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元素Cr作为水体中重要的污染物质，其同位素组成对水体环境变化具有较强的敏感性。已有证据表明Cr（Ⅵ）在氧化还原过程中产生明显的同位素分馏作用，根据水体中Cr（Ⅵ）的同位素组成可指示其在水环境中含量的衰减程度，判断其污染来源。因此，Cr同位素方法近年来已成为定量研究水环境污染的一种新方法。Cr同位素分析方法于2000年开始在国外建立，并在近年得到应用。我国这一领域的方法研究与应用尚未开展。本文在国外文献的基础上，利用我校“地质过程与矿产资源”国家重点实验室同位素室提供的先进的净化实验室和新型热电离同位素质谱仪，设计了相应的实验方案，经过系统的实验，建立了天然水样铬同位素化学分离纯化和同位素质谱分析测试流程。应用该分析流程，对湖北黄石市某化工厂周围采集的11件水样进行了铬同位素组成分析，并对结果所代表水污染状况进行了初步的应用研究。本文主要包括以下几方面内容：在国外文献基础上，建立并优化了Cr同位素化学分离纯化流程。采用两阶段（或称两柱，two-column）阴离子交换法对水样中的Cr（Ⅵ）进行分离和纯化；采用H2SO3作为流程中六价Cr的还原剂，通过系统的条件实验，确定了H2SO3用量与样液中Cr回收率的关系。实验结果表明，减少还原剂（0.1M H2SO3）的用量至1ml，仍可使样品中Cr的回收率达到近100％，从而较大程度地降低了由亚硫酸引入的流程本底量；在样品的纯化过程中，分别采用了MQH2O（Mini-Q公司生产的Mini-Pore型全自动高纯水制备系统制备的高纯水）和0.1MHCl作为淋洗介质，进行了回收率对比实验，结果表明，采用MQH2O所得Cr回收率只有60％～70％，而采用0.1N HCl所得Cr回收率约100％。因此，弱酸性的洗脱介质对阴离子树脂上残留阳离子和中性离子较高纯水具有更高的淋洗效率。弱酸性淋洗介质对于实现样品中Cr（Ⅵ）与主量元素（如Ca、Mg等金属离子）的分离也具有同等重要的作用，由流程条件实验获得的淋洗曲线表明，用15ml0.1M HCl作为淋洗液，可基本实现样品中Cr（Ⅵ）与其它主要阳离子的高度分离。在上述实验的基础上，作者总结了天然水样中Cr同位素组成分析的化学制备操作流程。在部分国外文献的基础上，作者对Cr同位素组成的质谱（Triton Ti）测试条件进行了较系统的条件实验。通过对发射剂用量及其组份的构成比例对质谱信号影响的条件分析，确定了当混合发射剂的比例为4μl硅胶（5％）+1μlH3BO3（0.25mol／L）时，可获得最佳化的发射效果；系统的仪器条件实验还表明，应用发射剂直接与溶解的样品进行混合涂样，可达到与三次涂样（发射剂-样品-发射剂）技术相同的测量结果；此外，通过对比相同样量和发射剂用量条件下单带和双带技术的测试结果，表明采用单带结构的测量条件可达到与双带分析相同的测量精度，进而可降低分析过程中昂贵灯丝材料的消耗量。目前，Cr同位素的仪器分析标样为NIST SRM979，根据国际标样已知的同位素组成，对电离过程中Cr同位素比值的分馏程度与电离温度之间的相互关系进行了条件实验，实验结果显示，当灯丝电流控制在2200mA～2400mA时，其测量结果的同位素分馏程度较低，由此确定了样品Cr同位素比值测量时的电流条件。根据对SRM979的Cr同位素组成的测量结果，确定了其同位素组成的分馏因子，据此用外部校正的方法，对天然水样样品的Cr同位素组成进行了质量分馏校正，质量分馏校正采用线性校正公式。基于以上结果，确定了Cr同位素热电离质谱（thermal-ionization mass spectrometry，简称TIMS）测试操作流程。通过现有的文献资料，论文总结了自然界中不同物质的Cr同位素组成特征。相对于NIST SRM979标准参考物质，地球岩石样品、工业铬原料中的δ53Cr接近于0；生产过程产生的含铬废水（如电镀槽的废水）在释放到自然水体之前，其δ53Cr值也接近于0，而当工业铬废水进入到天然水环境中之后，其中Cr（Ⅵ）的量在水体自净作用下不断衰减，结果使得水体中剩余Cr（Ⅵ）的δ53Cr相对于污染源逐渐偏正。由于水体之间受污染程度和自净能力存在差别，其Cr（Ⅵ）的δ53Cr具有较大的变化幅度(已有资料显示，地下水的δ53Cr为1.1‰～5.8‰)。在此基础上，介绍了Cr同位素分馏机理，指出氧化还原过程是水体Cr同位素组成改变的主要因素。本文最后一部分，以黄石市某化工厂周围水体为研究对象，利用本论文建立的Cr同位素分析方法对样品的同位素组成进行了分析，并对其指示的环境污染意义进行了初步的探讨。分析数据显示，不同区段水样的δ53Cr与水体受污染的程度之间存在明显的相关性，所揭示的Cr同位素组成特征能较好地解释当地水污染的分布规律；依据δ53Cr的空间变化特征，并结合当地水文地质条件和实际调查资料，进一步确定了污染源区与Cr同位素组成之间的相互关系，为将该方法应用于未知地区查找和控制受污染水体的Cr污染源头提供了判别依据。本文的创新之处：1．首次在国内建立了铬同位素分离纯化和质谱测试流程，填补了我国在Cr同位素测试方面的空白。2．自行获取了我国首批水体中的Cr同位素数据，为水体铬污染监测开辟了新的途径。