汞是一种具有全球迁移能力的有毒重金属，其在海洋中的输入、转化与累积对生态环境和人体健康具有重要影响。汞稳定同位素为识别海洋汞循环提供了有力工具，但迄今仍未建立能够可靠保存海水汞同位素组成的长期地质档案，制约了对历史海洋汞循环及其自然和人为驱动机制的认识。珊瑚骨骼具有生长连续、年代清晰和记录分辨率高等优势，是潜在的海洋汞循环研究载体。然而，将其用于汞同位素研究仍面临两方面难题：一是骨骼中汞含量极低，难以高效分离、富集并准确测定其同位素组成；二是有机质等非骨骼组分的干扰尚未得到系统评估且珊瑚生物矿化过程是否产生汞同位素分馏也缺乏明确约束。
针对上述短板，天津大学地科院同位素前沿科学研究中心团队建立了适用于天然碳酸盐的“消解–吹扫–捕集”法，实现了珊瑚、石笋及碳酸盐岩中超痕量汞的高效富集与高精度同位素分析（Cao et al., 2025）。在此基础上，通过逐级淋洗、不同试剂浸泡及热释放实验，系统评估了珊瑚骨骼中不同赋存组分对汞同位素测定的影响，优化了骨骼清洗方法，并以三亚近岸和南沙离岸珊瑚为研究对象，探讨汞在骨骼形成过程中的同位素分馏机制，评估珊瑚骨骼记录海水汞同位素信号的可靠性（Cao et al., 2026）。主要结果如下：
1）建立了超低汞含量碳酸盐汞同位素分析方法。传统热分解法耗时长、CO₂释放干扰汞捕集；离子交换法流程繁琐、汞回收率易受高钙基体影响。本研究建立了“消解–吹扫–捕集”法，实现了超痕量汞从复杂碳酸盐基体中的高效分离与富集。该方法单次可处理高达20 g的碳酸盐样品，吹扫富集仅需约30 min，流程空白低于40 pg。天然碳酸盐样品的回收率达100±6%，代表性样品同位素的精度优于±0.06‰（2SD）。该方法突破了超低汞含量天然碳酸盐的同位素分析技术瓶颈，为利用珊瑚、石笋等地质档案重建历史汞循环提供了重要的技术支撑。
图1. 超低汞含量碳酸盐汞富集流程
2）建立了珊瑚骨骼文石结合态汞的优化清洗方法。要获取珊瑚骨骼文石结合汞需有效清除与有机质等非文石组分结合汞。通过比较不同清洗方法，发现24 h H₂O₂浸泡与逐级淋洗获得的珊瑚骨骼具有一致的汞同位素组成，且均呈现单峰热释放特征。相比逐级淋洗，24 h H₂O₂浸泡操作更简便，样品质量损失更少，同时保留更多文石结合汞。因此，优选24 h H₂O₂浸泡作为珊瑚骨骼汞同位素分析的清洗方法。
3）珊瑚骨骼对海水汞同位素信号的保存。三亚近岸与南沙离岸珊瑚骨骼汞的非质量分馏值（MIF）与文献报道的相应海域海水汞同位素特征一致，表明珊瑚骨骼能够有效保存海水汞的MIF信号。相比之下，两海域珊瑚骨骼的δ²⁰²Hg均较相应海水偏负约1‰，表明汞在骨骼形成过程中发生了系统性质量分馏，可能与生物矿化过程中汞的生物介导转运及动力学分馏有关。
图2. 近岸和离岸珊瑚骨骼汞同位素特征
上述研究围绕天然碳酸盐汞同位素分析及其环境记录的关键技术难题，建立了从样品前处理、同位素测定到环境信号解析的系统研究框架，为重建海洋汞循环及认识自然与人为活动对海洋汞循环的影响奠定了基础。
相关成果分别发表于国际知名期刊《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》和《Geochimica et Cosmochimica Acta》。天津大学地科院曹蜚博士为论文的第一作者。刘羿和孙若愚教授为通讯作者。研究获国家自然科学基金项目（42421003、42373011）、天津大学交叉学科中心前沿培育项目（42250710153）及国家留学基金委资助。
论文信息
Fei Cao（曹蜚）, Yongquan Zhang（张勇泉）, Ruoyu Sun（孙若愚）*, Larissa Schneider, Songjing Li（李松旌）, Rui Zhang（张睿）, Pengfei Li（李鹏飞）, Wang Zheng（郑旺）, Jiubin Chen（陈玖斌）, and Yi Liu（刘羿）*. 2026. Mercury Isotopes in Coral Skeletons as Proxies for Marine Hg Cycling: Assessing Fidelity and Fractionation During Biomineralization. Geochim. Cosmochim. Acta.
文章链接: https://doi.org/10.1016/j.gca.2026.09.025
Fei Cao（曹蜚）‡, Ruoyu Sun（孙若愚）‡, Larissa Schneider, Yongquan Zhang（张勇泉）, Songjing Li（李松旌）, Rujia Yan（颜儒甲）, Shichen Tao（陶士臣）, Xiuyang Jiang（姜修洋）, Pengfei Li（李鹏飞）, Wang Zheng（郑旺）, Jiubin Chen（陈玖斌）, and Yi Liu（刘羿）*. 2025. A digestion-purging-trapping method for precise stable mercury isotope measurements of natural carbonates. J. Anal. At. Spectrom., 40, 1373–1382.
文章链接: https://doi.org/10.1039/D5JA00063G
