同位素地球化学和分馏效应(氢氧同位素)

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03 第三章(氢氧同位素)

---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------03 第三章(氢氧同位素)Theory, Technique and Application of Environmental Isotopes第三章氢氧稳定同位素Theory, Technique and Application of Environmental Isotopes1/ 49轻元素稳定同位素的基本特点1.原子量低，一般小于36。

2.同位素相对质量差大。

3.形成共价键，键性与同位素分馏有很大关系。

4.化学价可变，在化合价变化过程中会发生大的同位素分馏5.小丰度同位素的相对丰度为千分之几到百分之几，便于精确测定。

研究稳定同位素的组成特征、变化机理、分馏原理并应用它们作为地球化学示踪剂研究各种地质过程Theory, Technique and Application of Environmental Isotopes---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ Outline1.氢氧同位素概述 2.天然水的氢氧同位素组成及分布特征3.氢氧稳定同位素的应用Theory, Technique and Application of Environmental Isotopes3/ 491 概述氢氧同位素的主要地球化学性质氢和氧是自然界中的两种主要元素，它们以单质和化合物的形式遍布全球。

水是一种极为重要的氢氧化合物。

氢和氧是生物圈的最基本的物质组成，是各种生物赖以生存的基础。

氢氧同位素分馏机理及其在地学中的应用

氢氧同位素分馏机理及其在地学中的应用
氢氧同位素，即水分子中的一部分原子核，因为其由氢原子和氧原子组成，通
常被称为氢氧。

氢氧同位素具有由氢原子和氧原子组成的两种稳定同位素，分别为氘（D）和氚（T）。

T和D的物理性质和化学性质几乎完全一致，但是它们具有偏
振性，氢氧同位素基本上具有可从水中分离的特性。

氢氧同位素分馏是通过将氢氧同位素与沉淀或离子固形物中的氢氧同位素不同
之处，使其于趋势和反应强度的不同，实现氢氧同位素的分馏。

氢氧同位素分馏受气体净化设备（如填料，柱式储存系统或反渗透模块）影响，该设备可以释放油气，并将氢氧同位素从气体中分离出来。

这种分离技术可以使氢氧同位素从接近自然的状态中进行选择性的提取。

在地学研究中，水的氢氧同位素分馏是研究流域源，特别是流域和质量循环过
程中重要作用的重要研究手段。

氢氧同位素被广泛用于地学研究，从流域水循环研究中推断水源，估算污染物迁移的距离以及研究特定区域的潮汐循环等。

氢氧同位素的分馏还可以为古气候研究提供参考，所以它还被广泛用于古气候研究。

因此，氢氧同位素的分馏在地学研究中发挥着重要的作用，有助于我们更好地
了解地壳结构、古气候变化以及物质迁移路径。

未来，氢氧同位素分馏将继续被广泛应用于地学研究领域，为地学研究和教育提供重要技术支持。

考点预测--同位素地球化学

《同位素地球化学》考点预测一名词解释1-同位素地球化学是研究自然体系（地球和宇宙体）中同位素的形成、丰度以及在自然作用过程中分馏和衰变规律的科学。

它是地球化学的一个重要分支学科。

2-同位素是指具有相同质子数和不同中子数的一组核素，它们在元素周期表中占据同一个位置。

3-核素是由一定数量的质子和中子构成的原子核，具有质量、电荷、能量、放射性和丰度五种主要性质。

4-放射性衰变不稳定核素自发地发射出粒子和能量而转变为另一种核素的过程。

5--同位素稀释法在已知量的“稀释剂”和未知量的元素样品的混合物中确定样品中某元素的同位素含量的方法。

6--同位素分馏由于同位素质量不同，在各种地球化学过程中会引起同位素在不同化合物和物相中的丰度变异，该现象称~ 7--分馏系数表示同位素分馏作用的大小：α= 某元素同位素在A物质中的比值/某元素同位素在B物质中的比值。

（其中A、B可以是相同的化合物，亦可以是不同化合物）二填空题1--同位素地球化学在研究地球或宇宙体的成因与演化（主要包括地质时钟、地球热源、壳幔相互作用及壳幔演化、成岩成矿作用、构造作用及古气候和古环境记录等）方面提供了重要有价值的信息，为地球科学从定性观察到定量的发展作出了重要贡献。

2--同位素地球化学研究领域（分支科学）：放射性、稳定、天体同位素地球化学。

3--引起同位素成分变化的主要过程放射性同位素衰变、同位素分馏。

4--同位素地球化学研究思路和方法（思维方式）：理解基本原理、熟悉研究步骤、了解仪器设备、实现主动思维。

5--放射性衰变的结果是原子核的质子数和/或中子数发生变化，从某一元素的同位素转变为另一元素的同位素，直至最终转变成为稳定的同位素。

6--同位素地质年代学定年的基本公式：D=D0+N(eλt－1) ；为满足高精度的同位素质谱分析的要求，以同一子体元素的稳定同位素作为参照（记为Ds），可得：D/Ds=D0/Ds+N(eλt－1)/Ds 。

同位素分析是将样品元素的各同位素丰度以比值形式进行测量。

第五章4同位素地球化学基础

同位素地球化学基础
• • • • • • • 八、稳定同位素地球化学（一）氢氧同位素地球化学 1.氢和氧的基本性质 (A/A)D/H = 100% (A/A)O18/16 = 100% H,99.985; D,0.015% 16O,99.756%; 17O,0.039%; 18O,0.205%
同位素地球化学基础
（2）岩浆岩（3）沉积岩：最高的18O和变化范围（4）变质岩：
同位素地球化学基础
4.研究意义（1）矿物和矿床的成因根据矿物及其中的流体包裹体研究
同位素地球化学基础
（2）花岗岩成因 • S型花岗岩：18O %o = 10-12.5 • (Sediment type) • I型花岗岩：18O %o = 7.5-9.5 • (Igneous type) （3）古环境（纬度）的确定
同位素地球化学基础
• • • • • • 2.自然界中氢和氧的分馏作用（1）蒸发-凝聚分馏 H216Ol + H218OV <=> H218Ol + H216OV 25oC下 a(18O) = (18O/16O) l / (18O/16O)V =1.0029
同位素地球化学基础
• H216Ol + D216OV <=> D216Ol + H216OV • a( D) = (D/H)l /(D/H)V = 1.071 • D 与 18O之间有如下关系： • D = 8 18O + 10
同位素地球化学基础
4.研究意义（1）矿床物质来源（沉积岩，岩浆岩？）（2）硫同位素地碳同位素地球化学 • 自然界中的碳同位素 • 12C = 98.89% • 13C = 1.11% 1. 碳同位素的分馏反应：

地球化学中的同位素地球化学研究

地球化学中的同位素地球化学研究同位素地球化学研究作为地球化学的一个重要分支，已经成为了地球科学领域的一个重要组成部分。

同位素地球化学研究的历史可以追溯到上世纪四十年代，当时科学家在分析地球中的不同元素时发现了这些元素存在着同位素的现象。

这些同位素具有与其它元素不同的质量，因而可以用来对自然界和人造体系中不同的地理化学过程进行精确的追踪、探究和解释。

同位素地球化学研究的应用范围非常广泛，包括了地质学、气象学、海洋学、生物学、环境科学和矿物学等多个领域，并且已经被证明是一种非常有力的工具。

而可以被用来研究的同位素也非常的丰富，可以包括氢、碳、氮、氧、硫、铅、锶等几乎所有的元素。

同位素地球化学研究的主要优势在于其可以检测地球环境中非常低的含量元素，这些元素往往难以用其它手段进行检测，但是却是准确推断地球化学过程的关键。

此外，同位素地球化学研究可以提供非常准确的时间信息，这对于研究地球历史上的重大事件，如气候变化、环境演变和地球内部动力学的活动，都是非常重要的。

同位素地球化学研究的一个重要方面是利用同位素比例来研究元素的循环、转换和分配。

在地球化学的过程中，元素的比例和同位素的分布往往扮演着非常重要的角色。

相反，另外一个常用的方法是以研究大气中的同位素比例为基础来研究地球历史上的气候变化和环境演变。

以氢、碳、氧同位素为例，我们可以利用它们之间的比例来进行一系列的研究。

氢同位素的变化可以反映出水的来源和循环，如研究降水中氢同位素的变化可以推断季风气候的演变。

碳同位素的变化可以反映出生物和地球化学条件的变化，如气候条件、极端环境的来源、生物地位变化等，我们可以利用其在环境恶化过程 ("酸雨"和温室气体排放)中的反应和修复过程 ("碳汇"和吸收)中的变化来分析全球碳循环的变化趋势。

氧同位素可以反映出水的循环和气候变化趋势，我们可以在深海沉积中通过氧同位素来进行气候的变化。

第一部分同位素地球化学原理解析

2. 同位素分馏效应
由质子数目相同，中子数目不同的同位素原子或化合物之间物理化学性质上的差异（热力学性质，运动及反应速度上的差异等），使得它们在自然界的各种地球化学作用过程中产生了同位素分馏。根据分馏的性质和原因分为两大类型：热力学同位素分馏和动力学同位素分馏。产生同位素分馏的各种作用统称为同位素分馏效应（isotope fractionation efect）。
同位素分馏（isotope fractionation）：是指一系统中，某元素的各种同位素原子或分子以不同的比值分配到各种物质或物相中的作用。
同位素分馏系数（α）（isotope fractionation coefficient)：某一组分中两种同位素丰度之比与另一组分的相应比值之商。
AB
自然界物质的同位素交换，可以通过扩散、溶解-重新沉淀和微区化学置换等方式来实现。交换可以在均质体系中进行，也可以在非均质体系中进行。在均质体系中同位素交换速度快且容易接近或达到同位素平衡。
同位素交换及热力学同位素分馏特点
（1）同位素交换反应(isotope exchange reaction) ：
（3）Slap(Standard light Antarctic Precipitation)南极原始的粒雪样品。 δD SMOW = -55.50‰,δ18O SMOW = -428.5±1‰； D/H=(89.02±0.05)×10-6, 18O/16O=1882.766×10-6。
（4） PDB(Pee Dee Belemnite)美国卡罗莱纳州白垩系Pee Dee组中拟箭石制成的CO2，作为碳氧同位素标准。 PDB的 δ13CPDB=0‰,δ18OPDB=0‰；13C/12C=1123.72 ×10-6, 18O/16O=415.80 ×10-5。

地球化学-复习总结3

（3）沉积岩 • 87Sr来源： • 陆源碎屑物 • 自生矿物（海绿石等）
• 5.锶同位素地球化学演化
三、U-Th-Pb法定年和铅同位素地球化学四、钾-氩法定年五、钐-钕法年龄测定六、14C法重点：原理
八、稳定同位素地球化学（一）氢氧同位素地球化学（二）硫同位素地球化学（三）碳同位素地球化学重点：1.原理；2.不同环境的稳定同位素特征（如轻、重同位素各趋向于分布在何环境或地质体中，为什么？）
(2)衰变定律母体和子体概念： • 母体：放射性核素 • 子体：衰变产物
• 衰变定律表达式： -dN/dt = N （原子数目与时间的关系） dN / N = - dt, 左边由No积分到N, 右边由0 积分到 t, 得： ln N - ln No = - t N/No = e - t 或 N = No e - t
（4）同位素组成和分馏的表示方法 • 绝对比值如大气中18O与国际通用标准样品之间的偏差 • 绝对比值差： • R(样品) - R(标准样品) • 相对比值差： • （%o）= [(R样品- R标准)/ R标准]1000
如：
当t=0时，D* =0, 经过t时间后有： D* = No - N • 代入上式得： • D* = N( e t - 1)
(3)同位素年代学的技术和条件 • 准确测定衰变常数 • 高精度、高灵敏度的测定技术 • 样品的封闭性：例如，对于岩浆作用可选择耐高温的岩石或矿物，如锆石等，含水矿物中，角闪石的封闭性好于云母
第五章同位素地球化学基础
一、同位素分馏和衰变反应 1.同位素的定义和分类定义：质量数不同，质子数相同的核素为同位素。
2.同位素分馏作用 A/A >=10% • 物理分馏（质量分馏）：同位素质量差异引起的分馏称为物理分馏。例如：蒸发-凝聚：蒸汽富H2O,水体富D2O 扩散：高层富14N，低层富15N 等

3-同位素地球化学和分馏效应(氢氧同位素)

T=300-600º C T>700º C
阿尔伯达
b)平衡条件下定量水/岩比值
W/Rclosed= (δ18Orockfinal - δ18Orockinitial )/ (δ18Ofluidinitial- δ18Ofluidfinal )
Gregory et al. （1986 ）和 Criss et al. （ 1987 ）基于 δ -δ 图解原理，给出了开放体系中同位素交换反映的表达式。它们的结果可以直接转化为δ -△表达式。下面简要讨论的多相封闭体系中的同位素交换特征，根据质量守衡定律，有： δ x=x1δ 1+x2δ 2+x3δ 3+x4δ 4+xiδ i 式中的x1+x2+x3+x4+xi+=1，若x1 和x3相与x2 和 x4、xi更富重同位素，且δ 1>x2≥δ 3>δ 4>xiδ i, 则条斜率符号相反的相关直线仍可以表达为： δ 1=α 2•△12+b δ 2= -α •△12+b 在平衡条件下，△ij只是温度的函数。在封闭体系下，两组共生矿物的彝族同位素数据在δ -△图解上呈两个斜率相反的线性展布。对应的同位素分馏即为平衡条件下的分馏值。因此得到有用的同位素温度，斜率的大小指示了体系中两种矿物的相对比值，高温端的最大最小δ 指指示两种流体的同位素组成，因此可以用来推断热液的源区。一般是从高到低温的演化过程。不遵从同位素平衡和质量守恒的岩石、矿床形成体系肯定是同位素非平衡或开放体系（混合体系），在非平衡条件下，△ij受动力学同位素效应的制约，在δ -△图解上直线的截距和斜率之取决于质量守恒。
2）δ -△图解在δ -△图解中，以每种矿物的δ 值为y轴，以矿物对的△值为x 轴，两条直线斜率的夹角为ɑ（图1-1）；一般地对于两项（1相、 2相）封闭体系而言，其总的同位素组成为： δ s=x1•δ 1+ x2•δ 2(s代表体系；xi 代表摩尔数，且x1+x2=1) 在δ -△空间中，根据质量守恒定律，上是可以变成： δ 1= x2•△12+δ s δ 2= -x2•△12+δ s(△12=δ 1+δ 2) 上式满足条件是：①体系中相1与相2之比保持平衡；②δs保持常数；③相1 与相 2 之间的同位素交换是引起体系内各相 δi 变化的唯一原因。当体系中只有两种物质时，即x1+x2=1，则以上条件均能满足。然而，在自然界的大多数体系中，一般至少两相以上的物相；显然,上述给出的两相的封闭体系或开放体系都不适合。

同位素地球化学

δ值
研究分析表稳定同位素组成常用δ值表示，δ值指样品中某元素的稳定同位素比值相对标准（标样）相应比值的千分偏差。其公式为□δ值能清楚地反映同位素组成的变化，样品的δ值愈高，反映重同位素愈富集。样品的δ值总是相对于某个标准而言的，同一个样品，对比的标准不同得出的δ值各异。所以必须采用同一标准；或者将各实验室的数据换算成国际公认的统一标准，这样获得的δ值才有实际应用价值。比较普遍的国际公认标准为：①SMOW，即标准平均海洋水，作为氢和氧的同位素的国际统一标准；② PDB，是美国南卡罗来纳州白垩系皮狄组地层内的似箭石，一种碳酸钙样品，用作碳同位素的国际统一标准，有时也作为沉积碳酸盐氧同位素的标准； ③CDT,是美国亚利桑纳州迪亚布洛峡谷铁陨石中的陨硫铁，用作硫同位素的国际统一标准。稳定同位素实验研究表明，大多数矿物对体系（矿物-矿物）或矿物-水体系，在有地质意义的温度范围内,103ln□值与T 2成反比,T 为绝对温度。
模型③利用放射性同位素的衰变定律建立一套有效的同位素计时方法，测定不同天体事件的年龄，并作出合理的解释，为地球和太阳系的演化确定时间坐标。
根据同位素的性质，同位素地球化学研究领域主要分稳定同位素地球化学和同位素年代学两个方面。稳定同位素地球化学主要研究自然界中稳定同位素的丰度及其变化。
分馏系数
稳定同位素地球化学
稳定同位素地球化学：
同位素地球化学的一个研究领域。主要研究自然界中稳定同位素的丰度及其变化规律，并用来解决地质问题。稳定同位素包括放射衰变成因的和非放射成因的，如206Pb、207Pb、208Pb、87Sr和143Nd就是分别由238U、 235U、232Th、87Rb和147Sm放射衰变而形成的稳定同位素；而H、C、O、S的同位素如1H、2H、12C、13C、16O、 17O、18O、32S、33S、34S、36S则是天然稳定同位素。由于H、C、O、S的原子序数小于20，所以其同位素又可称为轻稳定同位素。稳定同位素丰度发生变化的主要原因是同位素的分馏作用。

同位素分馏特征

同位素分馏特征同位素分馏特征是指在自然界中存在的同一元素的不同同位素在地球上分布的不均匀性。

不同同位素的分布情况可以反映出地球演化过程中的一些重要信息，对于研究地质、环境和生命科学等领域具有重要意义。

我们先来了解一下同位素的概念。

同位素是指具有相同原子序数（即具有相同的质子数）但质量数不同的原子。

例如，氢的同位素有氘（质量数为2）和氚（质量数为3）。

同位素之间的质量差异导致它们在地球上的分布出现差异。

同位素分馏特征主要包括稳定同位素分馏和放射性同位素分馏两个方面。

稳定同位素分馏是指在自然界中，同一元素的不同同位素由于地球化学过程的作用而在地球上分布不均匀的现象。

稳定同位素分馏的机制主要包括质量分馏、化学分馏和生物分馏等。

质量分馏是指由于同位素的不同质量导致其在地球上的分布不均匀。

例如，地球大气中的氧气主要由质量数为16的氧-16同位素和质量数为18的氧-18同位素组成。

由于氧-18同位素的相对丰度较低，因此氧气分子中氧-18同位素的相对丰度也较低。

化学分馏是指由于化学反应过程中同位素的不同反应速率导致同位素在地球上的分布不均匀。

例如，地球上的水体中氢氧化物（H2O）主要由质量数为1的氢-1同位素和质量数为16的氧-16同位素组成。

由于氢-1同位素和氢-2同位素的化学反应速率不同，因此在水体中氢-2同位素的相对丰度较低。

生物分馏是指由于生物过程中同位素的选择性摄取和代谢导致同位素在生物体与环境之间的分布不均匀。

例如，地球上的植物在光合作用中会选择性地摄取氢-1同位素而不是氢-2同位素，导致植物体内氢-1同位素的相对丰度较高。

放射性同位素分馏是指在自然界中，放射性同位素由于放射衰变的作用而在地球上分布不均匀的现象。

放射性同位素的分馏主要受到衰变速率和半衰期的影响。

例如，地球上的铀-238同位素和铀-235同位素的衰变速率和半衰期不同，导致它们在地球上的分布出现差异。

同位素分馏特征的研究可以为地质学、地球化学和生物学等领域提供重要的信息。

同位素(名词解释、填空)

1.同位素地球化学：研究地壳和地球中核素的形成丰度及其在地质作用中分馏和衰变规律，并利用这些规律解决有关地质地球化学问题的学科。

2.核素：具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。

3.同量异位数：质子数不同而质量数相同的一组核素。

4.稳定同位素：目前技术条件下无可测放射性的元素。

5.放射性同位素：能自发的放出粒子并衰变为另一种核素的同位素。

6.重稳定同位素：质子数大于20的稳定同位素。

7.亲稳定同位素：质子数小于20的稳定同位素。

8.同位素效应：由同位素质量引起的物理和化学性质的差异。

9.同位素分馏：在同一系统中某些元素的同位素以不同的比值分配到两种物质或相态中的现象。

10.同位素热力学分馏：系统稳定时，导致轻重同位素在各化合物或物相中的分配差异。

11.同位素动力学分馏：不同的元素组成的分子具有不同的质量，由此而引起扩散速度、化学反应速度上的差异，由这种差异所产生的分馏效应称为同位素动力学分馏。

12.纬度效应：温度效应，随纬度升高，大气降水中的δD，δ18O降低。

13.大陆效应：海岸线效应，从海岸线到大陆内部，大气降水的δD，δ18O降低。

14.高度效应：岁地形增高，大气降水δD，δ18O降低。

15.季节效应：夏季，大气降水δD，δ18O比冬季高。

16.岩浆水：与高温岩浆处于热力学平衡的水，其中来自地幔，与铁、镁超基性平衡的水称为原生水。

17.半衰期：母核衰变为其原子核数一半，所经历的时间。

18.原生铅：指地球物质形成之前，在宇宙原子核合成过程中，与其他元素同时形成的铅。

19.原始铅：地球形成最初时期的铅。

20.初始铅：（普通铅、正常铅）U/Pb、Th/Pb比值低的矿物和岩石中任何形式的铅。

21.异常铅：一种放射性成因铅含量升高的铅。

22.矿石铅：一般是指硫化物矿中所含的铅。

23.岩石铅：火成岩和其他岩石中所含的铅。

24.BABI：目前公认玄武质无球粒陨石的（87Sr/86Sr）。

代表地球形成时的初始比值，其值为0.69897+-0.000031.质谱仪的结构由哪几部分构成：进样系统、离子源、质量分析器、离子流接收器。

同位素地球化学_地球化学

通式为：
A Z
X
e Z A1Y
E
这样，其衰变产物核质量数不变，
质子数（核电荷数）减1，变成周期
表上左邻的新元素：
40 19
K
e
1480Ar
E
4)重核裂变：重放射性同位素自发地分裂为2—3片原子量大致相同的“碎片”，各以高速度向不同方向飞散，如238U， 235U，232Th都可以发生这种裂变。
在自然界中，有些同位素只需通过一次某种固定形式的衰变，即可变成某种稳定同位素：
(一) 放射性衰变定律
变换上式： -dN/dt=λN→dN/N= -λdt 假设：T0时刻母核的原子数为N0，经过t 时到达T时刻，母核的原子数为N，N的数值可以通过对上式的积分求得：
2.质谱仪测定：质谱仪是目前同位素成分测定的主要手段（MAT—261， MAT—251）。其工作原理是：把待测元素的原子或分子正离子化，并引入电场和磁场中运动，带正电的质点因质量不同而被分离测定。 3.同位素成分表示方法： 1)绝对比率（R）：用两个同位素比值直接表示，例如 32S/34S，12C/13C等； 2)对标准样品R的绝对比率差（ΔR） ΔR = R样品 - R标准；
② 同位素交换反应：就是在化学反应中反应物和生成物之间由于物态、相态及化学键性质的变化，使轻重同位素分别富集在不同分子中而发生分异，称同位素交换反应。
例如：大气圈与水圈之间发生氧同位素交换反应
2H218O16O2 2H216O18O2
(0℃:α=1.074, 25℃:α=1.006) 大量实测资料表明:价态和相态差别大的化学反应，同位素交换反应更明显。 ③ 生物化学反应：动植物及微生物在生存过程中经常与介质交换物质、并通过生物化学过程引起同位素分馏。例如：植物通过光合作用，使12C更多地富集在有机体中，因此生物成因地质体如煤、油、气等具有高的12C。

3-同位素地球化学和分馏效应(氢氧同位素)解析

①
一种元素的重同位素总是优先富集在化学键追强的分子中。因此。两种物质之间的化学键强度相差愈大，它们之间的分馏系数ɑ也愈大。 ② 分馏系数与元素的原子量数成反比，即同位素的分馏程度与随元素原子数的增大而减小。 ③ 分馏系数与分子能量有关，而分子的振动能量又与温度有关。温度愈高，因交化反映引起的同位素分馏与不明显，分馏系数与温度成反比。物理和化学过程中，同位素的分馏过程的热力学效应表现含轻同位素的分子比含重同位素的分子更活跃，更易参与作用。各实验是采用的标样不同，统一换算标准公式为： δ样-标=δ样-工 +δ工-标+δ样-工×δ工-标×10-3 δ样-标：以国际标准表示的样品的δ值；δ样-工：是以工作标准表示的样品的δ值；δ工-标：以国际标准表示的工作标准的δ值
一、稳定同位素
1. 轻元素的稳定同位素表示方法和分馏（1）表示方法目前，以发现稳定同位素数目大约 300 多种，而目前应用在矿床研究领域的稳定同位素主要有 S 、 H-O 、 C-O 、 N 、 Si 、 Li 、 B 等。通常用轻稳定同位素的组成来表示（δ），这是因为： ①原子量小，同位素组成变化大； ②同一元素的轻同位素与重同位素的质量差大，如⊿21H/1H=100%、⊿13-12C/12C=8.3%、⊿18-16O/16O=12.5%、 ⊿34-32S/32S=6.3%； ③它们形成的化学键以强共价键为特征； ④碳、硫、氮具有可变的电价； ⑤同一元素的轻同位素比重同位素具有更高的丰度。
轻稳定同位素的比值（ R ）可定义为样品中某种元素的两种稳定同位素比值（R样）相对标准样品中相应比值（R标）的千分差：
δ=[（R样- R标）]/ R标×1000
（2）轻同位素分馏
同位素分馏是指在一系统中，某元素的同位素以不同的比值分配到两种物质或物相中的现象；同位素分馏系数ɑ值，表达形式为： ɑA，B=RA/RB， R表示两种物质的同位素比值，当ɑA， B>1表示物质A 比物质 B 富集重同位素，相反表示物质 A 比物质 B 富集氢同位素。 ɑA-B=（1+δA/1000）/(1+δB/1000)= （1000+δA） /(1000+δB) 由此可见，只要测定一个体系内两种物质的 δ 值，便可以根据上是求得两种物质间的同位素分馏系数 ɑ 。 ɑA ， B≥1 时， δA≥δB ；当 ɑA ， B≤1 ， δA≤δB。根据热力学量子理论，同位素分馏系数ɑ 值的同下列因素有关：

同位素地球化学复习题

同位素地球化学复习题1.1同位素地球化学的基本任务1)研究自然界同位素的起源、演化和衰亡历史；3)利用放射性同位素的衰变定律建立一套行之有效的同位素计时方法，测定不同天体事件和地质事件的年龄，并作出合理的解释，为地球和太阳系的演化确定时标。

4)研究同位素分馏与温度的关系，建立同位素温度计，为地质体的形成与演化研究提供温标。

1.2同位素地球化学的一些基本概念核素同位素同量异位素稳定同位素放射性同位素重稳定同位素轻稳定同位素2.1质谱仪的基本结构四个部分：进样系统离子源质量分析器离子接收器2.2衡量质谱仪的技术标准有哪些质量数范围分辨率灵敏度精密度与准确度2.3固体质谱分析为什么要进行化学分离具相同质量的原子和分子离子的干扰;主要元素基体中微量元素的稀释;低的离子化效率;不稳定发射。

2.5同位素稀释法是用于元素含量分析还是用于同位素比值分析？元素含量分析2.6氢气的制取方法？(有哪些还原剂)U－还原法Zn－还原法Mg－还原法Cr－还原法2.7氧同位素的制样方法有哪些？1.大量水样氧同位素制样方法？2.硅酸盐氧同位素的BrF5法制样原理？3.碳酸盐样品的磷酸盐制样法(McCrea法)2.8水中溶解碳的提取与制样McCrea法2.9硫化物硫同位素直接制样法2.10硫酸盐的硫同位素制样法(直接还原法)把硫酸盐、氧化铜、石英粉按一定比例混合（置于石英管中）在真空条件下加热到1120℃左右时，硫酸盐被还原而转变成二氧化硫。

2.11了解下列质谱仪1.热电离质谱仪(MAT260，261，262，Triton，GV354)2.气体质谱仪(MAT251，252，253，DeltaPlu，GVIoprime等)3.惰性气体质谱仪，如MM1200、MI1201-IG、GV54004.MC-ICP-MS(LA-MC-ICP-MS)：如Neptune、NuPlama5.SHRIMP：SHRIMPII离子探针质谱本章重点同位素分析结果的表达方式稳定同位素（C、H、O、S)的国际标准同位素分馏基本理论–热力学分馏–动力学分馏分馏系数α及其与δ值之间的关系同位素相对富集系数（△）及其加和性同位素地质温度计3.1同位素分析结果的表达方式δ‰=(R样-R 标)/R标某1000=(R样/R标-1)某1000δ‰=(R样-R标)/R标某1000=(R 样/R标-1)某10003.3分馏系数α及其与δ值之间的关系1.定义：αA-B=RA/RB2.1000lnα≈△A-B＝δA－δB3.4同位素相对富集系数（△）及其加和性某同位素在A-B-C三种矿物中有δA>δB>δC，则△A-C=△A-B+△B-C△B-C=△A-C-△A-B△A-B=△A-C-△B-C3.5同位素地质温度计同位素分馏方程1000lnα=A某106/T2+B同位素馏分曲线注意：分馏方程中T为绝对温度(OK)3.5同位素地质温度计1000lnα石英-水=3.38某106/T2-3.401000lnα石英-方解石=0.6某106/T21000lnαPy-Gn=1.03某106/T21000lnαPy-Sp=0.3某106/T24.本章重点1.氢-氧同位素的纬度效应、大陆效应、高度效应、季节效应6.火成岩的氢氧同位素组成特征、演化规律及其与矿物序列的关系？7.影响火成岩氢氧同位素组成特征的因素有哪些？8．Z=2.048(δ13C+50)+0.498(δ18O+50)是利用碳氧同位素来判别碳酸盐岩的沉积环境的判别方程，临界值是120。

同位素地球化学复习资料

12、氢氧同位素的示踪应用？答：⑴、讨论有关岩石的成因问题幔源镁、铁质岩石 18O/16O 与球粒陨石基本一致(2.03~2.04×10-3)，其δ18O 变化范围很窄(5~7‰)。这是用氧同位素来判断幔源岩石的重要证据之一。而花岗岩δ值较高，而且变化范围较大，主要是其成因及源区较复杂所致。 ⑵、古气候示踪氢氧同位素（碳同位素）组成的变异是古气候、古环境的重要示踪剂。硅藻、放射虫等骸骨和生物贝壳的氧同位素组成指示海洋温度的变化；温室效应的研究。 ⑶、确定成矿液体的来源及矿床成因水是成矿流体的基本组分，研究成矿溶液中水的来源是揭示矿床成因的关键。其思路是利用氧、氢同位素成分来判断成矿溶液的来源，从而讨论有关矿床的成因问题。矿床学成因研究体现在以下三方面： ①、成矿时代的确定（ K-Ar、Rb-Sr、Sm-Nd、U-Pb 等同位素定年）； ②、成矿流体的来源（流体包裹体、H-O 同位素、C-O 同位素、He-Ar 同位素、B 同位素等）； ③、成矿物质的来源（微量和稀土元素地球化学、S/Pb/Si/ B 同位素、Sr-Nd 同位素等）。
14、硫、碳同位素分馏作用？答：Ⅰ、S ⑴、化学动力学分馏：主要指硫在氧化-还原反应过程中所产生的硫同位素分馏； ⑵、生物动力学分馏：自然界硫同位素组成变化重要原因之一是厌氧细菌引起硫酸盐离子的还原作用； ⑶、平衡分馏：高氧化的硫富34S，SO42- >SO32- >SO2 >Sx > H2S > S2-（原因：键强）。 Ⅱ、C ⑴、氧化-还原反应：CH4 +2H2O <=> CO2+4H2 ⑵、光合作用：6CO2 +6H2O => C2H12O6+6O2（有机物中将富集 12C） ⑶、同位素交换反应：13CO2(气) +12CO32-(液) <=> 12CO2(气) +13CO32-(液) 一般规律： δ13C‰：CO<CH4<C<CO2<CO32-即：还原态、有机物富集12C, 氧化态、无机物富集13C。

同位素地球化学第五章同位素地球化学

2)所测定同位素的衰变常数的精度能满足要求。
3)放射性同位素应具有较高的地壳丰度，在当前的技术条件下，能以足够的精度测定它和它所衰变的子体含量。
4)矿物、岩石结晶时，只含某种放射性同位素，而不含与之有蜕变关系的子体或虽含部分子体，其数量亦是可以估计的。
常用放射性同位素体系
同位素年代学方程
• Each process transforms a radioactive parent nucleus into one or more daughter nuclei.
a-decay
Emission of an a-particle or 4He nucleus (2 neutrons, 2 protons)
放射性衰变
自然界中部分核素在能量上处于不稳定状态，自发地从某一核素衰变成为另一核素，并伴随各种粒子形式的能量释放的过程称为放射性衰变。
发生放射性衰变的同位素称放射性同位素，或母体同位素(radioactive parent nucleus )。
放射性衰变过程中及最终形成的稳定同位素称为放射成因同位素或子体同位素 (radiogenic daughter nuclei) 。
Radioactive and rediogenic elements
二、衰变定律
1902年Rutherford通过实验发现放射性同位素衰变反应不同一般的化学反应，具有如下性质：
(1)衰变作用是发生在原子核内部的反应，反应结果由一种核素变成另一种核素；
(2)衰变自发地不断地进行，并有恒定的衰变比例；
N
dN
t
dt
N N0
t 0
ln N t
N0
值的意义
是比例常数，后来称之为衰变常数，量纲为时间的倒数。其意义为一个放射性核素的原子在在所描述的时间范围内发生衰变的概率(probability)。

《氢氧同位素》PPT课件

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二、标准
O、H：
SMOW 标准 (Standard Mean Ocean Water):δ18O＝0，δD＝0
D/HSMOW=1.050D/H NBS-1 18O/16OSMOW=1.00818O/16O NBS-1
V-SMOW（国际原子能委员会推荐标准，替代 SMOW）：由蒸馏的海水与少量其他水混合而成。 δ18O＝0，δD＝0
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连续取不同的温度值即可获得图5-23所示的共生矿物对氧同位素分馏与温度的关系曲线。
矿物对温度计
在形成过程中，达到并保持同位素平衡，那么计算获得的同位素平衡温度与用其他方法测定的温度值是一致的。应当指出，根据共生矿物对氧同位素组成计算得出的温度代表同位素平衡温度，这个温度值所反映的是矿物间同位素平衡终止时的温度。
→ 18O：石英→白云母（硬石膏）→碱性长石、
方解石、文石→白榴石→白云母、霞石→钙长石（蓝晶石） →蓝闪石（十字石） →硬柱石 →石榴石、普通辉石、闪石→黑云母→橄榄石（榍石） →绿泥石→钛铁矿（金红石） →磁铁矿（赤铁矿） →烧绿石
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13C：CO22- →CO2 →C →CH4 →CO
34S：辉钼矿→黄铁矿→闪锌矿→磁黄铁矿→黄铜矿→斑铜矿→硫镉矿→铜蓝→方铅矿→辰砂→辉铜矿→辉锑矿→辉铋矿→ 辉银矿
在一个矿床中不同的矿物的同位素交换是否达到平衡，上述分配序列是一个判别标准。使用同位素温度计时，共存的矿物的同位素组成必须符合上述序列。
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2、蒸发-凝聚过程交换：
Lowenstam等(1957)研究了巴哈马滩水样的盐度与氧同位素组成的关系，表明两者之间呈明显的线性相关(图4一29)。