轻元素稳定同位素的标准评述

轻元素稳定同位素的标准评述

厦门大学海洋系　郭卫东

提　要　标准物质在稳定同位素分析的质量保证体系以及分析数据的可比性方面起着关键性作用,因此标准物质的研制具有重要意义。本文评述了国际上在轻元素(氢、碳、氮、氧和硫)稳定同位素标准物质研制方面的最新进展。

关键词　稳定同位素　标准物质　轻元素

随着高分辨率质谱技术的出现和不断完善以及制样技术的提高,氢、碳、氮、氧和硫等轻元素的稳定同位素在地质、海洋以及近年来在环境科学等诸多学科领域中得到了广泛应用。其中标准物质是稳定同位素分析质量保证体系的重要环节,同时也是使不同稳同实验室的分析数据统一到同一基准从而具有可比性的根本保证,因此研制适宜的稳定同位素标准物质其重要性是不言而喻的。国际上由国际原子能委员会(I A EA)下属的同位素水文学部统一负责稳定同位素标准物质的研制、管理和分发工作,并不定期召开会议讨论决定有关事宜。本文介绍目前国际上在氢、碳、氮、氧和硫稳定同位素标准物质研制方面的一些最新进展。

一、稳定同位素的基准

轻元素的稳定同位素组成都用?值表示,因此稳定同位素的基准即是?标尺的“零点”,也叫一级参考标准(P ri m ary R ef2 erence Standard),它是以同位素组成均匀稳定、同位素比值大致为其天然同位素组成变化范围中间值的天然物质为基础经国际公认所确定。基准的建立对确保分析数据的可比性发挥了至关重要的作用。但随着时间的推移,有些基准物质已用完,有些基准物质的均匀性或稳定性受到怀疑,还有些基准物质原本就不存在,从而给实际分析对比工作带来困难。I A EA认识到这些问题的严重性,以校准物质(Calib rati on M aterial)为基础,建立了一套新的参考基准。所谓校准物质,是指同位素组成通过

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学和年代学等理论和技术方法的完善是海洋事件地球化学得以发展和完善的前提。

(3)向高精度定量方向发展

今后海洋事件地球化学将以精确给出各类事件的地球化学标志和精确厘定各类事件年龄为目的,对各类事件的认识将向高精度定量方向发展,从而使得海洋事件地球化学研究真正成为能够解决重大海洋地质问题,影响相关学科发展的一门边缘学科。

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稳定同位素应用

高精度稳定同位素技术 同位素指质子数相同而中子数不同的同种化学元素，最常用的稳定同位素有碳-13 (13C)、氮-15(15N)、氢-2 (2H即氘) 和氧(18O)等。因为这些同位素比普通元素重1到2个原子量单位，所以也叫作重元素。稳定同位素(stable isotope) 就是天然同位素或非放射性同位素(non-radioactive isotope)，即无辐射衰变，质量保持永恒不变。稳定同位素在自然界无处不在，包括所有化合物、水和大气，所以也就自然地存在于动植物和人体内。其物理化学性质与普通元素相同，所以可用作示踪剂来标记化合物用于科学研究、临床医学和药物生产等几乎所有自然领域。由于没有辐射污染，稳定同位素示踪剂可以用于任何对象，包括孕妇、婴儿和疾病患者，无论是口服还是注射，都绝对安全。 稳定同位素技术的另一特点是其测试定量的高精度和超高精度，达到PPM级（即百万分之一精度)，而且同时也测定了化合物的浓度，事半功倍，且降低了测试误差。现在，利用同位素技术人们可以同时测定多个不同的样品，从而提高测定效率。这些高效率、高精度的特点是放射性同位素等技术所不可比拟的。 稳定同位素技术的第三个特点是其示踪能力的微观性和灵活多变性。微观性是指它可以用来标记、追踪化合物分子内部某个或多个特定原子，比如葡萄糖分子中各个原子在人体内的不同代谢途径, 哪些原子进入三羧酸循环产生能量，而哪些原子进入脂肪代谢途径参与脂肪合成。多变性是指通过对同位素标记位点的合理选择和巧妙设计来追踪、定性定量测定化合物的不同代谢途径或者生成过程。 由于以上特性，自上世纪中叶特别是70年代以来稳定同位素技术在科技先行国家被广泛应用于医学、营养、代谢、食品、农业、生态和地质等研究和生产领域。近年来在药物研发生产以及新兴的基因工程、蛋白质组学(proteomics)、代谢组学(metabolomics) 和代谢工程(metabolic engineering) 等前沿领域，稳定同位素技术已成为一种应用广泛、独特高效甚至必须的技术，显著地提高了解决科学问题的能力和生产效率。最新近的例子是德国科学家用碳13氨基酸通过三代喂养成功地标记了动物全身的所有蛋白质而获得了细胞代谢的重要发现。这一崭新的技术堪比当年的聚合酶连锁反应技术(PCR), 必将迅速得到广泛的推广和应用，有力地推动生命科学的发展。稳定同位素在自然界的无所不在意味着该技术应用的普遍性，有大自然显微镜的独特功能，将揭开越来越多的大自然和人体的奥秘。

稳定同位素样品处理技术

稳定同位素样品处理技术 1、固体样品 固体样品在进行同位素质谱分析之前必须进行干燥、粉碎、称量等处理步骤。 1.1干燥 样品可以放在透气性好，而且耐一定高温的器具或取样袋中，然后在60~70℃的干燥箱进行干燥24~48小时。 注意：烘干的样品要及时研磨或者保持干燥，否则有返潮现象，给磨样造成困难，而且影响同位素数据。 1.2酸处理 将土壤样品适当粉碎（为了更好的反应），放在小烧杯中，倒入适量浓度的盐酸（浓度一般用0.5mol/L），这时会发现有小气泡冒出，这是盐酸与土壤中的无机碳反应产生的CO2，用玻璃棒搅拌使反应更完全，可以间隔1小时搅拌一次使之充分反应。反应至少6小时，除去土壤中的无机碳，沉淀，倒掉上层清夜；再用去离子水搅拌洗涤，沉淀，倾倒上层清夜，重复3~4次，充分洗净过量盐酸；然后烘干土壤样品（条件同上）。 注意：测定碱性土壤中的有机C同位素，在干燥之前需要进行酸处理。因为采集的土壤样品中含有无机碳，会影响到我们需要的数据。 1.3粉碎 经过烘干的样品需要粉碎才能进行分析，为了保证样品的均匀，粉碎程度至少要过60目的筛子。粉碎可以用研钵、球磨机或混合磨碎机来等来处理。 1.4样品整理 磨好的样品放在合适的包装里，如小瓶子、小信封或自封袋里，最好密封保存。以数字和英文字母做标记区别样品。 1.5称量 经过干燥和粉碎处理的样品在分析之前还得放在锡箔帽中称量。用微量分析天平（同位素实验室专用），样品量可以精确到0.001mg （百万分之一天平）。称样前，先将所需工具及样品排放好，所需工具包括样品垫、样品盘、镊子、勺子。先调天平平衡，看水泡是否在圆圈内，在圆圈内则表示天平平衡。在称量过程中尽量不要碰桌子，减少对天平的影响。称量时，先将锡帽放进天平内，等天平显示的数字稳定时调零，然后将锡帽取出放在样品垫上，放适量样品至锡帽中，样品的量根据测定的同位素以及样品中的含量而定。称量最终质量并作记录。然后将锡帽团用镊子或拇指和食指轻轻用力团成小球。已经称量并用锡箔包好的样品放在专门的样品盘里，并附带一份质量表格，保存。 注意：任何时候不能由裸露的双手触摸样品或锡帽。若用手操作，须带上无尘橡胶手套。并确保包好的样品没有泄漏。样品盘中样品的标记对应记录本上的标记。（只要同位素比率值的不需要记录质量数，而需要全N或全C量的则需要记录质量数）。

碳稳定性同位素分析食物网中能量流动审批稿

碳稳定性同位素分析食物网中能量流动 YKK standardization office【 YKK5AB- YKK08- YKK2C- YKK18】

碳稳定性同位素分析食物网中能量流动 摘要：随着科学技术发展，稳定性同位素已经广泛应用在生态学研究的诸多领域。在研究食物网中能量流动关系时，稳定性同位素能提供更迅速、客观的分析。此次实验利用碳稳定性同位素技术对受到人类破坏或其他因素影响的选定区域分析其食物网中的能量流动，旨在研究该区域生物之间的能量流动关系，从而对该区域采取合理的保护措施。 关键词：碳稳定性同位素；食物网；能量流动；δ13C值 Carbon Stable Isotopeanalyzes Studies Energy Flux in Food Web ABSTRACT: Stable isotopehas been widely used in various fields in ecology studieswith the development of science and isotope can provide rapider and more objective analysis when researching energy flux relationship in the food web. In the process of this experiment, we analyze the energy flux relationship in the food web of the chosen areas that are destroyed by human beings or affected by other factors by means of carbon stable isotope technology, with the aim of researching the energy flux relationship among population in this area, consequently we can adopt reasonable protective measures in this areas. KEY WORDS: Carbon stable isotope；food web；energy flux；δ13C 一．研究背景 随着世界人口的持续增长和人类活动范围与强度的扩展和增加，地球上的生物多样性逐渐降低。例如，持续不断地砍伐树木已经导致世界上大量树木物种面临灭种的危险；环境污染使得动植物的栖息地环境遭到严重的破坏，致使物种数量锐减[1]。在某一区域中，动植物数量的减少还有一个很重要的原因，即某些因素（例如栖息地减少和改变、滥捕乱猎、外来物种的引入、污染等[2]）导致该区域部分动植物数量的减少，而这进一步通过该区域的食物网影响到区域中其他动植物的种类和数量，进而对整个区域各种生物体造成影响。 食物网是在生态系统中的生物成分之间通过能量传递关系存在着一种错综复杂的普遍联系，直接反映生态系统的结构和功能[3]。生产者制造有机物，各级消费者消耗这些有机物，生产者和消费者之间相互矛盾，又相互依存。不论是生产者还是消费者，其中某一种群数量突然发生变化，必然牵动整个食物网。食物网是生态系统长期发展的进化过程中形成的。人类活动使生态系统中某一生物体种群数量遭到破坏，将使生态平衡失调，甚至是生态系统崩溃[2]。因此，研究食物网中生物的能量流动关系，对于维持生态系统的稳定、利用动物间的相互制约来减缓人类活动对生态系统的破坏具有重要的意义。

第十讲稳定同位素地球化学

第十讲 地质常用主要稳定同位素简介 18O Full atmospheric General Circulation Model (GCM) with water isotope fractionation included.

内容提要 ●基本特征●氢同位素●碳同位素●氧同位素●硫同位素

10.1. 传统稳定同位素基本特征 ?只有在自然过程中其同位素分馏变化为可测量范围的元素，才能应用于地质研究用途，这些元素的质量范围多<40； ?多为能形成固、气、液多相态物质的元素，其稳定同位素组成可发生较大程度变化。总体上，重同位素趋于在结合紧密的固相物质中富集；重同位素趋于在氧化价态最高的物相中富集； ?生物系统中的同位素变化常用动力效应来解释。在生物作用过程中(如光合作用、细菌反应及其它微生物过程)，相对于反应初始组成，轻同位素趋于在反应生成物中富集。

10.2. 氢(hydrogen) ?直到1930年代，人们才发现H不是由1 个同位素，而是由两个同位素组成： 1H：99.9844% 2H(D)：0.0156% ?在SMOW中D/H=155.8 10-6 ?氢还有一个同位素氚(3H)，但为放射性核素，半衰期仅为~12.5y。

10.2.1 氢同位素基本特征 ?与多数重元素的同位素组成不同，太阳系物质具有高度不均一的氢(氧)同位素组成，尤其是内地行星与彗星之间； ?1H与D同位素间质量相对差最大，在地球样品中表现出最大的稳定同位素变化(分馏)范围； ?从大气圈、水圈直至地球深部，氢总是以H O、OH-， 2 H2、CH4等形式存在，即在各种地质过程中起着重要作用； ?氢同位素以 D表示，其同位素测量精度通常为0.5‰至2‰(相对其它稳定同位素偏低)。

稳定同位素技术的发展及其应用

核技术与核安全课程作业 稳 定 同 位 素 技 术 的 发 展 及 其 应 用

原子核内质子数相同而中子数不同的一类原子称为同位素，它们处在周期表上的同一位置，可分为稳定性同位素和放射性同位素。放射性同位素的原子核是不稳定的，它通过自发的放出粒子而衰变成另一种同位素。而不具有放射性的同位素称为稳定同位素，其中一部分是由放射性同位素通过衰变后形成的稳定产物，称为放射成因同位素；另一部分是天然的稳定同位素，是核合成以来就保持稳定，迄今为止还未发现它们能够自发衰变形成其他同位素。自然界中共有1700余种同位素，其中稳定同位素有270余种。有的元素由很多的稳定同位素组成，如第50号元素锡含有10个稳定同位素；而有的稳定同位素却仅仅只有一个稳定同位素，如元素氟、钠等。 稳定同位素较放射性同位素具有安全、无污染、易控制的优点，在地质、生态、医药、农业等领域研究中得到广泛应用。 1.稳定同位素技术的发展过程 稳定同位素的发现比放射性同位素要晚一些，1912年汤姆孙用电磁分析器（近代质谱计的雏形）才第一次确定了氖-20和氖-22的存在；1927年发现了氧的稳定同位素O 17和O 18 ；1932年发现了重氢（D ）。1936年尤里等用精馏法从水中富集了O 18，随后又用化学交换法富集了Li 8，C 13，N 15和S 34，不但证实了早年发表过的有关分离的计算理论，同时也发现了化学交换法对大量分离轻同位素很合适的。与此同时也采取了几种物理方法分离了若干种同位素。 在1930-1941年期间稳定同位素分离还处于探索阶段，此时尚无工业规模的生产，少量分离物只是提供研究同位素本身的核性质以及作为示踪原子用。到20世纪50年代后期，由于科学技术的进步及稳定同位素特殊性质的逐步显示，才使之得以迅速发展。我国稳定同位素的研制工作起步于50年代中，60年代首先在农业上获得应用。之后，在医药学中的应用也取得初步成果。目前，我国已有一支稳定同位素的研究、生产机应用的技术队伍，个别产品进入了国际市场。 2.稳定同位素分析技术 稳定同位素分析是分离研究、生产和应用的前提，它是稳定同位素科学技术中不可缺少的组成部分。其中最重要的方法是质谱分析，它用于同位素分析已有70年历史，是经典、常用，准确的方法，适用于各种元素同位素质量和浓度测定以及物质成分和结构分析。近来在样品引入、离子源、分析器以及检出系统等四个主要方面都有重大的改进。在样品引入部分加上气相色谱，构成色质联用仪器，可以分析复杂混合物样品而不必转化为简单气体。此外，现在又出现高压液相色谱与质谱联用的更新技术。在离子化方面出现了许多新型离子化型式，如化学离子化，在离子源中产生的离子基本上是分子离子，谱线要比普通的电子轰击离子化单纯得多，大大提高了检测灵敏度。又如场致离子化和场解吸离子化，它们都是不直接轰击样品分子，是一种软离子化技术，不出现离子碎片，基本上没有同位素效应的干扰问题，可以直接分析多成分的混合物样品，而且不必像GC-MS 那样需要引入适合于气相色谱的诱导体，所以操作更为简单。这对多重标记物的分析十分有利，能测定稀释了一百万倍的样品，最小检测量可低到fs(1510 g)。此外，还有激光离子化、大气压离子化和多点场离子化等。在分析器方面，除了磁场偏转形式外，还有一种简便的四重极质量过滤器，它是用四根圆棒电极(最好是双曲线断面型式)代替了笨重的磁铁。对角线上两根电极互成一对，分别加上高

稳定同位素比例质谱仪(IRMS)的原理和应用

稳定同位素比例质谱仪（IRMS）的原理和应用 祁彪，崔杰华 （中国科学院沈阳应用生态研究所农产品安全与环境质量检测中心，沈阳，110016）同位素质谱最初是伴随着核科学与核工业的发展而发展起来的，同位素质谱是同位素地质学发展的重要实验基础。当前我国同位素质谱技术已深入到矿床同位素地球化学、岩石年代学、有机稳定同位素地球化学、无机稳定同位素地球化学等各个方面，并在国家一系列重大攻关和研究课题中发挥重大作用，如金矿和石油天然气研究、水资源开发等。稳定同位素技术的出现加深了生态学家对生态系统过程的进一步了解，使生态学家可以探讨一些其它方法无法研究的问题。与其它技术相比，稳定同位素技术的优点在于使得这些生态和环境科学问题的研究能够定量化并且是在没有干扰（如没有放射性同位素的环境危害）的情况下进行。有些问题还只能通过利用稳定同位素技术来解决。现在，有许多农业研究机构和大学，已经开始使用高精度同位素质谱计从事合理用肥、果实营养、固氮分析、农药毒性、家畜气候对作物的影响以及食品质量控制等多方面的研究工作。与原子能和地质研究工作相比较，在农业和食品方面应用同位素方法从事科研和检测工作，正处于方兴未艾阶段，随着人类社会发展，对农业的要求越来越高，今后大力开展和普及用现代化方法研究农业增产、改善果实质量以及进行食品质量控制检测的工作前途无限广阔。 一、有关同位素的基本概念 1、同位素（Isotope） 由于原子核所含有的中子数不同，具有相同质子数的原子具有不同的质量，这些原子被称为同位素。例如，碳的3个主要同位素分别为12C、13C和14C，它们都有6个质子和6个电子，但中子数则分别为6、7和8。 2、稳定同位素（Stable isotope） 同位素可分为两大类：放射性同位素（radioactive isotope）和稳定同位素（stable isotope）。 凡能自发地放出粒子并衰变为另一种同位素者为放射性同位素。 无可测放射性的同位素是稳定同位素。其中一部分是放射性同位素衰变的最终稳定产物。例如206Pb 和87Sr等。另一大部分是天然的稳定同位素，即自核合成以来就保持稳定的同位素，例如12C和13C、18O 和16O等。与质子相比，含有太多或太少中子均会导致同位素的不稳定性，如14C。这些不稳定的“放射性同位素”将会衰变成稳定同位素。 3、同位素丰度（Isotope abundance）

轻元素稳定同位素的标准评述

轻元素稳定同位素的标准评述 厦门大学海洋系　郭卫东 提　要　标准物质在稳定同位素分析的质量保证体系以及分析数据的可比性方面起着关键性作用,因此标准物质的研制具有重要意义。本文评述了国际上在轻元素(氢、碳、氮、氧和硫)稳定同位素标准物质研制方面的最新进展。 关键词　稳定同位素　标准物质　轻元素 随着高分辨率质谱技术的出现和不断完善以及制样技术的提高,氢、碳、氮、氧和硫等轻元素的稳定同位素在地质、海洋以及近年来在环境科学等诸多学科领域中得到了广泛应用。其中标准物质是稳定同位素分析质量保证体系的重要环节,同时也是使不同稳同实验室的分析数据统一到同一基准从而具有可比性的根本保证,因此研制适宜的稳定同位素标准物质其重要性是不言而喻的。国际上由国际原子能委员会(I A EA)下属的同位素水文学部统一负责稳定同位素标准物质的研制、管理和分发工作,并不定期召开会议讨论决定有关事宜。本文介绍目前国际上在氢、碳、氮、氧和硫稳定同位素标准物质研制方面的一些最新进展。 一、稳定同位素的基准 轻元素的稳定同位素组成都用?值表示,因此稳定同位素的基准即是?标尺的“零点”,也叫一级参考标准(P ri m ary R ef2 erence Standard),它是以同位素组成均匀稳定、同位素比值大致为其天然同位素组成变化范围中间值的天然物质为基础经国际公认所确定。基准的建立对确保分析数据的可比性发挥了至关重要的作用。但随着时间的推移,有些基准物质已用完,有些基准物质的均匀性或稳定性受到怀疑,还有些基准物质原本就不存在,从而给实际分析对比工作带来困难。I A EA认识到这些问题的严重性,以校准物质(Calib rati on M aterial)为基础,建立了一套新的参考基准。所谓校准物质,是指同位素组成通过 33333333333333333333333333333333333333 学和年代学等理论和技术方法的完善是海洋事件地球化学得以发展和完善的前提。 (3)向高精度定量方向发展 今后海洋事件地球化学将以精确给出各类事件的地球化学标志和精确厘定各类事件年龄为目的,对各类事件的认识将向高精度定量方向发展,从而使得海洋事件地球化学研究真正成为能够解决重大海洋地质问题,影响相关学科发展的一门边缘学科。 — 4 —

稳定同位素、何谓轻稳定同位素和重稳定同位素

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

稳定同位素分馏原理——大三下上课课堂笔记

2017.5.8： 1.δ：intrinsic（内在的，可独立存在），“R sample/R ref - 1”*1000%0 2.α---分馏系数（相关的），α越偏离1，代表二者分馏差距越大 3.原子质量的最基础的是12C定义为12 4.33A=33S/（34S+33S+32S+36S+.....）---丰度abundance 5.R：ratio，指的重的同位素比上轻的 6.18A=18O/（18O+17O+16） 7.δA’=ln（R A-sample/R A-ref），这个在值域上是对称的，但是图像不对称 8.Reference的选取：以O为例，最开始配了个SMOW水（与大西洋的水相近）、后来SMOW用完来又配了个PDB（peede beleanite---peede处的箭石），PDB一般只用于白云质的岩石的研究，剩下大多还是SMOW水（因为绝大多数理论是用的SMOW水），还有个TS是当时两个团队竞争时候其中有个人用厕所水做的标样（这两个团队参加曼哈顿计划当时） 9.法拉第杯：是质谱仪中的接收器 10.气相的同位素质谱仪中是钨丝发出电子打碎分子，比如CO2进入钨丝，会有CO2+、CO22+、CO+、O+等等，但是我们在设置法拉第杯的时候，选取我们需要的就好 11.GCISOLINK中需要将标样与所测气体都加进去，因为测绝对不好测试，但是测相对好测试（同样实验条件的相对比值是比较正确的，因为每次的以及不同的气体的电离情况不是绝对的，还存在） 12.Isotopologues（同位素异数体）：如果质谱的精度极其精确，那么就可以将同位素异数体的问题解决（比如46会有多个电子体，但是最后的小数点的数字会不同，因为每个核素的原子质量其实也是近整数，即核素的近似相对原子质量为整数） 13.C同位素的标样是VPDB（广海的碳酸盐） 14.Ultra公司----parorama公司的GCISOLINK的精度都很高，25000&70000（45.9-46.1中分成多少等分），其中后者现在只有UCLA有，但是属于试用版，精度比较低 2017.5.13： 1.δA-C=δA-B+δB-C+δA-B*δB-C 2.δA-C’=δA-B’+δB-C’ 3.目前测同位素比例的仪器 i.Mass spectrometry：（质谱） 1.Gas sample---gas ICMS 2.Solid sample---TIMS 3.Liquid---LA-ICP-MS 4.SS---Secondary Ion Ms（二次离子质谱） Ii. Spectroscopy（光谱）： 1.Cavity Ring-Down（前沿新的技术）

第七章 稳定同位素地球化学

第七章稳定同位素地球化学 稳定同位素地球化学研究自然界稳定同位素的丰度及其变化。同位素丰度发生变化的主要原因是同位素的分馏作用，即轻同位素和重同位素在物质中的分配发生变化，造成一部分物质富集轻同位素，另一部分富集重同位素。同位素及其化合物在物理或化学性质上的差异叫做同位素效应。同位素效应的产生从根本上讲是由于同位素在质量上的差异引起的，同位素质量差越大，所引起的物理化学性质上的差异也就越大。因此，对质量较轻的元素，其同位素的相对质量差异较大。如H与D 质量差100％，O16和18O质量差12.5％，而204Pb和206Pb质量差仅1％，在目前技术条件下，能测量到的由于同位素效应所造成的自然界同位素丰度变异仅限于质量数小于40的元素内。这就是稳定同位素地球化学目前所涉及的同位素仅限于元素氢（H/D）、碳（14C/13C）、氧（18O/16O）、和硫（34S/32S）以及硼（11B/10B）、氮（15N/14N）的原因所在。

7.1 同位素分馏和组成的表示 7.1.1同位素分馏 由于同位素效应所造成的同位素以不同比例在不同物质或不同相之间的分配称为同位素分馏。这里需引入二个概念。 同位素比值：定义为单位物质中某元素的重同位素和轻同位素的原子数之比，如在陨石中硫同位素比值为： R=34S/32S＝1/22.22 当我们谈论同位素比值时，总是指重同位素和轻同位素之比。 同位素分馏系数：定义为在平衡条件下，经过同位素分馏之后二种物质（或馏份）中某元素的相应同位素比值之商。 设某二种物质为A，B，某元素的同位素比值为R A，R B，则同位素分馏系数为： 所以当我们讨论同位素分馏系数时，必须指明是那种物质对那种物质。一般α值为接近1的一个数字，离1愈远，同位

稳定同位素

稳定同位素地球化学研究：1.选题 2.样品采集：先明确样品本身的地质历史：如成矿期、成矿阶段、矿物的共生组合、生成顺序和交代关系等。明确地质背景的样品才有研究意义。 3.分析测试：样品要先做详细的光、薄片研究，确定生成顺序、后期蚀变、叠加作用、固相包体、固溶体分离关系。 然后把样品制备成适于质谱分析的形式，再送入质谱仪测得同位素比值。 4.结果解析：数据分析大体可分为简单类比（归纳）法和物理化学模型（演绎法）。 稳定同位素的研究常常假定的是同位素分馏平衡。但往往地质过程存在同位素不平衡现象。如深成岩中由斜长石-磁铁矿同位素分馏计算的温度远低于岩浆的固相线温度，反映亚固相条件下的氧同位素交换。 高级变质带不同矿物对记录的同位素温度不同程度低于其他地质温度计估计的温度，表明或者在顶峰变质时没有完全达到同位素平衡，或者在达到同位素平衡后，岩石在冷却过程中随温度下降同位素组成又发生改变，即所谓的退化同位素交换。 又如当发生水-岩交换作用时，长石易与外来流体（如大气降水）发生同位素交换，而石英和辉石能够保持高温岩石的氧同位素印记。 交换时间、交换速率、晶体的生长速率与晶体本身的同位素均一化速率、同位素原子从晶体边缘向内部运移的速率都会影响同位素的平衡。 同位素地质测温：同位素平衡温度T越低，两物相之间的同位素分馏越大，如碳酸钙-水古温度计。 同位素分馏系数方程中的参数A越大，指示两物相之间的同位素分馏越大，因此对温度的变化越灵敏，如石英-磁铁矿氧同位素测温。而石英-长石之间氧同位素的分馏对温度变化不灵敏，为其在示踪开放体系下的同位素交换中的应用奠定了基础。 同位素平衡的检查： 共生顺序与平衡顺序相同，则表示是在热力学平衡条件下，如果相反，则指示同位素不平衡状态、或者是不同阶段的产物，或者是不同温度下形成的。 碳同位素（13C）：白云石>方解石>CO2>石墨>CH4 硫同位素（34S）：硫酸盐》辉钼矿>黄铁矿>闪锌矿=雌黄铁矿>黄铜矿>斑铜矿>方铅矿>辉银矿 同位素地质温度计的注意事项：1.同位素平衡的检查，除了自身的数据的解释，还应结合岩相学观察和研究是否发生过其他的地质作用（例如围岩蚀变），因为其他地质作用也会改变矿物之间的同位素平衡状态。2.同位素分馏越大，同位素地质温度计越灵敏，共生顺序系列的两端或相距较远的成对矿物作地质温度计好。3.选择作为同位素测温的矿物对应该具有比较高的化学和同位素稳定性。如磁铁矿稳定性高，而长石易发生蚀变。4.矿物对挑选时要求纯度越高越好，避免相互干扰。因此，在分选或挑选样品前，必须进行光片或薄片鉴定，避免选用包含固体包裹体或固熔分离的矿物样品。5.内部结果的一致性以提高分析精度。6.选择同一方法或技术确定的分馏系数。 同位素地质温度计：O同位素：外部测温法：磷灰石-H2O；内部测温法：矿物-水、矿物-矿物。单矿物测温法：不同位置的O同位素的分馏、大气降水中沉淀的粘土矿物。 S同位素：方铅矿-闪锌矿：但四个不同校准的分馏曲线有差异，硫酸盐-硫化物矿物对最为灵敏，在高温变质矿床和地热体系中较好的应用，但是在热液矿床中常常未达到平衡。但是能够研究不同组分的混合作用。 C同位素：方解石-石墨矿物对最为常用，但校准的分馏曲线仍有一定的差别。尤其是低温下。 岩石缓慢冷却过程中，扩散控制氧同位素的交换再平衡说明矿物之间的不平衡同位素分馏判