简述非传统同位素的应用与研究进展(DOC)
同位素的应用与研究
同位素的应用与研究同位素是指原子核具有相同质子数、但质量数不同的一类物质。
虽然同位素的化学性质相同，但由于其原子核的质量不同，往往具有不同的物理性质与生物学效应。
因此，同位素在医学、环境、生物学等领域的应用备受关注。
医学应用同位素技术在医学领域的应用被广泛地研究和应用，如利用放射性核素进行医学影像学诊断和治疗。
例如，世界上最广泛应用的医用同位素式碘-131, 它被广泛地用来治疗甲状腺癌和治疗过动甲状腺。
同时，同位素技术也被用于 PET（正电子断层扫描）和 SPECT （单光子断层扫描）影像术中。
在这些技术中，放射性核素被注射到病人体内，其后被扫描仪检测和成像，从而可帮助医生进行前瞻性的治疗。
环境污染防治有些同位素或放射性同位素的存在可以用于监控和控制环境污染。
例如，同位素氩-37可用于跟踪水动力学过程，如河流、湖泊、下水道和储水池等地方的水流动方向。
它还常用于表底水、地下水和地下水道的流动研究。
同样的，放射性核素如铀、锗、钒和铀尿中的主要稳定同位素铀，都有助于监测环境污染程度并采用相应的纠正措施。
生物学研究同位素技术也被广泛应用于生物学研究，如同位素示踪技术、同位素标记技术和同位素质谱技术。
同位素示踪技术是一种利用同位素对生物过程进行跟踪和研究的方法。
例如，以放射性同位素17N标记氯仿为研究对象，研究者就可以发现氯仿以二氧化碳（例如避孕药）的形式进入人体，并和氧气一同被呼出体外。
同位素标记技术，是将抗体或相关分子标记上放射性同位素或稳定同位素，以便于检测和研究。
例如，将荧光标记的抗体注入化学反应物中，将使蛋白质特异区域之间的交互作用进一步可视化并研究。
最后，同位素质谱技术则被广泛应用于新药研发领域。
例如，对于新药物开发中的生物转化研究，同位素标记技术可以更加有效地研究药物代谢路径，以便于药物治疗方案的优化。
总之，同位素的应用和研究广泛而深入，在医学、环境、生物学等领域都具有非常重要的意义。
同时，与更多的同位素发现和应用的出现，我们相信同位素技术将会广泛地应用于更加广阔领域与更深层次的研究中。
近十年我国非传统稳定同位素地球化学研究进展
近十年我国非传统稳定同位素地球化学研究进展一、本文概述在过去的十年中，我国非传统稳定同位素地球化学研究取得了显著的进展，不仅在理论探索上取得了重大突破，还在实际应用中发挥了重要作用。
非传统稳定同位素，如硼、锌、镁等同位素，在地球化学领域的应用逐渐受到重视，为研究地球物质循环、生态环境变化、气候变化等科学问题提供了新的视角和工具。
本文将对近十年我国非传统稳定同位素地球化学研究的进展进行全面的概述和梳理。
我们将介绍非传统稳定同位素地球化学的基本概念和研究意义，阐述其在地球科学研究中的重要性。
我们将从研究方法和技术手段的角度，介绍我国在这一领域取得的创新性成果和突破。
我们还将探讨非传统稳定同位素在地球化学各个分支领域中的应用，如地壳演化、地幔动力学、海洋化学、生物地球化学等，展示其在解决实际问题中的潜力和价值。
我们将总结近十年我国非传统稳定同位素地球化学研究的成果和经验，展望未来的研究方向和前景。
我们相信，随着科学技术的不断发展和研究方法的不断创新，非传统稳定同位素地球化学将在地球科学研究中发挥越来越重要的作用，为我国地球科学事业的发展做出更大的贡献。
二、非传统稳定同位素地球化学的理论基础与技术方法非传统稳定同位素地球化学作为地球科学的一个分支，主要研究非传统稳定同位素（如锂、镁、硅、铁等元素的同位素）在地球系统中的分布、行为及其变化，从而揭示地球的形成、演化及环境变迁等科学问题。
其理论基础主要建立在大质量分馏理论、同位素地球化学平衡及同位素分馏动力学之上。
大质量分馏理论是指同位素之间由于质量差异导致的物理和化学行为的差异，这是非传统稳定同位素研究的基础。
同位素地球化学平衡则是指在一定条件下，同位素之间达到动态平衡，其比值反映了地球化学过程的信息。
同位素分馏动力学则关注同位素分馏过程中速率的变化，为理解地球化学过程的机制提供了重要线索。
在技术方法上，非传统稳定同位素地球化学主要依赖于高精度的同位素分析技术，如多接收电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）和二次离子质谱（SIMS）等。
同位素的应用与探索
同位素的应用与探索同位素是由具有相同原子序数、但是质量数不同的同种元素构成的一组物质。
同种元素的不同同位素可以体现为核子的不同组成，而核子数量的增减将导致质量数的变化。
同位素具有许多的应用和探索，这些应用和探索涉及到许多不同的领域，如化学、物理等。
本篇文章将从生物、环境、医学和工业四个领域深入探讨同位素的应用和探索。
一、同位素在生物领域的应用与探索在生物领域，同位素的应用与探索主要是通过稳定同位素和放射性同位素来进行的。
稳定同位素主要用于研究物质的起源和循环。
例如，碳同位素可以用来研究石油、天然气和地下水的来源。
放射性同位素主要用于追踪生物过程。
例如，放射性碳同位素可以用来研究生物的新陈代谢、指示生物体内物质的流动和研究生物的繁殖。
同位素的应用还涉及到同位素标记技术。
同位素标记技术主要是将稳定同位素或放射性同位素引入到分子中，从而使其在分子内部发挥作用，然后通过分析同位素信号，推断出分子的性质和作用。
同位素标记技术在药物研发、食品安全监测等方面得到广泛的应用。
二、同位素在环境领域的应用与探索在环境领域，同位素的应用与探索主要是通过同位素分析来进行。
同位素分析可以用于研究地下水的起源和演化、大气中的污染物传输、土壤污染等。
例如，稳定氧同位素可以用来研究大气中的硫酸盐、氮氧化物和臭氧等污染物的来源和传输；碳同位素可以用来研究土壤有机质的起源和演化。
同位素分析的方法主要包括质谱、光谱、放射化学、液相色谱等。
这些方法可以帮助人们追踪分子在环境中的流动和迁移，从而科学地管理和保护环境。
三、同位素在医学领域的应用与探索在医学领域，同位素的应用与探索主要是通过放射性同位素的诊断和治疗来进行。
放射性同位素的核辐射可以破坏癌细胞和疾病细胞，从而达到治疗的目的。
放射性同位素的辐射水平可以通过调整剂量和放射性同位素的选择进行控制，从而减小对正常组织的伤害。
同位素的诊断主要是依靠放射性同位素的分布和辐射能量的特性来进行。
双稀释剂法在非传统稳定同位素测定中的应用——以钼同位素为例
２０１１年４月Ａｐｒｉｌ２０１１岩 矿 测 试ＲＯＣＫＡＮＤＭＩＮＥＲＡＬＡＮＡＬＹＳＩＳＶｏｌ．３０，Ｎｏ．２１３８～１４３收稿日期：２０１０ ０８ ２４；修订日期：２０１１ ０１ ０７基金项目：国家高技术发展计划（８６３计划）项目资助（２００７ＡＡ０６Ｚ１２５）；国家自然科学基金创新群体项目资助（４０９２１００１）；科技部基本科研业务费项目资助（Ｊ０９０４）作者简介：李津（１９８０－），女，山西阳泉市人，助理研究员，从事过渡族元素同位素地球化学研究。
Ｅ ｍａｉｌ：ｌｉｊｉｎ８０１１９＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ。
通讯作者：朱祥坤（１９６１－），男，山东沂水县人，研究员，从事同位素地球化学研究。
Ｅ ｍａｉｌ：ｘｉａｎｇｋｕｎ＠ｃａｇｓ．ａｃ．ｃｎ。
文章编号：０２５４５３５７（２０１１）０２０１３８０６双稀释剂法在非传统稳定同位素测定中的应用———以钼同位素为例李 津，朱祥坤 ，唐索寒（中国地质科学院地质研究所国土资源部同位素地质重点实验室，北京 １０００３７）摘要：仪器的质量分馏校正是提高同位素分析数据精度的关键。
“同位素双稀释剂”的测定方法可实现严格的仪器质量分馏校正。
文章以Ｍｏ同位素为例，详细介绍了同位素双稀释剂法的原理、计算方法以及应用多接收器等离子体质谱仪（ＭＣ－ＩＣＰ－ＭＳ）进行Ｍｏ同位素组成高精度分析的方法。
双稀释剂和标准样品的１００Ｍｏ／９７Ｍｏ使用Ｐｄ溶液的１０４Ｐｄ／１０２Ｐｄ标定，其他Ｍｏ同位素比值通过１００Ｍｏ／９７Ｍｏ标定。
对１００Ｍｏ／９５Ｍｏ、９８Ｍｏ／９５Ｍｏ和９７Ｍｏ／９５Ｍｏ三组Ｍｏ同位素比值建立３个非线性方程，组成一个非线性方程组，在认为仪器质量分馏和自然分馏都符合指数法则的前提下，通过Ｔａｙｌｏｒ公式将非线性方程组转换成线性方程组，使用牛顿迭代法计算出样品的Ｍｏ同位素组成。
在使用ＭＣ－ＩＣＰ－ＭＳ分析过程中，每组数据采集２０个数据点，最终的δ１００Ｍｏ／９５Ｍｏ、δ９８Ｍｏ／９５Ｍｏ和δ９７Ｍｏ／９５Ｍｏ是这２０组数据得到的２０组δ１００Ｍｏ／９５Ｍｏ、δ９８Ｍｏ／９５Ｍｏ和δ９７Ｍｏ／９５Ｍｏ的平均值。
非传统稳定同位素Mo、Cd的分析测试方法及其地质应用的开题报告
非传统稳定同位素Mo、Cd的分析测试方法及其地质应用的开题报告一、选题背景及意义随着稳定同位素地球化学的应用范围不断扩大，非传统稳定同位素元素（如Mo、Cd等）也被越来越多地应用于地质学中。
Mo是一种重要的多种价态元素，在生物地球化学、大气地球化学和海洋地球化学中扮演着重要角色。
Cd是一种有毒元素，其生物地球化学过程对环境和生物具有重要影响，特别是对植物生长和人类健康具有重要影响。
因此，准确、快速地确定Mo、Cd的同位素组成及其在地质过程中的变化对于研究地球化学过程具有重要意义。
二、研究现状传统的Mo、Cd同位素分析方法包括质谱法、电感耦合等离子体质谱法等，这些方法有缺点，如成本高昂、样品准备复杂等。
近年来，基于同位素比值与非传统稳定同位素在样品中的含量关系，开发了一些新的Mo、Cd同位素分析方法，如MC-ICP-MS法、热分解法等。
三、研究内容及方案该研究将探索一种使用化学预处理和 MC-ICP-MS法分析非传统稳定同位素Mo和Cd的方法，并应用于晚白垩纪地质样品中。
主要研究工作包括：1.制备含Mo、Cd的地质样品，并进行相应的化学预处理。
2.建立Mo、Cd同位素分析方法的分析流程，包括：样品准备、MC-ICP-MS测量等。
3.测试标准品并校准分析方法。
4.分析晚白垩纪地质样品中Mo、Cd的同位素组成，并探讨其地质意义。
四、预期结果及意义该研究的预期结果包括：1.建立一种准确、快速、经济的含Mo、Cd地质样品的同位素分析方法。
2.探讨晚白垩纪地质过程中Mo、Cd同位素组成的变化，进一步揭示地质过程的演化和环境变化。
3.丰富稳定同位素地球化学的研究方法和应用领域。
通过研究Mo、Cd同位素在地质过程中的变化，可以为地球科学提供更为全面和深入的认识，对于环境保护、资源开发等具有重要意义。
非传统稳定同位素在碳酸岩研究中的应用
非传统稳定同位素在碳酸岩研究中的应用
孙源
【期刊名称】《地球科学前沿（汉斯）》
【年(卷),期】2024(14)4
【摘要】非传统稳定同位素高精度测试技术的快速发展,为非传统稳定同位素在碳酸岩来源方面的研究提供了全新的技术手段。
越来越多的学者通过结合非传统稳定同位素,如Mg、Ce、B同位素来探讨碳酸岩研究中的相关问题。
研究通过使用Neptune MC-ICP-MS,TIMS,Nu Plasma II MC-ICP-MS等仪器对不同研究区碳酸岩的非传统稳定同位素组成特征进行讨论分析,得到了Mg同位素特征在研究碳酸岩的来源和形成过程中的重要指示意义,Ce同位素在证明大洋碳酸岩母岩浆主要来源于再循环碳酸盐中的重要作用。
B同位素与Sr-Nd-Pb同位素体系结合在有效识别碳酸岩的地幔组织组成中的重要作用。
同位素实验证据都表明,碳酸岩的来源是地幔,且与地幔柱活动有时间及空间上的联系。
【总页数】10页(P419-428)
【作者】孙源
【作者单位】桂林理工大学地球科学学院桂林
【正文语种】中文
【中图分类】P59
【相关文献】
1.浅谈碳氧同位素在碳酸盐岩储层研究中的应用
2.C、O同位素在川东北碳酸盐岩储层研究中的应用
3.稳定氧碳同位素在碳酸盐岩成岩环境研究中的应用
4.锂同位素分析方法及其在大陆裂谷环境碳酸岩研究中的应用
5.钙同位素地球化学研究新进展及其在碳酸岩-共生硅酸盐研究中的应用
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非传统稳定同位素——Ca 的地球化学基本情况研究
第12期2019年4月No.12April ，2019王萌（南京师范大学地理科学学院，江苏南京210023）引言钙是海洋和陆地生物圈中的重要营养元素，在天然晶体（方解石、白云石、磷酸盐、石膏）中可形成多种次生矿物相，是各种带壳水生生物的基本组成元素［1］。
富含钙的贝壳和骨骼是海洋中主要的钙沉积层，是地质时间尺度上海洋化学演化的重要记录者。
通过原生含钙硅酸盐矿物的风化和碳酸钙的沉淀，钙元素不断调节着长时间尺度的碳循环，并通过负反馈作用使地球在地质历史上适合生命生长和发育。
因此，钙是在全球循环中联系着岩石圈、水圈、生物圈和大气圈的一个关键元素。
Ca 有6个稳定同位素，40Ca,42Ca,43Ca,44Ca,46Ca 和48Ca ，相对丰度分别是96.941%，0.647%，0.135%，2.086%，0.004%和0.187％。
尽管钙同位素理论上可以作为很好的研究方向，但是由于受到技术手段和仪器精度的限制，钙同位素地球化学并没有得到很好的发展。
直到近年来，随着分析测试技术的发展，钙同位素在反演太阳星云演化、重建古气候演化、考古及地球表生过程等方面得到了较为广泛的应用。
因此，本文将会对钙同位素地球化学的基本概况及其应用作一个总结，希望能对国内学者进行钙同位素的研究提供借鉴。
1钙同位素的测定基于所使用测量仪器的不同，通常使用δ44/40Ca 或δ44/42Ca 这两种比值方法来表示钙同位素的组成，不同的同位素比值表示方法之间可以使用一定的数学公式进行相互之间的转换运算；如Schmitt 等测试了大量地质样品，得到拟合线δ44/40Ca=2*δ44/42Ca±0.2。
本文中默认不加说明的δ44Ca 都代表δ44/40Ca 。
目前Ca 同位素体系并没有统一的国际标样物质，已发表的文章中采用常见的标样有NIST SRM915a ，NIST SRM915b 、海水和CaF 2等。
此外，使用最为广泛的NIST SRM915a 标样，不同标样的A ，B 的Ca 同位素比值可通过和此标样之间进行一系列的公式运算之后即可比较。
非传统稳定同位素2铁同位素1
减少污染：非 传统稳定同位 素2铁同位素1 可用于检测和 减少环境污染
生态监测：有 助于监测和评 估生态系统的
健康状况
环保治理：为 环保治理提供 科学依据和技
术支持
可持续发展： 促进可持续发 展，保护地球
生态环境
的变化
医学研究：用 于诊断贫血和 相关疾病，以 及研究人体对 铁元素的吸收
和利用
诊断疾病：通过检测非传统稳定同位素2铁同位素1的浓度，有助于诊断某些疾病， 如贫血、肝脏疾病等。
监测治疗效果：在治疗过程中，通过监测非传统稳定同位素2铁同位素1的变化， 可以评估治疗效果，为调整治疗方案提供依据。
药物研发：非传统稳定同位素2铁同位素1可用于标记药物，追踪药物在体内的分 布和代谢情况，有助于药物研发和优化。
影响因素：制 备过程中需要 严格控制温度、 压力等条件，
增加了成本
应用领域：主 要用于科学研 究，而非工业
生产
铁同位素在地球科学中的应用：研究地球内部结构和地球历史 在天文学领域的应用：研究行星和恒星的成分和演化 在生物学领域的应用：研究生物体内的铁元素代谢和生理功能 在环境科学领域的应用：监测环境污染和生态变化
和物理特征。
经过深入研究和 探索，科学家们 揭示了非传统稳 定同位素2铁同位 素1在地球科学领 域的重要意义。
非传统稳定同位素 2铁同位素1的发 现为地球科学研究 提供了新的视角和 工具，有助于更深 入地了解地球的化 学和物理过程。
促进对元素性质和化学反应 机理的理解
推动元素周期表的发展和完 善
为材料科学、能源等领域提 供新的研究思路和手段
生物医学研究：非传统稳定同位素2铁同位素1可用于标记生物分子，研究生物分 子的结构和功能，促进生物医学研究的发展。
简述非传统同位素的应用与研究进展资料
简述非传统同位素的应用与研究进展——以铁同位素为例摘要：由于同位素分析方法的改进和多接收电感耦合等离子体质谱仪的使用，近年来以铁同位素为代表的非传统稳定同位素研究有了很大进展，铁元素在自然界中广泛存在并参与成岩成矿作用，热液活动，以及生命活动过程，对铁同位素的研究具有重大的意义和巨大的潜在应用价值。
本文主要介绍了铁同位素基本概念及其组成分布特征、铁同位素在不同过程中的分馏机理研究进展以及该技术在环境地球化学、生物示踪、人类健康、古海洋学研究等领域中的应用。
关键词：非传统同位素铁同位素 MC-ICP-MS一、前言非传统稳定同位素是相对于氢、碳、氧、硫等传统稳定同位素而言的，包括铁、铜、锌、钼、硒、汞、锂、镁等同位素体系。
在近十年里，随着各种同位素质谱测试技术的大幅提升，特别是多接受电感耦合等离子体质谱（MC-IPC-MS）的出现，使得人们对这些以往不为人熟知的同位素进入我们视野，十年里人们对非传统稳定同位素体系的开发与利用蓬勃发展，目前已开展的非传统同位素研究包括：锂[1]、镁[2-3]、钙[4]、钛[5]、钒[6]、铬[7]，铁[8]、镍[9]、铜[10-11]、锌[12]、锗[13]、锶[14]、钼[15-16]、汞[17-18]、铊[19]等元素。
其中尤以铁、钼、锂、镁、铜、锌、汞、铊、硒等元素的同位素研究备受瞩目。
铁是地球上丰度最高的变价元素，以不同的价态( 0,+ 2,+ 3) 赋存于各类岩石、矿物、流体和生物体中，并广泛参与多种地球化学和生物化学过程。
它是重要的成矿元素，主要工业矿物有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、针铁矿、菱铁矿和含铁绿泥石等，是矿床学研究中重点关注的元素之一；它是与生命活动密切相关的元素，在自然界中的分布对生物活动有着重要影响；因此，铁同位素组成的研究在示踪成矿作用和生物演化等方面具有重要潜力。
铁同位素的研究也可以为揭示自然界中各类生物作用过程和地质作用过程提供新的线索和证据[20]。
非传统稳定同位素的概念
非传统稳定同位素的概念
非传统稳定同位素是指除了传统的稳定同位素如氢、碳、氮、氧、硫等之外的同位素。
这些同位素包括锂、镁、氯、钙、铬、铁、铜、锌、硒和钼等元素。
这些非传统同位素的原子核由质子和中子组成，质子数相同而中子数不同。
它们在元素周期表上的位置主要集中在第五周期，属于过渡金属和碱土金属元素。
在自然界中，这些非传统同位素常以氧化物或单质的形式出现。
非传统稳定同位素与传统的稳定同位素相比，具有不同的物理和化学性质，因此在科学研究中有广泛的应用。
例如，非传统稳定同位素可以用于研究化学反应机理、探究生物体内代谢过程以及监测环境污染物等。
如需了解更多关于非传统稳定同位素的信息，建议查阅相关资料或咨询化学专家。
同位素应用的现状和新进展
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非传统同位素体系标准物质研发进展
（ 国计 量 科 学 研 究 院 ， 京 １ ０ １ ） 中 北 ０ ０ ３
摘 要 ： 一 代 多 接 收 同 位 素 质 谱 仪 为 非 传 统 同位 素 的 高 精 度 测 量 提 供 了有 利 的条 件 ， 而 使 得 非 传 统 同 位 新 进
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测量量值溯源作用的充分发挥 。
关 键 词 ： 传 统 同位 素 ； 证 标 准 物 质 非 有
中 图 分 类 号 ： ５ ． ３ Ｏ ６７ ６ 文献标识码 ： Ａ 文 章编 号 ：０ ４ ２ ９ （ ０ ０ ０ － １ ３０ １ ０ － ９ ７ ２ １ ） ４０ ９ － ９
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非传统稳定同位素-6b-总结
矿物间的铁同位素平衡分馏
• 根据理论预测，平衡条件下矿物铁同位素组成由重到轻的顺序 总体为：黄铁矿>Fe氧化物>硅酸盐>碳酸盐
理论预测的矿物分馏系数
火成岩中不同矿物的铁同位素组成： 磁铁矿>角闪石≥黑云母>辉石>橄榄石>钛铁矿
氧化还原作用
• 理论预测、实验结果都表明：在常温平衡条件下，Fe(II)与 Fe(III)物质间的δ56Fe分馏可达~3‰，并且Fe(III)相对Fe(II) 富集铁的重同位素 (Johnson et al., 2002, 2005; Weltch et al., 2003;
硫化物矿石表生风化过程
• 原生硫化物矿石的平均δ56Fe约为-0.15‰，部分氧化的氧化物矿石的平 均δ56Fe约为0‰，而完全氧化的铁帽的平均δ56Fe约为0.12‰。 • 随着风化程度的增高，铁同位素分馏越明显，且在风化过程中，轻的 铁同位素被淋滤带走。
Cheng et al., 2014
沉积过程
海水的氧化还原状态控制铁的沉淀程度 铁的沉淀程度影响Fe同位素的质量分馏
沉淀程度对Fe同位素分馏的影响
• 随着沉淀比例的增大，磁铁 矿和海水中残留的Fe同位素 组成逐渐变轻； • 鞍本地区BIF的Fe同位素成分 变化可以通过不同沉淀程度 得到解释。 • 当BIF的e57Fe为18时，海水 中大约有5％的磁铁矿发生了 沉淀；当BIF的e57Fe为10时， 海水中大约有25％的磁铁矿 发生了沉淀。
• 解决方案：纯化；样品－标样匹配；双稀释剂技 术
基本概念与原理
标准物质的作用
• 仪器质量分馏（质量歧视）校正：高纯度单质或简单化合 物（溶液） • Delta Zero：同位素组成已知，并且其同位素组成接近自 然界的平均值； • 数据质量监控（化学纯化、质谱测定）：与待测样品的物 质组成相近；
同位素地球化学研究进展及应用
同位素地球化学研究进展及应用I. 引言同位素地球化学是一门研究地球物质中同位素元素组成及其在地质过程中的变化的学科，具有独特的优势和广泛的应用价值。
同位素地球化学的应用可以帮助我们更好地了解地球的演化历程和探索自然环境中的一些谜团。
II. 同位素地球化学研究进展1. 同位素分析技术的不断发展同位素地球化学研究的基础是同位素分析技术的发展。
在过去的几十年中，同位素分析技术得到了长足的发展，涌现出了许多新的分析方法和技术。
例如，气体质谱法和质谱/质谱法可以实现对多种同位素同时进行分析，这种能力大大提高了数据的准确性和可靠性。
同位素稳定性自然丰度分析和示踪实验技术的不断完善也推动了同位素地球化学的研究进程。
2. 对地球演化史的研究同位素地球化学研究已经成为揭示地球演化历史的一种强有力的工具。
通过对地球上各种物质中同位素元素的组成进行分析，可以了解地球形成的时间和演化过程。
例如，通过对陨石的分析，科学家们发现地球的年龄约为45亿年。
同位素组成的对比分析还可以揭示地球上不同环境的地质过程，例如沉积作用、火山喷发和构造的演化。
3. 环境和生态学研究同位素地球化学技术在环境和生态学研究中也有着广泛的应用。
研究人员可以通过对环境样品中同位素元素的组成进行分析，进一步了解自然环境中的物质循环规律和污染过程。
例如，通过对植物组织中碳、氮同位素组成的分析，可以推断氮循环和碳生态系统的物质循环是否平衡，以及环境中对CO2的吸收和释放。
III. 应用案例分析1. 地下水资源管理同位素地球化学技术在地下水资源管理中也有着广泛的应用。
人们可以通过对地下水中同位素元素的比例进行分析，以区分不同来源地下水和地下水的流动方向等，从而更好地保护地下水资源。
例如，同位素元素中氢、氧同位素的比例可以用于判断地下水来源和流向，从而制定有效的地下水保护措施。
2. 稳定同位素示踪技术在烃类勘探和生产中的应用稳定同位素示踪技术也有重要应用，其中一个重要的应用领域就是在烃类勘探和生产中。
非传统同位素在石笋研究中的应用——以Mg同位素为例
2021年13期科技创新与应用Technology Innovation and Application应用科技非传统同位素在石笋研究中的应用———以Mg 同位素为例尹皓1，2，贾伟1，2，高涛1，2，王海川1，2，李新虎1，2（1.兰州大学地质科学与矿产资源学院，甘肃兰州730000；2.甘肃省西部矿产资源重点实验室，甘肃兰州730000）现今，全球气候变化研究已经成为一个具有世界战略意义、热点的科学问题，各国家、组织都在对其进行科学探索，从而揭示气候变化的事实和机制。
气候变化研究的代理指标众多，有冰芯、黄土、海洋和湖泊沉积物、珊瑚、树轮、砗磲、石笋等。
其中石笋是自然碳酸钙沉积物，为大气降水、洞穴上覆植被和土壤、岩溶渗流水等多种表生系统过程共同作用的产物，与大气水循环、地表生物地球化学过程、岩溶水文过程和碳酸盐矿物生长机制等密切相关[1]。
同时，石笋具有其空间分布广、适合U-Th 和U-Pb 精确定年、气候代用指标丰富、记录较连续、时间跨度较大、相互对比性强和采样成本低等优点被广泛应用于古气候研究[1]。
在过去的几十年里，人们通过对石笋的研究开发了许多替代指标，例如方解石氧同位素[2-3]、方解石碳同位素[4]、微量元素[5]、有机物碳同位素[6]、微层厚度[7-8]、生长速率[9]、磁学性质[10-11]、微层荧光强度（灰度）[12-13]、矿物学特征等。
其中，应用最为广泛的是石笋δ18O 值，通常指示不同气候系统的水文气候变化，如季风强度，但难以定量化反映温度和降水量等重要气候参数[1]。
最近，有人提出多代理研究，包括新的方法，如流体聚合体、惰性气体、聚集同位素和非传统同位素系统[14-17]，可能提供有价值的信息，并补充更传统的代理数据。
在这些最近建立的替代指标中，有Li 、Mg 、Ca 同位素指标[14，17-19]得到了充分的应用。
本文主要介绍非传统同位素在石笋研究中的应用，以摘要：通过介绍非传统同位素在石笋研究中的应用，以Mg 同位素为例，来探讨非传统同位素在石笋中的应用前景，以便开展对石笋非传统Mg 同位素的研究。
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简述非传统同位素的应用与研究进展——以铁同位素为例摘要：由于同位素分析方法的改进和多接收电感耦合等离子体质谱仪的使用，近年来以铁同位素为代表的非传统稳定同位素研究有了很大进展，铁元素在自然界中广泛存在并参与成岩成矿作用，热液活动，以及生命活动过程，对铁同位素的研究具有重大的意义和巨大的潜在应用价值。
本文主要介绍了铁同位素基本概念及其组成分布特征、铁同位素在不同过程中的分馏机理研究进展以及该技术在环境地球化学、生物示踪、人类健康、古海洋学研究等领域中的应用。
关键词：非传统同位素铁同位素 MC-ICP-MS一、前言非传统稳定同位素是相对于氢、碳、氧、硫等传统稳定同位素而言的，包括铁、铜、锌、钼、硒、汞、锂、镁等同位素体系。
在近十年里，随着各种同位素质谱测试技术的大幅提升，特别是多接受电感耦合等离子体质谱（MC-IPC-MS）的出现，使得人们对这些以往不为人熟知的同位素进入我们视野，十年里人们对非传统稳定同位素体系的开发与利用蓬勃发展，目前已开展的非传统同位素研究包括：锂[1]、镁[2-3]、钙[4]、钛[5]、钒[6]、铬[7]，铁[8]、镍[9]、铜[10-11]、锌[12]、锗[13]、锶[14]、钼[15-16]、汞[17-18]、铊[19]等元素。
其中尤以铁、钼、锂、镁、铜、锌、汞、铊、硒等元素的同位素研究备受瞩目。
铁是地球上丰度最高的变价元素，以不同的价态( 0,+ 2,+ 3) 赋存于各类岩石、矿物、流体和生物体中，并广泛参与多种地球化学和生物化学过程。
它是重要的成矿元素，主要工业矿物有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、针铁矿、菱铁矿和含铁绿泥石等，是矿床学研究中重点关注的元素之一；它是与生命活动密切相关的元素，在自然界中的分布对生物活动有着重要影响；因此，铁同位素组成的研究在示踪成矿作用和生物演化等方面具有重要潜力。
铁同位素的研究也可以为揭示自然界中各类生物作用过程和地质作用过程提供新的线索和证据[20]。
铁同位素在生命科学、环境科学、海洋学及地球与行星科学等领域都备受关注。
对铁同位素的研究可以追溯到半个世纪以前[21]，随着分析技术的进步，在上世纪八九十年代，一些科研人员开始用热离子质谱(TIMS)对铁同位素进行分析研究[22-25]，但分析精度只有1‰一3‰，跟自然界中铁同位素的组成变化范围在同一数量级，不足以用于研究自然界中铁同位素分馏过程，这主要是因为铁的电离势太高，而TIMS的离子化效率太低。
近年来多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)的引入为此领域的发展开拓了新的前景，其分析精度可达±0.05‰（1S.D.），适于测量50× 10-9-10×10-6浓度范围内的样品。
二、铁同位素研究历史发展上世纪60年代部分学者曾对一系列元素进行了同位素组成调查，但由于当时测试精度较差，没能发现自然界中这些元素的同位素分馏[26-27]。
90年代末，受火星上是否存在生命这一重大科学问题的驱使，部分美国学者研发了铁同位素的双方稀释剂热电离质谱(DS-TIMS)测试技术[28]，认为铁同位素组成是生物活动的标志特征，即自然界中只有生物过程才能使铁同位素发生分馏[28]。
尽管这一观点被很快否定，但激发了人们对铁、铜、锌等被生物利用的金属元素同位素研究的极大兴趣。
铁同位素的MC-ICP—MS高精度测定是非传统稳定同位素发展史上一项里程碑式的进展。
由于等离子体中产生的ArN+和ArO+的干扰，当时大部分学者认为运用MC-ICP-MS进行铁同位素高精度测定难以实现MC-ICP-MS当时还没有高分辨模式。
然而，通过一系列技术操作，Belshaw等[29]成功研发了低分辨下铁同位素的MC-ICP-MS测试技术。
与DS-TIMS相比，该方法不仅测试效率高，而且测试精度提高了近一个数量级，开启了真正意义上的铁同位素地球化学研究之门。
在本世纪开始的头两三年内，铁、铜、锌、镁、钙、钼、铊、钛等元素的同位素测试方法研发出来。
随后，MC-ICP-MS实验室如雨后春笋般在世界各地建立起来，非传统稳定同位素地球化学进入了群雄并起的蓬勃发展阶段，研究重点也由测试方法研发逐步转向同位素分馏研究和应用潜力探索。
与国际发展方向一致，我国学者也适时开展了非传统稳定同位素地球化学研究[30-31]。
经过近十年的努力，先后建立了铁、铜、锌、钼、钛、锂、镁等元素的同位素测定方法[32-39]，并进行了相关同位素的标准物质研制[33]。
三、铁同位素概况3.1 铁同位素基本概念铁共有二十五个同位素，其中四个是可自然存在的稳定同位素，其他都是实验室存在的放射性同位素。
铁稳定同位素的基本情况见表1[40]。
表1 铁的稳定同位素及其基本参数元素符号原子序数质量数中子数相对原子质量平均同位素丰度（%）标准原子质量Fe 26 54 28 53.939621 5.84555.84756 30 55.934932 91.75457 31 56.935394 2.119258 32 57.933272 0.2818注：表中后两项以C=12.000000为单位。
目前，国际上主要存在两种Fe 同位素组成的表示方式：δ(千分偏差) 和ε(万分偏差) 。
Fe 同位素的δ 表达式为：δ56Fe = ［( 56Fe /54Fe) 样品/( 56Fe /54Fe) 标样－1 ］×1000，δ57Fe =［( 57Fe /54 Fe) 样品/( 57 Fe /54 Fe) 标样－ 1 ］ × 1000，△57 Fe A-B 2=δ57Fe A-δ57Fe B。
对于质量分馏而言，δ56Fe = 0. 678 δ57 Fe。
由于自然界中有些样品的Fe 同位素组成变化较小，千分偏差无法直观地显示Fe 同位素的变化，所以有时采用万分偏差表示: ε56Fe = ［( 56 Fe /54 Fe)样品/( 56 Fe /54 Fe) 标样－ 1］× 10000，ε57Fe = ［( 57Fe /54 Fe) 样品/( 57 Fe /54 Fe) 标样－ 1］× 10000。
两者之间的换算关系为: ε56Fe = 10δ56Fe，ε57Fe = 10δ57Fe。
国际通用的铁同位素标准物质有两种，一种是火成岩标样：15块地球火成岩和5块月球高钛玄武岩的平均值；一种是欧洲委员会参考物质及测量协会提供的IRMM-014(Taylor et al.,1992)。
两种标准物质之间的换算关系为：δ56 Fe 火成岩= δ56 Fe IRMM-014－0. 09‰，δ57 Fe 火成岩= δ57 Fe IRMM-014 －0. 11‰ ( Johnson et al.，2004) 。
3.2 铁同位素分布特征已知的地球物质的δ57Fe 的总体分布范围为-5. 18‰ ~4. 65‰，平均值为-0. 34‰ ± 1.79( n = 1857) ，其中δ57 Fe 的最大值和最小值分别出现在条带状铁矿的磁铁矿单矿物样品( Whitehouse and Fedo ，2007) 和黑色页岩中的黄铁矿单矿物样品( Rouxel et al. ，2005) 中。
从全岩尺度上讲，地幔包体、火成岩、变质岩、沉积岩、黄土和风尘、沉积物以及洋底热液和海水均呈现出较小的铁同位素组成分布范围，铁同位素组成相对均一，而条带状铁建造和河水样品具有较大的铁同位素组成变化范围； 条带状铁建造呈现出富集铁的重同位素的基本特征，碳酸盐岩、铁锰结核、海水、河水和洋中脊热液流体呈现出富集铁的轻同位素的特征，地幔包体、火成岩、黄土、风尘和页岩集中分布在零值附近，这种分布特征主要是由于地幔熔融、结晶分异等过程中铁同位素的分馏程度相对较小，而氧化还原过程中的铁同位素分馏相对较大所导致的。
3.3不同储库中铁同位素组成Beard et al. ( 2003b) 最早通过对MORBs 和OIBs 的铁同位素研究，结合Zhu et al.( 2002) 的研究，对整体地球的平均铁同位素组成进行了约束。
他们认为，整体地球的δ57 Fe 平均值应该位于0. 15‰附近。
其后的研究广泛引用了这一平均值作为整体硅酸盐地球的参考基点。
但该数值是基于早期研究的有限样品所得出的平均值，随着近年来大量研究深入细致的开展，铁同位素组成的数据库得到了极大程度的积累和更新，因此，重新对整体硅酸盐地球的铁同位素组成进行约束非常必要。
为此，王跃[41]等对近年来报道的陨石、上地幔和地壳的铁同位素组成进行了系统的总结和讨论：陨石：普通球粒陨石的δ56 Fe 为-0.13‰～0.18‰，平均值为(0.03±0.10)‰；碳质球粒陨石的δ56 Fe 为-0.15‰～0.13‰，平均值为(0.01±0.11)‰；顽火辉石球粒陨石的δ56Fe 为一0.03‰～0.02‰，平均值为(-0.01±0.04)‰；无球粒陨石的δ56Fe 为-0.05‰～0.17‰，平均值为(0.01±0.05)‰；铁陨石的δ56 Fe 为0.01‰～0.15‰，平均值为(0.074-0.10)‰[41]。
上述统计数据显示，不同类型的陨石具有大致相同的铁同位素组成分布范围和基本一致的平均值，说明不同类型的陨石具有均一的铁同位素组成。
因此，有理由认为，地球物质的铁同位素组成应该与陨石的总体平均值接近，位于(0.01±0.11)‰附近。
上地幔：上地幔的铁同位素组成可以通过地幔包体的平均铁同位素组成进行约束。
地幔δ56Fe 的总体变化范围为-0.43‰~0.27‰，平均值为0.01±0.15‰(砣一126)。
其中，纯橄榄岩的δ56 Fe 为-0.38‰~0.19‰，平均值为-0.02±0.16‰；尖晶石二辉橄榄岩的δ56Fe 为-0.21‰~0.10‰，平均值为-0.01±0.10‰；斜方橄榄岩的δ56 Fe 为-0.07‰~0.16‰，平均值为-0.01 4~0.08‰；二辉橄榄岩的艿拍Fe 为-0.43‰~0.09‰，平均值为-0.04±0.23‰；二辉辉石岩的δ56 Fe 为-0.43‰~0.27‰，平均值为0.034~0.24‰。
上述统计结果说明，上地幔的铁同位素组成并不均一，但全岩样品的变化范围不是很大。
已分析的样品包括不同大地构造背景和不同的岩石类型，因此这些样品的平均值应基本代表上地幔的平均铁同位素组成，即δ56 Fe-(0.01±0.15) ‰。
实际上，这一平均值与碳质球粒陨石的铁同位素组成平均值一致。
玄武岩是地幔部分熔融的产物，如果地幔部分熔融过程中没有发生明显的铁同位素分馏，玄武岩的铁同位素组成就能够代表地幔的平均铁同位素组成。