稳定同位素在地质上的应用

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1、稳定同位素在地质上的应用§1、同位素应用原理§2、同位素测试仪器§3、同位素样品制备§4、同位素样品采集及加工§5、同位素的应用及注意事项1、同位素分类（1）放射性同位素——原子核不稳定，能自发地衰变成其它的同位素，目前发现的有1200多种。（2）稳定同位素——原子核稳定不能自发地进行某种核蜕变的同位素。不同的同位素具有不同的丰度值称同位素丰度§1.1基本概念轻同位素（C，H，O，S，N），其同位素组成的变化主要由同位素分馏作用引起放射性成因的Sr、Nd、Pb等同位素组成的变化则主要由母体同位素的放射性衰变引起。§1.2同位素分馏同位素分馏——是指在一系

2、统中，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。用分馏系数又称分离系数ααA-B=RA/RB;RA,RB分别表示两种物质中的同位素比值。①物理分馏：也称质量分馏，同位素之间因质量引起一系列同质量有关的性质的不同，如密度、比重、熔点、沸点等微小的差别，使用使之在蒸发、凝聚、升华、扩散等自然物理过程中发生轻重同位素的分异。②动力分馏：含有两种同位素的分子，由于质量不同导致它们参加化学反应活性的差异。轻同位素形成的键比重同位素更易于破裂，因此反应产物特别是活动相中更富集轻同位素。例如，高温下H2S，SO2共存体系中（封闭）同位素交换反应使SO2富集

3、较重的34S，H2S富集较轻的32S。1、同位素分馏分类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，使轻重同位素公别富集在不同分子中而发生分异叫做平衡分馏，也称同位素交换反应。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。如：1/3CaC16O3+H218O≒1/3CaC18O3+H216O在25℃时同位素分馏系数α=1.0310。④生物化学分馏：生物活动和有机反应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化合物中。因此生物成因的地质体如煤、气等具有最高的12C/1

4、3C值。2、影响同位素分馏的因素（1）同位素质量的影响，是发生同位素分馏的根本原因，差异大，分馏大；（2）反应温度的影响：温度越高，分馏效应减小，温度足够时→1（高温）（低温）（3）化学键性质的影响：一般重同位素优先富集于较强的化学键中。§1、同位素应用原理§2、同位素测试仪器§3、同位素样品制备§4、同位素样品采集及加工§5、同位素的应用及注意事项1、基本原理：带电粒子在磁场中偏转，不同质量数粒子偏转半径不同，从而区分不同的同位素丰度比。——基本方程偏转半径：R——离子轨道曲半径m——原子质量单位U——加速电压B——磁场强度e——电荷（带电荷离子，e=

5、1，e=2……）质谱仪原理示意图§2.2仪器结构激光探针质谱工作室气相色谱/热转换/同位素比值质谱计GC/TC/IRMS①真空系统：要求工作于高真空状态，主要使用：锅轮分子泵：10-8~10-9Pa钛泵：10-7~10-8Pa机械泵（前级真空）：10-3Pa②进样系统：以适当方式将样品引进离子源。气体样品：分子流进样—用分子漏孔粘滞流进样——金属毛细管③离子源：在于将中性分子、原子电离成带电的离子，然后通过离子束进入分析器。主要有下述类型：电子轰击型（气体源为对象）表面热电离型（固体样品）④质量分析器:电磁铁将离子束按质荷比不同分离开来。⑤离子接收器：由

6、一个、带限制狭缝的屏蔽板，抑制电极和金属杯所组成。§1、同位素应用原理§2、同位素测试仪器§3、同位素样品制备§4、同位素样品采集及加工§5、同位素的应用及注意事项1、样品处理过程中，要避免发生同位素分馏，产率≈100%2、制备样品过程中，要避免外来物质的污染，真空，加热去气。3、制备成质谱分析气体样品，化合物的另一组要有恒定的同位素组成，CO2中测氧，C要恒定。4、要求定量地制备出一种纯气体。5、原始样品要有足够的纯度。§3.1样品制备的基本要求§3.2同位素标准为了使同位素资料便于对比，同时消除样品分析过程中有可能的系统误差，必须将样品的同位素组成与

7、某一相应标准物质的同位素组成进行比较，所以需建立统一的同位素标准；一、国际标准：作为国际标准必须满足以下几点1、可以在世界范围内作为零点。2、样品数量大，可以满足长期使用，便于取得。3、样品的同位素组成均一，性质稳定。4、化学制备，同位素测定手续简便。5、同位素值大致改为天然同位素变化的中间值。同位素之比缩写符号标准样2D/1HSMOW标准平均大洋水18O/16OSMOW标准平均大洋水18O/16OPDB美国南卡罗林纳州白晋系皮狄组的美洲似箭石13C/12CPDB美国南卡罗林纳州白晋系皮狄组的美洲似箭石34S/32SCDT美国亚历桑那州卡扬迪阿布洛铁陨

8、石中的陨硫铁§1、同位素应用原理§2、同位素测试仪器§3、同位素样品制备§4、同