三氟乙酸盐(TFA)作为新型水文污染示踪剂的潜力与局限性研究

为解决水文示踪剂短缺问题，研究人员以三氟乙酸盐(TFA)为研究对象，通过对比传统环境示踪剂(稳定水同位素和主要离子)，验证了TFA在识别地下水年轻补给组分、追踪河水入渗及区分水体类型方面的有效性。研究表明TFA能清晰反映农业活动输入信号，双阴离子图(TFA-Cl-/TFA-NO3-)比传统同位素示踪更具优势，为水文过程研究提供了新工具。

　　

随着传统水文示踪剂氚(³H)的衰减，寻找具有明确输入函数、保守性强的新型环境示踪剂成为研究热点。三氟乙酸盐(Trifluoroacetate, TFA)作为一种全氟化乙酸类似物，因其高度水溶性、环境持久性及多源性输入特征，展现出独特示踪潜力。然而，TFA在复杂水文系统中的行为特征及其与农业活动的关联机制尚不明确，制约了其在水文研究中的应用。

德国弗莱堡大学(University of Freiburg)环境与自然资源学院的研究团队以德国弗莱堡市饮用水源地为研究对象，通过对比TFA与传统示踪剂在三维地下水剖面和周边河流中的分布特征，系统评估了TFA作为水文污染示踪剂的适用性。研究发现，大气沉降增加和氟化农药(如含C-CF₃基团的氟吡草胺)的广泛使用导致现代土壤水中TFA信号显著增强，该成果发表于《Science of The Total Environment》。

研究采用分层采样策略，通过Ruttner采样器获取三个饮用水井(EW1-3)的垂向剖面样品，结合EXO2多参数探头测定水温、电导率等参数。运用高效液相色谱-质谱联用技术(LC-MS/MS)分析TFA浓度，离子色谱检测Cl^-、NO₃^-等阴离子，并通过腔衰荡光谱(CRDS)测定δ¹⁸O和δ²H同位素组成。

3.1 TFA与水质剖面特征

垂向剖面显示TFA浓度与电导率变化高度一致，EW2井抽水样品的TFA浓度超出任何剖面测量值，表明其主要来源于浅层地下水。季节性差异在EW2井表现显著，12月采样期间电导率和TFA的垂向梯度变化更明显，反映强补给期的水文响应。

3.2 标准化示踪剂剖面

通过将上层样品浓度与最深层样品比值标准化，发现EW2和EW3井的TFA标准化值在近地表达到峰值，且抽水样品接近浅层值，证实农业活动对浅层地下水的显著影响。而EW1井因靠近Moehlin河，所有标准化值均<1，显示河水入渗的稀释效应。

3.3 水体类型区分

双同位素图中地下水样品分布范围狭窄，而TFA-Cl^-/TFA-NO₃^-双阴离子图能清晰区分不同水体。河水样品呈直线分布，反映大气沉降与农业输入的混合过程；地下水样品位于该线下方，指示较老水体特征。EW1井和观测井OW2形成独立集群，证实河水-地下水混合作用。

4.1 年轻水体识别

与丹麦研究相比，本区域深层地下水仍检测到TFA和NO₃^-，说明农业影响已延伸至深层含水层。TFA在抽水样品中的相对增幅达40%，与德国氟化农药(如氟吡草胺)销量增长趋势吻合，有效指示了现代补给组分。

4.2 水文过程示踪

概念模型显示，Cl^-主要反映农业区补给量，而TFA浓度同时包含水源和年龄信息。理论土壤水端元TFA浓度(3.2 μg/L)比浅层地下水高40%，佐证了近年农药使用增加的影响。

4.3 示踪剂体系拓展

作为非降解性、高迁移性分子，TFA可弥补现有气体示踪剂(³H/³He、CFCs等)在包气带研究的局限性。但需注意多源性输入干扰，建议结合化合物特异性同位素分析(CSIA)区分大气氧化与农药降解等不同来源的TFA。

该研究证实TFA能有效示踪现代水文过程，特别是在农业区可识别年轻补给组分和河水-地下水相互作用。未来需加强TFA输入函数的定量研究，并与其他示踪剂联用以提高解释可靠性。随着氟化农药使用的持续增加，TFA作为"污染时钟"的示踪价值将愈发凸显，为水资源管理提供新的科学依据。