第四章第一节微量元素的概念与性质

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地球化学讲义微量元素地球化学(中国地质大学)

地球化学讲义微量元素地球化学(中国地质大学)
可见,微量元素在某相中的化学位越低,它的含量就会越高,就 像是水往低处流一样的道理
5.微量元素在岩石与熔体之间的分配系数:常用岩石中所有矿物 的分配系数与岩石中各矿物含量的乘 积之和一表达。
n
Di KDi Wj ji
即 n:含量微量元素i的矿物数 Wj:第j种矿物的质量百分数 KDi: 第j种矿物对微量元素的简单分配系数
方法是:测定待研究地质体中共生矿物对中某微量元 素的含量,算出该元素在矿物对的分 配系数,利用以上 关系式即可计算出矿物结晶温度。
中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2019年7月30日更新
地 球 化 学
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样品号 1
温度(℃) 1160
橄榄石Ni 1555
单斜辉石Ni 255
2
实验测定法:用化学试剂合成与天然岩浆成分相似的玻璃物质, 实验使一种矿物与 之达到微量元素的分配平衡,然后测定元素在两 相中的浓度,计算得 到分配系数。
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地 球 化 学
7.分配系数的影响因素: 体系组分的影响—岩浆岩化学成分的变化在很大程度上取决于 硅酸盐熔体的结构,不同硅酸盐熔体共存时微量元素分配情况明 显不同;
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地 球 化 学
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二、微量元素在共存相中的分配
在一定的环境(物理化学条件)中,一切自然作用体系均趋向于平衡。 当达到平衡时,
常量元素
微量元素
体系中 的浓度
很高
极低
独立 矿物
能形成独立矿物
不能形成独立矿物,但在平衡共存的矿物之间(或液相- 固相之间)进行分配

微量元素概念

微量元素概念

微量元素概念
微量元素是指人体内含量较少的必需元素,这些元素对于人体健康和生长发育具有重要作用。

常见的微量元素包括铁、锌、铜、锰、铬、硒、钼、钴等。

这些元素在人体内含量虽然很少,但是对于维持人体正常生理功能和生命活动至关重要。

例如,铁是血红蛋白的重要成分,缺铁可导致贫血;锌是多种酶的组成成分,参与人体多种生理代谢过程,缺锌会影响生长发育和免疫功能;铜是多种酶的辅基,参与造血和骨骼形成等过程,缺铜可导致贫血和骨骼病变;硒具有抗氧化作用,缺硒会增加患病风险等。

人体所需的微量元素主要来自食物和水,不同食物中含有的微量元素种类和数量也不同。

因此,为了保持身体健康,应该摄入多样化的食物,以保证各种微量元素的摄入。

如果身体缺乏某种微量元素,可能会出现相应的症状和疾病,此时需要及时补充。

但是,过量摄入某些微量元素也可能对身体造成负面影响,因此补充微量元素应该适量,遵循科学合理的原则。

地球化学 (14)

地球化学 (14)
半径比较接近;
REE的较大半径削弱着共价键性和静电的相互作 用, 成为阻止REE形成稳定络合物的主要因素之 一。溶液中三价REE离子能同CO23-,Br+,I-, NO3-和SO42-等组成离子对,形成碳酸盐,硫酸盐, 氯化物和氟化物型络合物. ;
在富CO2溶液中REE极活动。 实验证明HREE在共 存硅酸盐和碳酸盐熔体(岩浆熔离)之间优先富集于 碳酸盐熔体中;在共存富CO2蒸气相中REE更加富 集;
尽管REE化学行为相似, 还是能通过某些成岩和 成矿过程发生彼此分离。这是因电子构型对它们 离子价态和半径施加影响的结果,也与REE在造 岩矿物配位多面体类型众多和大小变化有关。
2. REE价态
REE是强正电性元素, 以离子键为特征, 只含极 少共价成分。电离顺序是先移去6s亚层上两个电 子,然后丢失1个5d或4f电子,因为5d和4f电子在 能量上相对接近于1个6s电子。设想再从4f移去1 个,即第4个电子,但是这个电子电离能太高, 不易移去。因此REE在化学和地球化学上均显示 三价离子状态,只有Eu和Yb可呈2价, Ce和Tb可 呈4价。原因:Eu2+和Tb4+具有半充满4f亚层, Yb2+具有全充满4f亚层,Ce4+具有贵气体氙(Xe) 电子构型,这些电子构型可以提高该价态离子的 稳定性。
变价离子(Eu,Ce等)不同价态的比例取决于 体系的成分、氧逸度、温度和压力;
3.REE的配位和离子半径
矿物中REE占据多种多样的配位多面体,从六次 到十二次,甚至更高的配位均有。较小的稀土元 素占据六次配位位置,但这种情况在矿物中少见。
一般REE在矿物中的配位要大些,最常见的配位 是七次到十二次,如榍石中为七次,锆石中为八 次,独居石中为九次,褐帘石中为十一次和钙钛 矿中为十二次。

微量元素的讲课资料

微量元素的讲课资料


亚 红细胞生成缺铁期(IDE):血清铁↓
临 床
总铁结合力↑,运铁蛋白饱和度↓ ,
贫 红细胞游离原卟啉↑
缺铁性贫血期(IDA):血红蛋白和红细 胞容积↓ 出现缺铁性贫血临床症状
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18
铁缺乏对健康的效应 组织铁缺乏
严重贫血
工作能力 儿童发育
儿童死亡率 母亲死亡率
2019/8/8
2019/8/8
10
常见食物中铁的吸收率
食物名称 吸收率 (%) 食物名称 吸收率 (%)
血红蛋白
25
小麦、面粉
5
动物肉、肝
22
玉米
3

11
鸡蛋
3
大豆
7
大米
1
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11
食物中的铁主要有两种形式: (1)非血红素铁 (2)血红素铁
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12
(1) 非血红素铁:
—— 主要以Fe(OH)3的形式存在于植物性 食物中,须转变成亚铁离子后才能被 吸收。 因此, 吸收率低,一般<10%。
氧化物酶、过氧化氢酶等酶功能下降,这些 酶在物质和能量代谢中起重要作用 (3)机体抗感染能力降低
临床研究表明,铁缺乏的婴幼儿腹泻、呼 吸道感染患病率高,补铁后下降。
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24
(4)行为和智力障碍
铁缺乏的婴幼儿表现对周围不感兴趣, 易于烦燥,在运用智力解决问题上的主 动性降低,全神贯注时间变短,学习能 力和记忆力异常;青少年表现为学习能 力和工作耐力降低;成人表现为冷漠呆 板,在工作中休息时间增加,往往被人 认为是自私懒惰。研究发现铁缺乏对行 为和智力影响的原因
(3) 具有潜在的毒性,但在低剂量时,可 能具有人体必需功能的元素,包括7种: 氟、铅、镉、汞、砷、铝、锡

微量元素地球化学

微量元素地球化学
有很低成分比例的溶质的溶液称为稀溶液。微量元素在岩石矿物中的分布
正是这种状态。如玄武岩中的镍橄榄石,其中的(Mg,Fe)2SiO4为溶剂,而
Ni2SiO4就是溶质。对于Ni2SiO4而言,这种橄榄石就是一种稀溶液。在稀溶
液中,溶质和溶质间的作用是微不足道的,而溶质和溶剂的相互作用制约
着溶质和溶剂的性质,亨利定律和拉乌尔定律就是用来描述这种性质的。

拉乌尔定律:

拉乌尔定律是稀溶液所遵循的另一规律,它是基于在溶剂中加入非挥
发性溶质后溶剂活度降低而得出的。其表述为“稀溶液中溶剂的活度等于
纯溶剂的活度乘以溶液中溶剂的摩尔分数”,即为
其中,aoj为纯溶剂的活度,Xj为溶剂的摩尔数, aj为溶液中溶剂的活度。


溶剂在全部浓度范围内都符合
拉乌尔定律的溶液称为理想溶液。
ratio),优先进入晶体。 如在碱性长石中Ba2+ (1.44 Å) 或Sr2+ (1.21 Å) 替代K+
(1.46 Å)时,需要有一个Al3+ 替代 Si4+来维持电价平衡。
主要的微量元素代替




橄榄石中Ni替代Fe2+和Mg2+ 。
尖晶石和磁铁矿中Cr和V 替代Fe3+ 。
斜长石中 Sr 替代 Ca 。
Nb,Ta,Zr,Hf等),稀土元素(La,Ce,Nd等),过渡族元素(Fe
,Co,Ni,Cu,Zn等)。
c.按地球化学作用过程分类:当固相(结晶相)和液相(熔体相,流体
相)共存时,若微量元素易进入固相,称为相容元素(Compatible
element)。反之,若微量元素易进入液相,称为不相容元素(

第四章 微量元素地球化学-3

第四章  微量元素地球化学-3

能斯特分配系数。
8
在一定浓度范围内,KD与i的浓度无关,只与 温度、压力有关。 根据稀溶液定律(亨利定律),微量元素i的活 动正比于其摩尔浓度,即ai = K bi 所以,KD= aiA/aiB= biA/biB 能斯特分配系数( KD )仅适用于服从稀溶液 定律的微量元素,其他元素需采用该元素在两 相中的活度比值作为分配系数。
28
b 平衡部分熔融过程的定量模型
o 假设,产生的全部熔体与残留相保持平衡
ci l
岩浆 F
源岩
1-F
残留相
ci o
ci s
o 考虑源岩中微量元素i的量和岩浆+残留相中的量相等, 可得下列方程:
ห้องสมุดไป่ตู้29
我们设:F为固相部分熔融的程度(百分数) CS为固相中某微量元素的初始平均浓度 CL为固相熔融到F时熔体相中该微量元素的平均浓度 CRS为固相熔融到F时残余固相中该元素的浓度 DRS为残余固相和熔体相之间的总分配系数 这里XRS,α为残余固相中α相(矿物)的重量分数
结晶作用是岩浆演化的基本过程; 结晶过程倾向于导致岩浆全部结晶,即100%变成结晶相; 矿物结晶过程中,矿物表面与残余岩浆之间可以一直保持 平衡;但是,矿物内部与残余岩浆脱离接触,难以继续保持 平衡。因此,平衡结晶过程很少实现。实际的结晶过程是一 种保持表面平衡的过程,接近分离结晶过程。 在岩浆结晶过程中存在矿物结晶次序的差别,一些矿物先 结晶,一些矿物后结晶,如鲍文反应序列所示。由于重力等 作用,先结晶的矿物可能发生堆积,与残余岩浆分离。这也 会造成分离结晶作用。 岩浆分离结晶的程度,取决于岩浆的类型和粘度、结晶的 速度等条件。
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B 温度对分配系数的影响
• 由能斯特定律可导出: lnKD = - (△H/RT) + B △H表示微量元素在两相中的热焓变化; B是积分常数; R是气体常数 ——分配系数的自然对数与体系温度的倒 数呈线性关系!

《微量元素》课件

《微量元素》课件

碘缺乏症
总结词
碘是人体必需的微量元素之一,碘缺 乏症会对人体健康产生不良影响。
详细描述
碘缺乏症会导致甲状腺功能减退、甲 状腺肿大、智力低下、生长发育受限 等症状,对孕妇和胎儿的影响尤为严 重,可导致胎儿智力发育受损。
铜缺乏症
总结词
铜是人体必需的微量元素之一,铜缺乏症会对人体健康产生不良影响。
详细描述
市面上有多种不同种类的 营养补充剂,如复合维生 素、单一维生素、矿物质 等。
使用注意事项
在选择和使用营养补充剂 时,应遵循医生或专业人 士的建议,避免过量摄入 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
补充剂与健康
适量补充某些营养素可能 对健康有益,但并非所有 人都需补充,过量摄入可 能带来不良影响。
其他补充方式
阳光照射
适量阳光照射有助于身体合成维 生素D,这是一种重要的微量元
《微量元素》ppt课件
• 微量元素简介 • 微量元素的主要种类 • 微量元素缺乏症 • 微量元素补充途径 • 微量元素与疾病预防
01
微量元素简介
定义与分类
定义
微量元素是指在生物体内含量极少, 但对生物体正常生长、发育和维持正 常生理功能必不可少的元素。
分类
根据其在生物体内的含量,微量元素 可分为大量元素和微量元素两类,其 中微量元素通常指铁、锌、铜、锰、 铬、硒、钼、钴等。
损伤。
缺硒会增加患心血管疾病、克山 病、大骨节病等疾病的风险。
富含硒的食物来源包括海产品、 肉类、蛋类等。

碘是合成甲状腺激素的必需元素 ,参与甲状腺激素的合成和分泌 ,维持人体正常的代谢和生长发
育。
缺碘会导致甲状腺肿大、甲状腺 功能减退等症状,影响儿童的智

地球化学知识点整理

地球化学知识点整理

地球化学绪论1、地球化学的定义:地球化学是研究地球(包括部分天体)的化学组成、化学作用和化学演化的科学2、地球化学的基本问题:【填空】(1)质:地球系统中元素的组成(2)量:元素的共生组合和赋存形式(3)动:元素的迁移和循环(4)史:地球的历史和演化3、地球化学研究思路:【简答】在地质作用过程中,在宏观地质体变化和形成的同时,亦伴有大量肉眼难以辨别的化学组成变化的微观踪迹,它们包含着重要的定性和定量的地质作用信息,应用现代化学分析测试手段,剖析这些微观踪迹,从而揭示宏观地质作用的奥秘。

即“见微而知著”。

第一章地球和太阳系的化学组成第一节地球的结构和组成1、地球的圈层结构、主要界面名称:(1)地震波(P波和S波)在地球内部传播速度的变化,反映出地球内部物质的密度和弹性是不均一的。

这种不均一性在地球的一定深度表现为突变性质。

由此得出,地球内部具有壳层结构的概念,即认为地球由表及里分为地壳、地幔和地核三个部分。

界面分别为:莫霍面和古登堡面。

(2)上地壳和下地壳分界面为康拉德面。

上地壳又叫做硅铝层,下地壳又叫做硅镁层。

大陆地壳由上、下地壳,而大洋地壳只有下地壳。

【填空】2、固体地球各圈层的化学成分特点:(分布顺序)地壳:O、Si、Al、Fe、Ca地幔:O、Mg、Si、Fe、Ca地核:Fe-Ni地球:Fe、O、Mg、Si、Ni第二节元素和核素的地壳丰度1、基本概念:【名词解释】(1)地球化学体系:我们把所要研究的对象看作是一个地球化学体系,有一定的空间,处于特定的物理-化学状态,并且有一定时间的连续(2)丰度:研究体系中被研究元素的相对含量(3)克拉克值:地壳中元素的平均含量(4)质量克拉克值:以质量计算表示的克拉克值(5)原子克拉克值:以原子数之比表示的元素相对含量。

它是指某元素在某地质体全部元素的原子总数中所占原子个数的百分数。

(6)浓度克拉克值:某一元素在地质体中的平均含量与克拉克值的比值2、克拉克值的变化规律:(1)递减:元素的克拉克值大体上随原子序数的增大而减小。

微量元素ppt课件

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血铅(Pb)
过量:儿童铅中毒:智力低下、
生长发育迟缓、贫血等,特别
是神经系统的损伤,可引起智
力障碍、脾气暴躁、多动、注
意力不集中等;孕妇铅中毒:
主要是影响胎儿的生长发育, 可导致胎儿发育异常或畸形、 全血2ml 影响胎儿神经系统发育,孩子 (肝素抗凝) 出生后表现智力障碍、多动等;
14
2个工作日 周日一顺
驱铅治疗只用于血铅水平在中度及以上铅中 毒。驱铅治疗应当注意:
(1)使用口服驱铅药物前应当确保脱离污染 源,否则会导致消化道内铅的吸收增加;
(2)缺铁患儿应当先补充铁剂后再行驱铅治 疗,因为缺铁会影响驱铅治疗的效果。
成人慢性铅中毒诊断标准
有明确铅污染区域内生活接触史,出现以神经、 消化、造血系统为主的临床表现,复查和专项 体检血铅≥2.9μmol/L(600μg/L)或尿铅 ≥0.58μmol/L(120μg/L)者,可诊断为慢 性铅中毒。
响胎儿生长发育。 妊娠妇女缺铁可引起贫血、早产等,孕妇晚期,缺铁
比例会增加 。
含铁高的食物
海带干、黑木耳、芝麻酱、虾子、猪肝、猪 血、酱豆腐等。
钙(Ca):
人体内99%的钙在骨骼和牙齿中,1%存在 在体液中。
功能:构成骨骼和牙齿;维持神经肌肉活动; 促进酶的活性;参与凝血等。
钙(Ca):
育和分化易导致畸形或死胎。
铜含量异常会影响精子授精。
铜(Cu):
含铜高的食物: 猪肝、猪肉、荠菜、菠菜、芝麻、茄子等。
镁(Mg):
是人体内细胞内液中第二重要的阳离子。人体 内大约有21g镁。
生理功能: 酶的激活剂,参与300多种酶促反应 抑制钾、钙通道 维护骨骼生长和神以肌肉的兴奋性 维护胃肠道和激素的功能

微量元素的讲课资料

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2019/6/25
25
(5)生长发育迟缓
缺铁会使蛋白质与核酸的合成产生障 碍,直接影响青少年儿童的生长发育。 常表现为体重增长迟缓甚至停滞、骨骼 异常等,可能与胶原蛋白合成需要的铁 参与使脯氨酸、赖氨酸羟化有关。
2019/6/25
26
国家公众营养改善项目-酱油铁强化行动
为何不选主食?谷物加工分散 为何选EDTA钠铁?不影响食品的口感;与
氧化物酶、过氧化氢酶等酶功能下降,这些 酶在物质和能量代谢中起重要作用 (3)机体抗感染能力降低
临床研究表明,铁缺乏的婴幼儿腹泻、呼 吸道感染患病率高,补铁后下降。
2019/6/25
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(4)行为和智力障碍
铁缺乏的婴幼儿表现对周围不感兴趣, 易于烦燥,在运用智力解决问题上的主 动性降低,全神贯注时间变短,学习能 力和记忆力异常;青少年表现为学习能 力和工作耐力降低;成人表现为冷漠呆 板,在工作中休息时间增加,往往被人 认为是自私懒惰。研究发现铁缺乏对行 为和智力影响的原因
6月-:8mg 12月-:9mg 4岁-:12mg 成人F: 15.5mg M:11.5mg 孕妇:16.5mg
2019/6/25
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食物来源
极好来源:贝类产品、红色肉类、动物内脏类 良好来源:干酪、虾、燕麦、花生酱、花生等; 干果类、谷类胚芽和麦麸也富含锌
2019/6/25
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硒 生理功能
1.参与含硒蛋白和含硒酶的组成
缺硒时,各种免疫功能下降, 过量硒可抑制免 疫功能。
2019/6/25
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3.抗氧化,延缓衰老
2019/6/25
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(五)锌中毒
在锌正常摄入量和产生有害作用剂量之间有 一个相对较宽的范围,加之人体有效的体内平 衡机制,所以一般情况下人体不易发生锌中毒。 成人一次性摄入2g以上的锌会发生锌中毒,主 要特征之一是锌对胃肠道的直接刺激作用导致 恶心、呕吐、上腹疼痛、腹泻。

第四章-微量元素地球化学

第四章-微量元素地球化学

不相容元素具有过大或过小的离子半径或 离子电荷
① 大离子亲石元素(Large ion lithophil elements)LILE
K、Rb、Cs、Sr、Ba等,离子半径大、离
子电荷低、离子电位π<3,这些元素的特点是
易溶于水、地球化学性质活泼,活动性强。
② 高场强元素(High field strength elements)HFSE。如Nb、Ta、Zr、Hf、P、
分配系数在不同程度上受到体系的化学成分、 温度、压力等诸多因素影响,选用分配系数时,选 择与所研究的体系条件相近(化学成分,温度,压 力)的分配系数值。
二、岩浆作用过程中微量元素的定量分配模型
岩石形成岩浆的部分熔融模型 岩浆熔体结晶分异作用模型
(一)形成岩浆的部分熔融作用模型—平衡部分熔融
1 平衡部分熔融:岩浆形成最常见也是最可能的熔融模 式。在整个部分熔融过程中,熔体与残留固体始终保持平衡, 直到熔体离去,这种熔融又称批次熔融、平衡熔融或一次熔 融。
挥发性元素(Volatile elements)
在宇宙化学及地球的形成和演化研究中, Ringwood(1966)根据在熔融过程中融熔和挥发 的难易程度,将元素分为难熔元素和挥发性元素。 一般,挥发性元素通常是指在1300℃—1500℃和 适度还原的条件下,能从硅酸熔体中挥发出来的元 素,而难熔元素则是在这种条件下不能挥发的元素。
在固相为多种矿物时,地球化学中常用总分配 系数Di,体系中所有矿物简单分配系数与矿物含量 的加权和称为总分配系数,又称岩石的分配系数 (Di),用于研究微量元素在矿物集合体—岩石及 与之平衡的熔体之间的分配关系。
kDT kD,1 x1 kD,2 x2 kD,n xn
用岩石中所有矿物简单分配系数与岩石中各 矿物含量乘积之和表达:

微量元素课件学习

微量元素课件学习
一 、 常 量 元 素微与量微元量素元的素基 本 概 念 及 生 物 学 特 性 • 目前已知天然存在的化学元素有92种,在人体内已发现81种。 • 人体必需的常量元素有11种
O、C、H、N、K、NA、Cl、Ca、P、Mg、S占人体总质量 的99.95%,是人体不可缺少的造体元素,又称人体必需的常量元 素,其余70余种元素是微量元素,仅占人体总质量的0.05%。
第43页/共52页
• 临床样品的预处理方法最常用的是稀释法、常压常温消化法、高温干灰化法 • 在实际工作中,必须根据检测元素,样品种类,待测元素的性质、含量,仪器性能、测定方法等,选用简
便、快速、安全、高效、回收率高、空白值低、重现性好的处理方法。
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三、微量元素测定方法
1、生化法 2、伏安法 3、原子吸收光谱法 4、电感耦合等离子体发射光谱法 5、质子激发X射线光谱法 6、荧光分析法 7 、中子活化法
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注意事项
• 不要检测头发 虽然头发微量元素测定具有标本收集、输送方
便,适用与任何年龄的儿童等的优点。但是头发代 谢活动低,只能反映某一时间段的变化情况,而不 能反映近期变化。

头发裸露在外,受到人体所到过的各种环境
污染,在目前,尚没有任何一种标本预处理的方法
第25页/共52页
4.铜与白癜风病 • 实验室证实白癜风病人血清铜及发铜明显低于正
常人
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(四)铜中毒
• 急性铜中毒:结晶硫酸铜烧伤和意外误用 • 慢性铜中毒:因职业关系、长期接触铜尘、铜烟
第27页/共52页
肝豆状核变(四性)病铜(中W毒ilson氏病) • 肝脏合成铜蓝蛋白能力低于正常人 • 因而使铜大量沉积在各个器官中 • 最典型的是铜沉积在眼的角膜上形成黄绿色沉积
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1 .0 1 .0 μ
0 i
μ
0 i
ai
拉乌尔定律 (理想的) ai
拉乌尔定律 (理想的) 非理想 非理想 亨利定律
R T l n k Ji R T l n k Ji
0
μ * i ( = μ 0 i+ R T l n k J i ) μ * i ( = μ 0 i+ R T l n k J i ) 亨利定律 1 .0 1 .0
2. 分离结晶作用:
CLH= C0H/F
M CL =C0 /F CLH/ CLM= C0H/C0M=常数 M
CL / CL 对CL 作图为一水平直线,分离结晶
条件下熔体的CLH/ CLM等于母岩浆的比值.
H
M
H
(二) 强不相熔元素-强相熔元素丰度判别图解 强不相容元素总是在熔体中得到最大富集. 分离结晶作用中强相容元素含量快速降低; 部分熔融过程中强相容元素具有高含量, 随熔融 程度降低含量缓慢降低. 在元素-元素丰度判别图解中,分离结晶作用早期 曲线近似平行强相容元素坐标轴,晚期曲线平行强 不相容元素坐标轴; 部分熔融作用曲线近似平行 强不相容元素坐标轴分布,不相容元素具有高含量.
1 0 平 衡 结 晶 作 用 8
C C
l i 0 i
6 4 2 0 1 0 1 .0 1 D = 0 0 .5 2 0 0 .2 0 .8 0 .6 0 .4 F (残 余 熔 体 占 原 始 熔 体 的 百 分 数 )
平衡结晶作用过程中不同D值微量元素浓度在残余熔体中的变化
(二) 部分熔融作用模型
熔体中元素i 的摩尔数变为:y-dy
1. 分离结晶作用定量模型
此时晶体中元素 i 的摩尔浓度为: Xi晶体= dy/dn 熔体中元素 i 的摩尔浓度为: Xi熔体=(y-dy)/(n-dn) 将上式写成亨利定律的表达形式: Xi晶体/Xi熔体=KD Xi晶体=dy/dn=KD ·Xi熔体 Xi熔体=(y-dy)/(n-dn) 与熔体中元素i的摩尔数 y 相比,dy可以忽略不计 与熔体中元素的总摩尔数n相比,dn可以忽略不计 则: Xi熔体≈y/n 或 y = n ·Xi熔体
拉乌尔定律 (理想的) 非理想
R T l n k Ji
亨利定律 0 0 xi 1 .0
μ * i ( = μ 0 i+ R T l n k J i )
理想溶液和遵守亨利定律的组分与活度关系图 )
(据Wood,1983)
非理想溶液中△H≠0,溶液活度不同程度偏离理想 溶液(如下图)。当溶液无限稀释时,每个溶质质 点周围环境变化不显著,微量组分的活度与他们的 摩尔浓度成正比: ai=K·Xi
去对数,整理得:
Xi熔体/Xi0=(n/n0) (KD-1) =F K 当KD«1时, Xi熔体/Xi0=1/F
D-1
(瑞利方程)
1 0
C C
l i 0 i
分 离 结 晶 作 用 8 6 4 2 1 0 1 .0 D = 1 0 0 .8 D = 2 0 .6 0 .4 D = 0 D = 0 .5 D = 1 D = 1 .1 0 .2 0
第四章1. 2. 3. 4.微量元素地球化学能斯特分配定律和分配系数 岩浆作用地球化学 稀土元素地球化学 微量元素示踪原理
第一节 能斯特分配定律和 分配系数
一、微量元素的概念和性质 1、微量元素的定义 元素在地质体中的含量低到可以近似 用稀溶液定律描述其行为的元素称微 量元素。 它们在岩石中的含量一般小于0.1%, 多在10-6或10-9范围内.
玄武岩矿物-熔体 分配系数 (White,1995)
• 微量元素常用名词
1. 不相容元素:总分配系数D < 1 的元素称不相容元素 2. 强不相容元素:总分配系数D< 0.06的元素称强不相 容元素。 3. 相容元素:总分配系数D>1的元素称相容元素。 4. 强相容元素:总分配系数D >>1的元素称强相容元素 5. 大离子亲石元素(LIL):离子半径较大的元素 (K、Rb、Sr、Ba、Cs、LREE等)。 6. 高场强元素(HFS):具有高离子电荷的元素,离子电 位>3。如 Nb、Ta、Zr、Hf、 P、 HREE等。
1. 平衡实比熔融 熔体与残余固相连续地再平衡,直到熔体移出。 模型定量表达式: CL =C0 /[D+F(1-P)] F熔融程度,熔体占源岩的质量比例数。 P=PɑKDɑ/L+ PβKDβ/L+ PγKDγ/L+…. KD每个矿物和熔体之间的分配系数,D总体分配系数 Pɑ、Pβ等为每种矿物对熔体的贡献量,提供的熔体占 全部熔体的质量百分数。
分离结晶
二 岩浆作用判别的基本原理
(一) 元素丰度-元素比值判别图解
1. 平衡部分熔融作用:
CLH=C0H/[D+F(1-D)]= C0H/F CLM=C0M/[DM+F(1-DM)]= C0M/(DM +F)
CLH/CLM = C0H(DM +F)/( C0M F)
=C0HDM/(C0MF)+ C0HF/(C0MF) = (C0H/C0M )DM/(C0H/CLH)F + C0H/C0M (常数) =CLH ( DM/C0M ) + C0H/C0M CLH/ CLM对CLH为一斜率为DM/C0M,截距为C0H/C0M的直线。
3. 压力对分配系数的影响
ln K V ( ) RT P
o T
压力对分配系数的影响相较小。
(三)微量元素在岩浆作用中的指纹效应
在岩浆体系中,不同性质的微量元素优先选择在 某种矿物或熔体中富集。 如斜长石对Sr和Eu,云母对Rb和Ba, 钾长石对 Ba、橄榄石对Ni、单斜辉石对Cr、石榴石对Yb 金红石对Nb、Ta等均具有极大的分配系数. 当上述矿物从岩浆中分离时就会产生对应元素在 熔体中的贫化,反之则会在熔体中不断富集。岩 浆部分熔融过程与结晶过程的元素富集贫化效应 相反。
1. 分离结晶作用定量模型
由 y = n ·Xi熔 对 n 微分: dy/dn = n d Xi熔体/dn + Xi熔体 将 dy/dn=KD Xi熔体 代入上式得: KD Xi熔体= n dXi熔体/dn + Xi熔体 整理得: 1/[ Xi熔体(KD-1)] ·dXi熔体=1/n ·dn 对Xi0 - Xi熔体;n0- n 区间积分,得: ln(n/n0)=1/(KD-1) ln (Xi熔体/Xi0)

平衡结晶作用: 熔体在缓慢冷却条件下结晶, 并与熔体始终保持平 衡,称为平衡结晶作用。

(一) 结晶作用模型
1. 分离结晶作用定量模型 一个包含不同组分的总摩尔数为n的有限岩浆库, 其中y摩尔的微量元素 i 的摩尔分数为 : Xi = y/n 当体系发生含有元素i的矿物的分离结晶作用时, 由于晶体与熔体间始终未达到平衡,在一个短时间 之后, 熔体中的总摩尔数变为: n-dn
(二) 部分熔融作用模型 2. 分离熔融模型 熔融产生的无限小量熔体连续的从残余固相中移走, 称为分离熔融。 定量模型:
CLi/C0i=1/Do(1-PF/Do)(1/P-1)
实比熔融时:
CLi/C0i=1/Do(1-F)(1/Do -1)
在实际应用中,矿物比例的变化是较难确定的,一 般多采用实比平衡部分熔融模型。
F (残 余 熔 体 占 原 始 熔 体 的 百 分 数 )
分离结晶过程中不同D值微量元素浓度在残余熔体中的变化
(一) 结晶作用模型 2. 平衡结晶作用模型 根据平衡结晶作用条件,推导的微量元素定 量模型为: i i CL =C0 /[D(1-F)+F] i i CL 为残余熔体中元素i的浓度,C0 为初始熔 体元素i的浓度;D 总体分配系数;F 残余熔 体分数(1-F结晶程度)
数学推导:
在稀溶液体系中,微量元素 i 在α、β两相(如熔体 相、晶体相或气相)之间分配的平衡条件是: μαi=μβi 式中μαi和μβi分别为微量元素 i 在α和β相中的化 学位,根据热力学公式: μiα=μi0α+RTlnαiα μiβ=μi0β+RTlnαiβ 整理得: αiα/αiβ=e (μi0β-μi0α) / RT =K (T、P) 根据稀溶液定律 ai= K ·Xi 带入得: KαXiα/ KβXiβ= K (T、P) 整理得: Xiα/ Xiβ= K ·Kβ/Kα = KD (T、P)
2.5 2
ý µ Ê ä Ï ·Å Ö
Á Æ ÷ Î Ò Ñ ½ ¬ þ Î Ð ä Ñ Ò ¬ ½
1.5 1 0.5 0 Ce Nd Sm Eu Gd ª Ë Ô Ø Dy Er Yb Lu
¥ ± µ Ð Ô » Ê ¯
2.5 2
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1.5 1 0.5 0 Ce Nd Sm Eu Gd ª Ë Ô Ø Dy Er Yb Lu
第四章
微量元素地球化学
第二节 岩浆作用地球化学
一 岩浆作用的微量元素定量模型 (一) 结晶作用模型 1、分离结晶作用 2、平衡结晶作用
一 岩浆作用的微量元素定量模型
(一) 结晶作用模型
分离结晶作用: 元素i仅在晶体与熔体的表面达到表面平衡,或晶 体形成后很快地离开熔体,使元素在熔体与晶体间 不能达到平衡,这种结晶作用称为分离结晶作用。
三 分配系数的测定及其影响因素
(一)微量元素分配系数的测定
1 直接测定法: 直接测定火山熔岩中的斑晶和基质,基质代表与斑晶平衡 的熔体。由于斑晶矿物常含有环带或隐环带,与基质并非 完全处于平衡,所以该方法获得的分配系数为似分配系数
2 实验测定法 通过实验使矿物与熔体或溶液在一定P、T条件下达到 平衡,测定微量元素在两相中的浓度,得出分配系数 该方法存在的主要问题是难于证明两相间是否达到扩 散平衡,实验扩散速率与自然过程是在不同时间尺度 内进行的。
2 微量元素的主要存在形式
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