosphere
Song, Z.; Sun, R.; Zhang, Y., 2022
Environmental Pollution, 307, 119588.
2) An integrated model for input and migration of mercury in Chinese coastal sediments
Meng, M.; Sun, R.-y.; Liu, H.-w.; Yu, B.; Yin, Y.-g.; Hu, L.-g.; Shi, J.-b.; Jiang, G.-b., 2019
Environ. Sci. Technol., 53 (5), 2460-2471
3) Modelling the mercury stable isotope distribution of Earth surface reservoirs: implications for global Hg cycling
Ruoyu Sun, Martin Jiskra, Helen M. Amos, Yanxu Zhang, Elsie M. Sunderland, Jeroen E. Sonke, 2019
Geochimica et Cosmochimica Acta, 246: 156-173.
近期优先研究领域
天津大学同位素研究中心以金属稳定同位素地球化学为核心，聚焦仪器平台建设、重大地质事件重建、全球变化下的元素循环及金属同位素地球化学在环境与生命协同演化研究中的应用。目前，中心正处于快速发展阶段，仪器平台逐步完善，研究方向进一步聚焦。以下是近期优先研究领域：
1）质谱仪器及同位素测试预处理平台的搭建，建立成熟稳定的金属同位素测试流程。目前，中心已经在两台多接受-电感耦合等离子体质谱（MC-ICPMS）上建立了非常成熟的Hg、Ba、Ga、Cu、Zn、Li和Sn的同位素体系，近期将陆续搭建其他同位素测试体系。
2）同位素在突变气候事件、地质事件上的应用。借助于氧化还原敏感元素同位素的分馏规律，追踪地球演化史上关键时期的气候、生物突变发生的确切机制。目前将重点关注显生宙的极端气候和地质事件。
3）气候变化驱动下的全球元素循环。随着未来减排措施的逐步实施，气候变化引起冰雪消融、冻土融化、土地利用方式的改变将是主导全球元素循环的关键因素。中心将结合野外观测数据和模型系统集成，研究气候变化大背景下元素，尤其是汞的循环的来源与循环。目前将重点关注“为干扰和气候变化影响下环渤海金属（类金属）循环的同位素示踪”、“如何利用同位素技术为场地污染修复提供策略指导”。
4）金属同位素地球化学在环境与生命协同演化研究中的应用。在创新群体项目的资助下，通过研究金属同位素在生物体内的分馏行为及其与环境变化的关系，可以为疾病的早期诊断、环境健康风险评估及生命演化过程提供新的科学依据。
