稳定同位素、何谓轻稳定同位素和重稳定同位素
第五章同位素地球化学-1-1详解
1）计时作用：每一对放射性同位素都是一只时钟， 自地球形成以来它们时时刻刻地，不受干扰地走动着，这 样可以测定各种地质体的年龄，尤其是对隐生宙的前寒武 纪地层及复杂地质体。 2）示踪作用：同位素成分的变化受到作用环境和作 用本身的影响，为此，可利用同位素成分的变异来指示地 质体形成的环境条件、机制，并能示踪物质来源。 3）测温作用：由于某些矿物同位素成分变化与其形 成的温度有关，为此可用来设计各种矿物对的同位素温度 计，来测定成岩成矿温度。 另外亦可用来进行资源勘查、环境监测、地质灾害防 治等。
达到同位素交换平衡时共存相同位素相对丰度比值为一
常数，称分馏系数α。例如：
1/3CaC O3+H2 O≒1/3CaC O3+H2 O
16 18 18 16
（25℃，α=1.0310）
又如：大气圈与水圈之间发生氧同位素交换反应
2H 2 18O16O2 2H 2 16O18O2
(0℃:α=1.074, 25℃:α=1.006)
112，114，115，116，117，118，119，120，122，124Sn
只有一种同位素的元素：Be、F、Na、Al、P等27种。
其余大多数由2-5种同位素组成。
(二) 同位素分类
放射性同位素：
其核能自发地衰变为其它核的同位素，称放射性同位素； 原子序数大于83，质量数>209 稳定同位素： 原子存在的时间大于1017年； 原子序数<83，质量数A＜209的同位素大部分是稳定的
稳定同位素又分重稳定同位素和轻稳定同位素。
轻稳定同位素： 原子序数Z＜20（原子量小），同一种元素的各同位素 间的相对质量差异较大ΔA/A≥10% ；
地球化学 第四讲 同位素地球化学
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问题：如何用δ求解αA-B=RA/RB αA-B=RA/RB=（δA+1）/（δB+1） 4、同位素富集系数：
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第四部分
同位素地球化学
Geochemistry
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一 、稳定同位素分馏
同位素分馏效应：由于不同的同位素在质量上存在差别，这些差
别使其在物理和化学性质上存在微小的差异，从而使同位素在其共 存相之间分配发生变化。（相对质量差大的易察觉） 引起分馏效应的原因： ① 物理分馏:也称质量分馏, 同位素之间因质量差异而引起的与
质量有关的性质的不同 (如比重、熔点)，这样在蒸发、凝聚、升华、
同位素地球化学是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的科学。
同位素地球化学
Geochemistry
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二.同位素组成及分馏表示方法（稳定同位素）： 1、同位素比例（R）：用重同位素与轻同位素比值表示， 例如R（18O/16O）=2.0×10-3.(原子数）
稳定性同位素的概念
稳定性同位素的概念稳定性同位素是指在物理条件下，原子核中的质子和中子数量都保持不变的同位素。
同位素是由于原子核中的中子和质子数量的变化而产生的，而稳定性同位素是指在某一种特定原子核中的质子和中子数量采取了一种最稳定的状态。
在自然界中，存在许多不同的元素，每个元素都包括多种同位素。
其中，某些同位素是非常不稳定的，具有较短的半衰期，并会通过放射性衰变逐渐转变为其他元素。
而稳定性同位素则相对较稳定，具有较长的半衰期，其核内质子和中子的比例会在相当长的时间内保持相对稳定。
稳定性同位素的稳定性是由其核内的质子和中子之间的相互作用力决定的。
核内的质子具有正电荷，它们之间会发生相互排斥的作用力。
而质子和中子之间的作用力则是吸引力，由强力和电磁力共同作用产生。
在一个原子核中，质子和中子的数量比例会决定具体的核力情况。
如果质子和中子的数量比例是最稳定的，那么这种同位素就是稳定的。
同位素的稳定性与其核内质子和中子的数量比例的平衡性息息相关。
目前我们已经知道，质子和中子的数量比例对于同位素的稳定性具有重要影响。
一些稳定性同位素在原子核中质子和中子的数量比例较为接近，或呈现奇偶规律，以保持核内的相对稳定。
例如，碳(C)元素有两种主要同位素，碳-12和碳-14，其中碳-12的质子和中子数量比例为6:6，而碳-14的质子和中子数量比例为6:8，以碳-12为主要同位素，碳-14则通过放射性衰变逐渐转变为氮。
稳定性同位素在科学研究、医学诊断、地质研究、环境监测等领域具有广泛的应用。
稳定同位素的原理可以通过同位素质谱仪来测量，该仪器可以分析样品中不同同位素的含量。
在地质研究中，通过稳定性同位素分析，科学家可以了解地球演化过程中气候和环境的变化。
例如，通过分析岩石中的氧同位素比例，可以了解古气候的变化情况。
水体中的氢同位素分析则可以追踪水文循环和水资源管理。
在环境科学研究中，稳定同位素技术也被广泛应用。
例如，稳定同位素分析可以用于追踪土壤和水体中污染物的来源和迁移行为。
第四章 同位素水文地球化学
2．零点能的概念：不同的同位素组成的分子具有一 些不连续的能级，其中最低的能级称之零点能。在 化学式相同的分子中，由轻同位素组成的分子的零 点能较大，而由较重同位素组成的分子的零点能较 小。这意味着含重同位素分子的基本振动频率较低， 要破坏一个含重同位素分子需要更多的能量。 一般来说，同位素的分馏效应与分子的平动能、转 动能和振动能都有关，但与温度有关的同位素分馏 效应却只取决于分子的振动能。
2．同一元素的同位素质量数不同，由它的形成 的不同化合物之间的物理化学性质存在差异。 例如：水由氢、氧同位素可以组成9种同位 素水分子类型，分子量为18的H216O分子在天然 水的含量中占绝对优势，而其它相对较重的同 位素水分子则以不等的痕量形式存在。H2O和 D218O的物理性质和分子量，密度、粘度以及一 些热力学性质，如：蒸汽压、熔点、沸点、生 成热、焓等）都存在明显的差别。
4. δ值：样品中两种稳定同位素的比值相对于某种 标准对应比值的千分差值：
δ(‰)=｛ （Rx—Rs）/ Rs ｝× 1000
例如：硫同位素以迪亚布洛峡谷铁陨石中陨 硫 铁 的 硫 为 标 准 (CDT) ， 这 个 标 准 硫 的 34S/32S=0.0450045。它的同位素组成相当于整个地 球的平均同位素组成。样品的δ34S为“+”时，表示 样品比标准富34S，相反表示贫34S。 定义δ值的目的在于： ① 因为自然界的稳定同位素组成的变化很微，用 δ值可以明显表示变化的差异； ② 便于全世界范围内数据大小的对比。
–
二、稳定同位素分类：
1．轻质量稳定同位素：氢、氧、碳、硫 特点：（1） 同位素组成变化大； （2） 同位素分馏的原因：在于元素 的物理化学和生物作用。 2．重质量数稳定同位素：锶、钕、铅等 特点：（1）同位素组成的变化相对小些； （2）同位素组成变化的原因，主要 是由于它们的放射性母体同位素的衰变所引起 的。
应用地球化学-4同位素地球化学
2020年7月22日星期三
中南大学彭建堂制作
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同位素地球化学是研究自然体系中同位素的形成、丰度及 在自然作用中分馏和衰变的科学
研究思路：在地球系统作用过程形成宏观地质体的同时， 还发生了同位素成分的变异，这种变异记录了地球物质发 生的时间和形成条件。
同位素地球化学为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、大气-海洋的相互作用、壳幔相 互作用及壳幔演化、成岩成矿作用、构造作用、古气候和 古环境记录等提供了重要的有价值的信息。
D2O更多残留于水体中。经过多次物理分馏，在一些地区 （如高纬度区），大气降水将形成最轻的水。
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e.g. 由于地球重力作用导致N同位素的扩散分异，大气高 空富集14N，而低层15N富集。 单向多次反复的物理过程中，同位素质量分馏效应 最明显。
2020年7月22日星期三
C+16O16O→C16O2 平衡常数为K1
C+16O18O→C16O18O 平衡常数为K2
实验测定：K1/K2=1.17
2020年7月22日星期三
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③平衡分馏：在化学反应中，反应物和生成物之间由 于物态、相态、价态和化学键性质的变化，使轻、重 同位素分别富集于不同分子中而导致发生的分异。亦 称同位素交换反应。如：
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若取某一给定样品的R值做标准，则可测定各地质样 品中R值与标准的绝对变差（δ）：
δ（‰）=（R样-R标）/R标 × 1000 =( R样/ R标-1) × 1000
δ＞0，样品比标准更富集；δ＜0，比标准更贫化； δ=0，与标准具相同的同位素比值。
稳定同位素
稳定同位素什么是稳定同位素？稳定同位素是指其中不具有放射活性的同位素。
同位素是指元素的核内具有相同质子数（即原子序数Z）但质子数不同的原子。
例如，氢的三种同位素分别为氢-1（1H）、氢-2（2H，也称为重氢或氘）、氢-3（3H，也称为氚）。
其中氢-1是稳定同位素，而氢-2和氢-3是放射性同位素。
相比于放射性同位素，稳定同位素在自然界中存在的丰度更加稳定。
而稳定同位素具有多种用途，在环境科学、地质学、生物学、化学等领域都有广泛的应用。
稳定同位素的应用领域环境科学稳定同位素的使用在环境科学领域中非常重要。
通过对水体、大气、土壤等环境中稳定同位素的测量，可以追踪物质的来源、运移和转化过程，从而获得对环境系统的理解。
例如，氢、氧、碳、氮、硫等元素的稳定同位素分析被广泛应用于水文地质、地下水、河流和湖泊水质研究、排污源追踪、有机物来源和循环研究等。
地质学稳定同位素对于地质学也具有重要意义。
地质学家通过对稳定同位素的测量和分析，可以了解地球形成和演化过程中的各种活动，包括岩石和矿物的成因、地壳物质的循环、古气候和古环境的重建等。
例如，氧同位素分析被广泛应用于古气候研究，碳同位素分析用于古环境研究，硫同位素分析用于岩石和矿石成因研究等。
生物学稳定同位素在生物学领域中也有广泛的应用。
通过对食物链中不同生物体稳定同位素的测量，可以了解食物链结构、物种间的营养关系和能量流动。
稳定同位素还可以用于动物迁徙和栖息地选择的研究，通过对动物体内稳定同位素含量的分析，可以确定动物的迁徙路线和栖息地的选择。
此外，稳定同位素还可用于植物光合作用研究、动物种群演化和人类营养学研究等。
化学稳定同位素在化学领域中的应用也是非常广泛的。
稳定同位素标记技术可用于反应机理研究、溯源分析、质谱仪校准和测定样品的身份等。
通过利用稳定同位素进行标记的化合物，可以追踪化学反应的发生位置、路径和速率，研究化学反应过程中的键断裂、共振、异构体生成等机理。
3稳定性同位素分析
一、原子的稳定性
• 原子核的稳定性，是指原子核不会自发地改变其 质子数、中子数和它的基本性质。按原子核的稳 定性可分为稳定原子核和不稳定(或放射性)原子 核两类。
• 原子核的结合能 • 原子核的结合能非常大，所以一般原子核都是
非常稳定的系统。然而，不同原子核的稳定程 度不同。 • 结合能与原子核内核子之比，称为比结合能 • 核子的比结合能越大，原子核就愈稳定。
第一台质谱仪：1912年；
早期应用：原子质量、 同位素相对丰度等；
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29 15
57
71 85 99 113 142
m/z
40年代：高分辨率质谱仪出现，有机化合物结构分析； 60年代末：色谱-质谱联用仪出现，有机混合物分离分析； 促进天然有机化合物结构分析的发展；
同位素质谱仪；无机质谱仪；有机质谱仪；
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质谱仪的种类
• 有机质谱仪： • 气相色谱质谱联用仪GC-MS • 液相色谱-质谱联用仪LC-MS：液相色
谱仪经接口与质谱计结合而构成的液相 色谱－质谱法的分析仪器。 • 其他有机质谱质谱仪
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同 位 素 分 布 图 解
8
二、同位素的组成
同位素丰度元素中某种同位素的含量。 • 自然界中存在的某一元素的各种同位素的相对含
量(以原子百分计)。 • 氢的同位素丰度：1H=99.985％，2H=0.015
％；氧的同位素丰度：16O=99.76％， 17O=0.04％，18O=0.20％。 • 同位素组成存在一定范围的涨落，天然物质中， 较重元素相对恒定。轻元素不断地分离，由于衰 变某些元素的的同位素不断产生或消灭。
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• 1、原子核中的质子数等于和大于84（钋）的原子核是 不稳定的。即原子序数84以后的元素均为放射性元素。
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。
地球化学中的稳定同位素
地球化学中的稳定同位素稳定同位素是指在自然界中，核外电子数量相同，但质子数或中子数不同的同一元素的不同类型。
在地球化学中，稳定同位素可以用于探究地球和生命的起源和演化，研究大气、水体和岩石圈的物质循环和生态系统的结构与功能。
下面本文将探讨稳定同位素在地球化学中的应用和意义。
一、稳定同位素的定义和特征同一元素的同位素结构、化学性质近似，只有不同中子数的核能够区分它们。
一般地，同位素的质量数是它的质子数和中子数的和，所以同位素的质量通常都不是整数。
而稳定同位素是相对于不稳定同位素而言的。
稳定同位素相对不稳定同位素，在核的构成上有较高的稳定性以及质量数成正比增大。
在地球化学中，常用稳定同位素作为指示地球环境的工具。
其主要特征是原子核中的质子和中子的比值稳定，不会发生α、β、γ衰变。
二、稳定同位素在地球化学中的应用地球化学中的很多研究都需要利用稳定同位素进行探究。
如下是一些稳定同位素在地球化学中的应用：1.碳同位素碳由两种同位素构成，即碳-12和碳-13，其中碳-12占总碳的98.9%。
在生态系统中，生物体对不同碳同位素的利用、转换过程与环境变化密切相关，因此，研究碳同位素在生态系统中的地位和作用，可对生态学、环境保护和气候变化等问题提供重要的参考。
2.氧同位素氧同位素主要包括氧-16、氧-17和氧-18。
在水文地球化学中，氧同位素是水循环研究中的重要因素。
依据氧同位素的比例、分布可以判断水来源，搞清水的运移路径。
同时因为不同温度条件下氧同位素比例存在一定的差异，所以也可以在探究过去的气候变化时提供参考。
3.硫同位素硫同位素有三种，分别为硫-32、硫-33和硫-34。
硫有广泛的利用价值，包括石油和天然气、硫酸等化工品生产，和生物活性。
硫同位素对矿床研究也有很大的帮助。
4.氢同位素常见的氢同位素有氢-1、氘和氚。
氢同位素的存在可以反映一些重要环境参数，如降水来源、植物的水分来源等。
同时，氢同位素还可以用于考察化石水的来源和多层储层的性质等。
(完整word版)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。
稳定同位素分析及其应用
稳定同位素分析及其应用稳定同位素分析（stable isotope analysis）是一种通过分析样本中同位素的相对丰度差别来揭示样本来源、食物链关系、生物地理学等信息的科学技术。
稳定同位素分析的研究领域非常广泛，涉及环境科学、生态学、地球科学、生物地球化学、气候学、生物学、考古学等多个领域。
稳定同位素的概念同位素（isotope）是指同一元素中，具有不同中子数的原子。
同位素具有相同的原子序数，也就是它们在元素周期表中的位置相同。
稳定同位素是指不衰变而使得同位素比例稳定的同位素。
例如，碳元素（carbon）有三种同位素，分别是C12、C13、C14。
其中C12是稳定的同位素，而C13则是半衰期非常长，不易衰变的同位素，C14则是半衰期很短，放射性同位素，因此常用C12和C13进行稳定同位素分析。
稳定同位素的分析方法稳定同位素分析方法主要包括同位素比值质谱法（isotope ratio mass spectrometry, IRMS）、气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）和液相色谱-质谱（liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS）等。
同位素比值质谱法是一种较为常用的方法，主要是通过质谱仪对两种同位素之间的相对丰度进行测量，在样品中寻找同位素的丰度比，通过测定样品与同位素标准之间的比值来得出研究对象中同位素相对丰度的百分比。
气相色谱-质谱和液相色谱-质谱方法则不同于同位素比值质谱法。
气相色谱-质谱和液相色谱-质谱方法通过先对样品中物质进行分离，然后测定物质中同位素分布的相对丰度。
这两种方法主要用于具有同位素标记的化合物，如碳、氢、氮等可检测同位素标记胺基酸、脂肪酸和葡萄糖分子等物质。
稳定同位素分析的应用稳定同位素分析已经被广泛地应用于环境科学、生态学、地球科学、考古学及食品行业等领域。
初三化学同位素的概念与种类
初三化学同位素的概念与种类同位素指的是具有相同原子序数（即原子核中质子的数目相同）、但质量数不同的原子。
它们拥有相同的化学性质，但物理性质会有所差异。
同位素的概念和种类对于初三化学的学习非常重要，下面将从概念、同位素的分类以及相关应用三个方面进行探讨。
一、概念同位素是指具有相同原子序数的原子核，但质量数不同的原子。
原子序数是指原子核中质子的数目，质量数是指原子核中质子和中子的总数。
同位素在元素周期表中位置相同，化学性质相似，但其物理性质有所不同。
例如，氢的同位素有氘（质量数为2）和氚（质量数为3），它们的化学性质与普通氢相同，但物理性质有所差异。
二、同位素的分类同位素可分为稳定同位素和放射性同位素两类。
1. 稳定同位素稳定同位素是指具有相同原子序数的原子核，在自然界中存在稳定的同位素。
稳定同位素普遍存在于地球上的物质中，例如，碳的稳定同位素有碳-12、碳-13和碳-14，其中碳-12和碳-13是地球上最常见的稳定同位素。
2. 放射性同位素放射性同位素是指具有相同原子序数的原子核，但质量数较大，核内的质子和中子不平衡，导致其具有不稳定性。
放射性同位素会发生放射性衰变，释放出射线或粒子，转变成稳定的同位素。
放射性同位素在核能的应用、医学和科学研究中有着重要的作用。
例如，铀的放射性同位素铀-235可以作为核能的燃料，放射性同位素碘-131在医学上用于甲状腺疾病的治疗和诊断。
三、同位素的应用同位素的不同性质被广泛应用于各个领域。
1. 核能应用放射性同位素在核能应用中起着重要作用，如核电站中的核燃料和核反应堆中的控制材料。
利用核裂变和核聚变反应产生的能量，可以提供清洁的电力。
2. 医学应用同位素在医学成像、肿瘤治疗和疾病诊断中有着广泛的应用。
例如，放射性同位素技术可以用于PET扫描、放射性治疗和甲状腺扫描等。
3. 地质学和考古学同位素的相对丰度和衰变率可以用于地质学和考古学的研究。
通过对同位素的测定和分析，可以得出物质的年代和地质过程。
地球化学中的稳定同位素应用
地球化学中的稳定同位素应用地球化学是研究地球上元素和化学反应的学科，涉及岩石、土壤、水、大气等自然界各种物质的化学成分、组成、性质与变化规律。
稳定同位素在地球化学研究中扮演着重要角色，它们不仅能够提供元素的地质定年、热液作用发生的时代、化学反应的动力学等信息，还能够揭示地球历史上生命演化和古环境变迁等方面的问题。
本文将介绍稳定同位素在地球化学中的具体应用。
稳定同位素的定义同位素是指原子中，原子序数不变，质子数以及中子数不同的原子核。
稳定同位素是指具有稳定原子核的同位素，相对计量比例不会发生改变。
应用一：地质定年同位素的存在量可以通过质谱技术进行测量，而不同同位素的存在量比例可以用同位素分馏系数来表示。
同位素分馏系数是同一物质内不同同位素相对存在量的比值，其大小和温度、压力、化学组成等因素有关。
在大自然中，同位素分馏现象通常受到物质来源、形成温度、化学性质等因素的影响。
地球中的大部分物质都具有同位素分馏现象，如果岩石的形成温度和时间比较确定，测量该岩石中不同同位素的存在量，就能够精确计算出相对的地质年龄。
稳定同位素在地质定年中的应用主要有两种方法：一个是通过同位素比值来推断其岩石年龄，如氧同位素比值用于确定化学沉淀物（如石灰岩等）或骨骼的年龄，碳、氮同位素比值用于确定有机物的年龄；另一个是通过稳定同位素示踪，揭示它们在成岩过程中受到的环境变化，如碳、氮同位素可以揭示有机物在生长过程中受到的水、氮营养条件等的变化。
应用二：地球化学过程地球化学过程通常由岩石圈、水圈和大气圈三个系统相互作用而形成，其中既有生物化学反应、水文地球化学过程，也有构造作用引起的高温热液作用等。
稳定同位素在探测这些地球化学过程中发挥着重要作用。
例如，在水文地球化学中，同位素分馏所表现的是水的挥发作用。
水分有18O和16O两种同位素，18O水比16O水更容易蒸发，因此，水体中，18O与16O的比例大小能够表现水的源头、地下水系统及人为污染影响等信息。
化学物质的同位素
化学物质的同位素同位素是指具有相同原子序数，但质量数不同的一类元素，它们在化学性质上基本相同，但在物理性质上有所不同。
同位素的存在给化学研究和应用带来了许多重要影响。
一、同位素的定义和特点同位素指的是具有相同原子序数，但不同质量数的一类元素。
在同位素中，原子序数（即元素的核电荷数）决定了元素的化学性质，而质量数（即核中质子和中子的总数）则决定了元素的物理性质。
同位素的质量数不同，这意味着其原子质量也不同，但化学性质却相似。
二、同位素的分类根据同位素的性质和核素特点，可以将同位素分为稳定同位素和放射性同位素两类。
1. 稳定同位素：稳定同位素指的是具有相同原子序数而且不会发生放射性衰变的同位素。
稳定同位素的核结构相对较为稳定，不会自发地衰变。
常见的稳定同位素包括氢的氘同位素（^2H，有一个质子和一个中子）、碳的碳-12和碳-13同位素、氮的氮-14和氮-15同位素等。
2. 放射性同位素：放射性同位素是指具有相同原子序数但能够发生自发性核衰变的同位素。
这类同位素的核结构相对不稳定，会通过放射性衰变来达到更加稳定的状态。
放射性同位素可以分为α衰变、β衰变和γ衰变等几种类型。
放射性同位素的应用广泛，例如碳-14用于测定古物的年代、铃木反应中用到的碘-123同位素等。
三、同位素在化学研究中的应用同位素在化学研究中起到了极其重要的作用，主要体现在以下几个方面：1. 帮助确定元素的相对原子质量：同位素的存在使得化学家可以通过质谱仪等仪器精确测定元素的相对原子质量，从而更准确地表征物质的组成和性质。
2. 跟踪化学反应过程：同位素标记技术可以通过将同位素标记在化学物质中，来追踪化学反应的进行和物质的转化。
例如，利用氘代烯烃可以研究烯烃的反应机理和反应动力学。
3. 揭示物质的转化途径：同位素示踪技术可以研究元素在化学反应中的转化途径和转化速率。
通过标记同位素，可以追踪某个元素从起始物质到最终产物中的位置和数量的变化，从而揭示反应的机理和反应路径。
稳定同位素的概念、原理及优缺点
稳定同位素的概念、原理及优缺点概念稳定性同位素是天然存在于⽣物体内的不具有放射性的⼀类同位素，其原⼦核结构是稳定的，不会⾃发地放出射线⽽使核结构发⽣改变。
20世纪70年代初被成功引⼊⽣物学的多个研究领域，如光合作⽤途径的研究、光能利⽤率、植物⽔分利⽤率、物质代谢和⽣物量变化等[23-26]。
迄今发现的稳定同位素有274种，但得到产业化⽣产并已⼴泛应⽤的主要为氘-2（2H）、碳-13（13C）、氮-15（15N）、氧- 18（18O）、氖-22（22Ne）、硼-10（10B）等少数⼏种产品。
原理稳定同位素⽰踪技术主要是利⽤稳定同位素及其化合物的特性来展开。
在⾃然界中，稳定同位素及其化合物与相应的普通元素及其化合物之间的化学性质和⽣物性质是相同的，只是具有不同的核物理性质，可以被区别检测，因此，可以⽤稳定同位素作为⽰踪原⼦，合成标记化合物（如标记氨基酸、标记药物、标记蛋⽩质等）来代替相应的⾮标记化合物。
利⽤标记与⾮标记化合物的不同特性，通过质谱、核磁共振等分析仪器来测定稳定同位素反应前后的位置及数量变化，从⽽阐明反应的机制和途径。
优势与缺点稳定同位素和放射性同位素均可⽤来⽰踪，但在实际应⽤中，稳定同位素具有放射性同位素⽆法⽐拟的优越性[32-34]：（1）安全、⽆辐射，稳定同位素对动植物不会造成伤害，在使⽤、运输和储存的过程中⽐较⽅便；（2）半衰期长，放射性同位素因其半衰期太短⽽没有实⽤性，限制了其应⽤，⽽稳定同位素的半衰期均⼤于1×1015年，因⽽不受研究时间的限制；（3）可同时测定，放射性同位素⼀次只能测定⼀种同位素，⽽稳定同位素允许对不同质量数进⾏同时测定，因此可以对同⼀元素的不同同位素或不同元素的同位素进⾏同时测定，从⽽提⾼实验效率；（4）物理性质稳定，稳定同位素的信号值不会随时间⽽衰减。
然⽽，稳定同位素的测定对仪器设备要求⽐较⾼，尤其是同时标记多种元素时，则需要超⾼分辨率的质谱进⾏测定，必要时还需要进⾏衍⽣化。
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2. 何谓稳定同位素、何谓轻稳定同位素和重稳定同位素。
自然界的同位素按其原子核的稳定性可以分为放射性同位素和稳定同位素两大类。
稳定同位素的原子核是稳定的, 或者其原子核的变化不能被觉察。
目前认为, 凡原子能稳定存在的时间大于1017a 的就称为稳定同位素。
稳定同位素又分为轻稳定同位素和重稳定同位素。
轻稳定同位素：
1.原子序数Z＜20，ΔA/A≥10% (ΔA 为两同位素质量差)；
2.发生同位素成分变化的主要原因是同位素分馏作用，其反应是可逆的。
轻稳定同位素的特点是:
原子量低。
同位素之间的相对质量差大。
化合物一般具有高度的共价键。
元素有多个化学价，氧化态和还原态，如S
C；或化合物有多种状态，气、液、固态，如H和O。
同位素丰度应足够检测，以便保证质谱分析精度。
重稳定同位素原子序数Z＞20，ΔA/A＜10%；特点是：
1.原子量大, 同一元素各同位素间的相对质量差异小(0 . 7% ～1 . 2%) , 环境的物理和化学条件的变化通常不导致重稳定同位素组成改变;
2.同位素组成的变化主要是由放射性同位素衰变造成的, 这种变化在地球历史的演变中是单方向进行的、不可逆的。
例如, 放射成因稳定同位素206Pb、207Pb、208Pb、87Sr、143Nd 分别由238U、235U、232Th、87Rb、147 Sm 经衰变形成, 因而地质体中铅、锶、铷的同位素组成常受地质体年龄的大小及其中放射性母体同位素丰度的制约。
因此, 地质体中重稳定同位素的组成变化常常用来研究地球、地质体的演化和成岩成矿作用等, 是一个极为重要的地球化学参数和示踪剂。
4. 造成稳定同位素组成变化的原因是什么？
自然界同位素组成经常呈现一定程度的变化。
引起同位素成分变化的主要过程有两类: 一类是放射性同位素衰变, 使母体同位素的数量随时间的推移逐渐减少, 同时子体同位素的数量不断增加; 另一类是由各种化学和物理过程引起的同位素分馏, 氢、碳、硫、硅、氮等同位素组成变化主要是由同位素分馏引起的。
对这两类作用的研究是同位素地球化学的主要任务。
轻稳定同位素( Z < 20) 的相对质量差较大(ΔA/ A≥10% ) , 在自然过程作用中由于这种质量差所引起的同位素相对丰度的变异, 称为同位素分馏作用。
根据分馏作用的性质和条件可区分如下:
(1) 物理分馏: 也称质量分馏, 同位素之间由质量引起的一系列物理性质的微小的差别, 如密度、熔点、沸点等, 使
之在蒸发、凝聚、升华、扩散等自然物理过程中发生轻重同位素的分异。
经过蒸发凝聚循环, H2O 富集在蒸气相中, D2O 更多地残留于水体中。
经过多次物理分馏, 在一些地区( 如高纬度区) 大气降水中将形成最轻的水。
由于地球重力作用会引起轻重同位素分子的扩散分异, 如大气圈高空富集14N, 而低层15N 集中。
单向多次反复的物理过程中, 同位素质量分馏效应最明显。
(2) 动力分馏: 含有两种同位素的两类分子时, 由于质量不同, 它们参加化学反应的活性有差异。
质量不同的同位素分子具有不同的分子振动频率和化学键强度。
轻同位素形成的键比重同位素的键更易破裂, 因此, 轻同位素分子的反应速率较高, 在平衡共存相间产生微小的分馏, 在反应产物中, 特别是活动相中更富集轻同位素。
(3) 平衡分馏: 在化学反应中反应物和生成物之间由于物态、相态、价态以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的分异叫做平衡分馏, 也称同位素交换反应。
(4) 生物化学分馏: 生物活动和有机反应时的同位素分馏效应更强。
如植物通过光合作用使12C 更多地富集于生物合成有机化合物中。
因此生物成因的地质体如煤、石油、天然气等具有最高的w（12C)/ w（13C) 值。
生物化学分馏是同位素分异作用的重要控制反应。
参考文献:
地球化学.韩吟文.地质出版社。