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不得不了解的5大同位素氣體知識


5大有關(guān)同位素氣體的基本概念

1、同位素(Isotope)
    由于原子核所含有的中子數(shù)不同具有相同質(zhì)子數(shù)的原子具有不同的質(zhì)量，這些原子被稱為同位素例如，碳的3個主要同位素分別為12C、13C和14C，它們都有6個質(zhì)子和6個電子，但中子數(shù)則分別為6、7和8

2、穩(wěn)定同位素(Stable isotope)
    同位素可分為兩大類：放射性同位素(radioactive isotope)和穩(wěn)定同位素(stable isotope)凡能自發(fā)地放出粒子并衰變?yōu)榱硪环N同位素者為放射性同位素，無可測放射性的同位素是穩(wěn)定同位素其中一部分是放射性同位素衰變的最終穩(wěn)定產(chǎn)物例如206Pb和87Sr等另一大部分是天然的穩(wěn)定同位素 即自核合成以來就保持穩(wěn)定的同位素， 例如12C和13C、18O和16O等與質(zhì)子相比，含有太多或太少中子均會導(dǎo)致同位素的不穩(wěn)定性， 如14C這些不穩(wěn)定的"放射性同位素"將會衰變成穩(wěn)定同位素。

氙氣同位素



3、同位素豐度(Isotope abundance)
    ①絕對豐度：指某一同位素在所有各種穩(wěn)定同位素總量中的相對份額，常以該同位素與1H(取1H=1012)或28Si(28Si=106)的比值表示這種豐度一般是由太陽光譜和隕石的實測結(jié)果給出元素組成， 結(jié)合各元素的同位素組成計算的

    ②相對豐度：指同一元素各同位素的相對含量例如12C=98.892%，13C=1.108%大多數(shù)元素由兩種或兩種以上同位素組成， 少數(shù)元素為單同位素元素 例如19F=100%

4、R值和δ值
    一般定義同位素比值R為某一元素的重同位素原子豐度與輕同位素原子豐度之比.例如D/H、13C/12C、34S/32S等，由于輕元素在自然界中輕同位素的相對豐度很高，而重同位素的相對豐度都很低，R值就很低且冗長繁瑣不便于比較， 故在實際工作中通常采用樣品的δ值來表示樣品的同位素成分②樣品(sq)的同位素比值Rsq與一標準物質(zhì)(st)的同位素比值(Rst)比較。 比較結(jié)果稱為樣品的δ值其定義為：
δ(‰)=(Rsq/Rst-1)×1000
即樣品的同位素比值相對于標準物質(zhì)同位素比值的千分差

5、同位素標準(Isotope standard)
    δ值的大小顯然與所采用的標準有關(guān)所以在作同位素分析時首先要選擇合適的標準，不同的樣品間的比較也必須采用同一標準才有意義對同位素標準物質(zhì)的一般要求是：
    (a)組成均一性質(zhì)穩(wěn)定；
    (b)數(shù)量較多 以便長期使用；
    (c)化學(xué)制備和同位素測量的手續(xù)簡便；
    (d)大致為天然同位素比值變化范圍的中值便用于絕大多數(shù)樣品的測定；
    (e)可以做為世界范圍的零點。目前國際通用的同位素標準是由國際原子能委員會(IAEA)和美國國家標準和技術(shù)研究所(NIST)頒布的 其主要的分析標準和數(shù)據(jù)報道如下：

    (1)氫同位素：分析結(jié)果均以標準平均大洋水(Standard Mean Ocean Water，即SMOW)為標準報導(dǎo)這是一個假象的標準，以它作為世界范圍比較的基點，其D/H SMOW=(155.76±0.10)×10-6事實上并不存在SMOW這樣一種無知， 它是根據(jù)NBS-1定義的NBS-1是由NBS分發(fā)的一個水樣，它是用Potome河水制成的蒸餾水，相對于SMOW，其氫同位素比值為：δDNBS-1=-47.6‰后來IAEA分發(fā)了兩個用作同位素標準的水樣V-SMOW和SLAP 其氫同位素比值分別為δDVSMOW=0‰；δDSLAP=-428‰

    (2)碳同位素：標準物質(zhì)為美國南卡羅來納州白堊紀皮狄組層位中的擬箭石化石(Peedee Belemnite 即PDB)，其13C/12C=(11237.2±90)×10-6 定義其δ13C=0‰

    (3)氧同位素：大部分氧同位素分析結(jié)果均以SMOW標準報導(dǎo)，它是根據(jù)水樣NBS-1定義的，18O/16O SMOW=(2005.2±0.43)×10-6，17O/16O SMOW=(373±15)×10-6；而在碳酸鹽樣品氧同位素分析中則經(jīng)常采用PDB標準，其18O/16O=2067.1×10-6，它與SMOW標準之間存在轉(zhuǎn)換關(guān)系相對于SMOW NBS-1的樣同位素比值為：δ18ONBS-1=-7.94‰兩個IAEA標準水樣VSMOW和SLAP的氧同位素比值分別為：
δ18OVSMOW=0‰；δ18OSLAP=-55.50‰

    (4)硫同位素：標準物質(zhì)選用Canyon Diablo鐵隕石中的隕硫鐵(Troilite)，簡稱CDT34S/32S CDT=0.0450045±93，定義CDT的δ34S=0‰

    (5)氮同位素：選空氣中氮氣為標準15N/14N=(3.676.5±8.1)×10-6，定義其δ15N=0‰

    (6)硅同位素：硅同位素組成常以30Si/28Si比值表示，標準是石英砂NBS-28，定義其δ30Si=0‰

    (7)硼同位素：采用SRM951硼酸做為標準，NBS推薦的11B/10B比值為4.04362±0.00137
定義其δ11B=0‰

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紐瑞德氣體知識展示圖2


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