第1章补充2-同位素地球化学.ppt

AppliedGeochemistry

应用地球化学;第一章补充2同位素地球化学;;一、自然界引起同位素成分变化的原因;一、自然界引起同位素成分变化的原因;(一)核素的性质;(一)核素的性质;(4)核素具有能量：原子核聚集高质量的粒子于一个极小的体积内，因此，原子核内孕含着巨大的能量，即核能，也称“结合能”。结合能越高核素越稳定；结合能低〔如H、N、Li、Be及高质量数的核素〕的核素不稳定。在核衰变过程中，一局部核能通过放射出各种粒子及射线而被释放出来。

(5)核素具有放射性：所谓放射性即不稳定核素通过放射出粒子及辐射能量，而自发地调整核内的组成和结构，转变为稳定的核素的现象，称为放射性衰变。放射性衰变的结果，使核素的质量、能量和核电荷数都发生变化，从而变为另外一种元素。;(二)同位素分类;(三)同位素成分的测定及表示方法;(三)同位素成分的测定及表示方法;2.质谱仪测定：

质谱仪是目前同位素成分测定的主要手段〔MAT—261，MAT—251〕。其工作原理是：把待测元素的原子或分子正离子化，并引入电场和磁场中运动，带正电的质点因质量不同而被别离测定。

3.同位素成分表示方法：

1)绝比照率〔R〕：用两个同位素比值直接表示，例如32S/34S，12C/13C等；

2)对标准样品R的绝比照率差〔ΔR〕

ΔR=R样品-R标准；;;;主要是放射性衰变和同位素分馏效应

1.放射性衰变：放射性同位素经过自然衰变，转变为其它元素的同位素，结果母元素同位素不断减少，而子元素同位素不断增加，从而改变着母元素和子元素同位素的成分，它是放射性核素原子核的一种特性，不受外界物化条件的影响。

1)α—衰变:放射性母核放出α粒子〔α粒子由两个质子和两个中子组成，α粒子实际上是〕：

X：母核，Y：子核；Z：原子序数，A：质量数，E：能量

(镭)〔氡〕

由上式可见，新核的同位素原子序数比母核少2，质量数少4。自然界的重同位素235U、238U、232Th等以α衰变为主。;2)β——衰变：自然界多数为β—衰变，即放射性母核中的一个中子分裂为1个质子和1个电子〔即β—粒??〕，同时放出反中微子?，通式为：

衰变结果，核内减少1个中子，增

加1个质子，新核的质量数不变，核

电荷数加1，变成周期表上右侧相邻

的新元素。

例如：;;4)重核裂变：重放射性同位素自发地分裂为2—3片原子量大致相同的“碎片”，各以高速度向不同方向飞散，如238U，235U，232Th都可以发生这种裂变。

在自然界中，有些同位素只需通过一次某种固定形式的衰变，即可变成某种稳定同位素：

但是，有些放射性同位素需经过一系

列的各种衰变才能变化成稳定同位素：;;②同位素交换反响：就是在化学反响中反响物和生成物之间由于物态、相态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分异，称同位素交换反响。

例如：大气圈与水圈之间发生氧同位素交换反响

(0℃:α=1.074,25℃:α=1.006)

大量实测资料说明:价态和相态差异大的化学反响，同位素交换反响更明显。

③生物化学反响：动植物及微生物在生存过程中经常与介质交换物质、并通过生物化学过程引起同位素分馏。

例如：植物通过光合作用，使12C更多地富集在有机体中，因此生物成因地质体如煤、油、气等具有高的12C。;;3)分馏系数：同位素分馏作用的大小，一般用分馏系数α来表示：

α=某元素同位素在A物质中的比值/

某元素同位素在B物质中的比值

〔其中A、B可以是相同的化合物，亦可是不同化合物〕例如：

H12CN+[13CN]-?H13CN+[12CN]-

气态氰氢酸液态氰氢酸根

经过一段时间后，两局部的13C/12C比值都发生了变化，其分馏系数为：

α=〔13C/12C〕HCN/〔13C/12C〕CN-

〔α偏离1愈大，分馏作用愈强；α接近1，表示分馏作用愈弱〕

在同位素交换反响时，分馏效应是随温度而变化的，一般来说温度越高，α越小，分馏效应愈不显著。;二、同位素年代学