汞同位素地球化学概述

汞同位素是一个新兴的地球化学示踪手段。过去十多年来,随着质谱技术的飞跃发展,汞同位素地球化学研究取得了引人注目的进展,主要体现在如下两个方面。(1)实验及理论地球化学研究表明,汞生物地球化学循环的一系列过程都能导致显著的汞同位素质量分馏。此外,汞还是自然界少数存在同位素非质量分馏的金属元素之一。汞同位素非质量分馏对识别某些特殊地球化学过程(如光还原作用、挥发作用等)具有重要指示意义。(2)自然样品的汞同位素测试表明,自然界汞同位素组成(δ202 Hg和Δ199 Hg)变化可达10‰。目前,汞同位素地球化学已被应用于汞污染源示踪、汞生物地球化学过程判别等领域,并有望在不久的将来在汞的大气化学、生物地球化学等领域得到更为广泛的应用。     

山东新泰太古代层状硫化物中的硫同位素非质量分馏效应

物理、化学和生物作用引起的热力学和巩俐学同位素分馏均为与质量有关的分馏。非质量同位素分馏效应应是由一些特殊的气相光化学反应引起的，它可以解释一些元素浓度，甚至单个同位素比值无法揭示的特殊的作用过程。笔者首次在山东新泰地区新太古代层状硫化物中观测到了明显的硫同位素非质量分馏效应。δ33S、δ34S呈线性排列，且与硫同位素质量分馏线平行，33S小于0。     

银同位素地球化学综述

银(Ag)是生活中常见的贵金属元素.Ag有2个稳定同位素107Ag和109Ag.随着多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)的应用,国内外对银同位素体系开展了一系列研究.Ag在矿床中常与Au元素共生,且Pd-Ag同位素体系可作为早期太阳系演化计时器,因此在天体化学、环境科学、矿床地球化学等领域都具有广泛应用.本文首先介绍了银同位素的地球化学特点及其研究历史,对前人工作进行了系统总结,包括化学分离流程、质谱测定及质量分馏校正方法、储库同位素组成,评述了银同位素在地球科学及交叉学科中的应用.最后总结了银同位素地球化学研究的难点,展望了银同位素储库组成和分馏机理研究.     

氧同位素质量依赖分馏线的精确确定

氧同位素的非质量依赖分馏研究是稳定同位素地球化学领域的重要组成部分, 是太阳系星云演化、 早期大气圈演化及全球变化研究的一个无以替代的方式。近年来, 随着微小非质量依赖分馏研究（微小氧-17 异常）的兴起, 对不同同位素交换过程的质量依赖分馏线（MDFL）的位置, 提出了前所未有的要求, 这个新兴 领域的发展依赖于高精度质量依赖分馏线的存在。从质量依赖分馏线斜率λ 的定义式出发, 指出精确计算λ 值的方式, 并利用高级量子化学计算方法, 系统研究了λ 的过程及温度依赖性, 分析了拐点产生的条件。本 研究将为今后大量开展的微小非质量依赖分馏研究打下基础, 同时一些计算结果可为实验室精确检测17O及 微小17O 异常的解释所使用。     

MC-ICP-MS高精度Ba同位素分析方法

<正>Ba在岩浆作用过程中是不相容的微量元素,在陆壳中的含量远高于地幔。过去针对碱土金属同位素(例如Mg、Ca、Sr)体系的研究表明,这些同位素在各种高温和低温的地球化学过程中可以发生分馏。因此,我们预测Ba同位素在风化作用、热液活动和生物地球化学等一系列过程中也可能产生同位素分馏,例如,已有研究发现低温环境中Ba同位素分馏可以高达0.5‰[1]。当高含量、大分馏的地壳物质随俯冲板块进入     

青藏高原降水中汞同位素质量分馏及非质量分馏研究

<正>近年来,同位素方法已经成为研究全球汞(Hg)生物地球化学循环的新途径。现有研究已经报道了自然界样品中Hg同位素的质量分馏(MDF,δ~(202)Hg)和非质量分馏(MIF),其中发现的主要是奇数Hg的非质量分馏(Odd-MIF,Δ~(199)Hg和Δ~(201)Hg)     

高精度MC-ICP-MS测定锂同位素

<正>锂(Li)同位素作为"非传统稳定同位素"家族成员,近年来已经成为同位素地球化学热门领域和前沿之一。其两个同位素(~6Li和~7Li)具有较大的相对质量差,导致其在各种地质过程中产生较大的同位素分馏。因此,Li同位素作为灵敏的地球化学示踪剂,应用领域涵盖了从地表到地幔的流体与     

光谱学数据应用于Urey Model计算同位素分馏系数的适用性初探

1 研究背景 Urey(1947)以及Bigeleisen和Mayer(1947)通过对同位素分馏量子效应的研究,得到一个只需知道原子振动频率就可以计算同位素分馏系数的理论模型,通常称之为Urey Model.在长达60年的时间里,Urey模型一直是稳定同位素地球化学的理论基石,并推动着整个地球化学研究的发展.     

硒同位素地球化学研究进展与应用

多接收杯电感耦合等离子体质谱仪(MC ICPMS)与氢化物发生系统(HG)在线联机自动测样的实现,极大提高了硒(Se)同位素的分析精度和效率,推进了Se同位素地球化学的发展。本文综述了Se稳定同位素研究的最新进展及其在地质与环境中的应用。自然界中Se同位素(δ82/76Se)的变化范围可达-12.40‰~11.37‰。其同位素分馏主要取决于硒氧阴离子团的氧化还原反应,而地表水体与氧化海洋环境中的硒同位素分馏极可能与铁氧化物吸附、浮游生物的吸收有关,均可引起约1‰的分馏,且在吸附/吸收相中均倾向富集Se的轻同位素。黑色岩系中Se同位素尚未明确对古海洋还原环境的指示,但近地表中Se同位素存在的强烈分馏,指示大陆地表发生的氧化还原事件极可能导致Se同位素的明显分馏,使河流相倾向富集Se的重同位素。因此,Se同位素有可能成为了解局域至区域沉积环境的氧化还原条件以及古海洋化学演化的潜在指标。随着其分馏机制的进一步阐明,Se同位素有可能在地球、环境与生命科学中得到更为广泛的应用。     

钛同位素地球化学综述

随着分析技术的进步,非传统稳定同位素体系在地球化学、天体化学和生物地球化学等研究领域的应用日益广泛。钛(Ti)是一个非常重要的过渡族金属元素,在地球和其他类地球行星中广泛存在。但是由于Ti是一种难熔的、流体不活动性元素,高温地质过程中Ti同位素分馏很小。人们对Ti同位素体系的地球化学应用的关注相对其他非传统稳定同位非常有限。而近年来,随着化学纯化方案的优化以及双稀释剂方法的改进和仪器质谱性能的提高,Ti同位素组成的高精度测试已经能够实现。天然样品中Ti同位素组成的变化随之得以发现,使得学者们能够利用这一新的稳定同位素体系来解决与高温和低温地球化学相关的问题。很快Ti同位素体系地球化学研究成为当前国际地质学界的前沿研究课题和新的发展方向之一。本文首先在简要介绍Ti元素和Ti同位素体地球化学性质的基础上,介绍了Ti元素化学分离和Ti同位素分析方法。随后笔者总结了已有的不同类型球粒陨石和地球样品的质量相关Ti同位素组成研究结果,对硅酸盐地球的Ti同位素组成做了初步评估。前人对高温地质样品的Ti同位素组成研究初步探明Ti同位素在岩浆演化过程,例如部分熔融和结晶分异等重要地质过程中的分馏行为。笔者在此基础上探讨了结晶分异过程中引起Ti同位素分馏的主要控制因素,指出Ti同位素是潜在的研究岩浆演化过程的新工具。最后笔者探讨了Ti同位素地球化学未来的发展方向,以加速我国在Ti同位素地球化学方面的应用研究。     

Fe同位素分馏机理及其在地学应用中的研究进展

<正>随着同位素分析测试技术方法的重大突破,Fe同位素体系已经在地学研究领域显示出优越性,成为具有巨大应用前景的一种新的地球化学手段。下面就Fe同位素的分馏机理,及其在地学方面的应用作简要论述。1 Fe同位素的分馏机理Skulan等(2002)研究了在98℃时,酸性的Fe(Ⅲ)aq水解1¹00 d生成赤铁矿的过程中Fe同位素的分馏情况,发现沉淀速率越大同位素分     

铜同位素地球化学及研究新进展

多接收杯电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICPMS)的应用极大地提高了铜(Cu)同位素的分析精度和效率,推进了铜同位素地球化学的发展和应用。文中对Cu同位素地球化学进行了全面的综述,并更新了铜同位素研究的最新进展及其在地质与环境过程中的应用。自然界中铜同位素(δ65Cu)的变化范围可达20‰以上,高温下铜同位素分馏较小,而在低温条件下,铜同位素能产生巨大的同位素分馏,其主要取决于低温下铜的氧化还原反应。作为最重要的金属成矿元素之一、重要的重金属元素和重要的挥发性元素,铜同位素在矿床地球化学、环境地球化学和天体化学领域均显示了巨大的应用潜力。     

稳定同位素动力学分馏模型研究进展

稳定同位素分馏的模型计算,是同位素理论研究的重要方面。本文在前人研究的基础上,总结了几种同位素动力学分馏的计算公式,即稳态假设下的一级动力学反应方程、Michaelis-Menten(MM)动力学方程和Michaelis-Menten-Monod(MMM)动力学方程。过渡态假设下的Michaelis-Menten-Monod(TR-MMM)动力学方程放松了稳态假设,得到了一个较为准确的数值。温度对化学反应速率影响显著,进而影响与之相关的同位素分馏系数。通过反应速率与热力学的关系式,建立同位素分馏系数与热力学的间接联系,从而得到同位素分馏系数对温度变化的响应方程式。     

碳同位素在天然气运移路径示踪中的应用研究进展

碳同位素在天然气运移路径示踪中的应用十分广泛,以游离相运移的天然气,运移过程中碳同位素的分馏主要受"质量分馏效应"控制;以水溶相运移的天然气,运移过程中碳同位素的分馏主要受"溶解分馏效应"控制。天然气运移中碳同位素的分馏程度不仅与气体分子质量、气体分子水溶解度等物理化学性质有关,同时也受天然气运移距离、输导层物性等外部环境条件的影响。常用的天然气运移路径示踪参数有δ~(13)C_1、δ~(13)C_2-δ~(13)C_1、δ~(13)CO_2及储集层中自生方解石的碳同位素。对研究现状分析后提出运移相态识别、碳同位素失真分析是应用碳同位素示踪天然气运移路径的基础,非烃碳同位素、多参数对比是碳同位素示踪天然气运移路径研究的未来趋势。     

水镁石—水体系氧同位素分馏系数的低温实验研究

在15—120℃的低温范围内分别应用氮化镁法、氯化镁法和氧化镁法3种化学合成方法,对水镁石-水体系氧同位素分馏系数进行了实验测定。所有合成样品的晶体结构均由XRD测定,其形貌特征则由SEM确定。应用3种不同合成方法得到了一致的水镁石—水体系氧同位素分馏系数,证明同位素平衡分馏已经达到。在实验温度范围内,水镁石—水体系氧同位素分馏系数主要决定于温度,而溶液的酸碱度、化学组分和陈化时间的影响不明显。由实验数据得到的氧同位素分馏曲线方程为:10~3Inα=1.59×10~6/T~2-14.10(r=0.9921)。结合前人对三水铝石—水体系和针铁矿—水体系氧同位素分馏系数的低温实验测定,可以得到氢氧化物中金属M—OH键的~(18)O富集顺序:Al~(3+)-OH>Fe~(3+)-OH>Mg~(2+)-OH。应用化学合成方法实验测定低温条件下水镁石—水体系氧同位素分馏系数,不仅克服了同位素交换反应实验的一些缺陷(如交换速率缓慢、仪器设备复杂昂贵等),而且可以应用不同的化学合成反应机理来检验同位素平衡是否达到,这为研究低温地球化学过程作用提供了有价值的基本参数。     

MC-ICP-MS高精度V同位素分析方法

<正>钒是一个重要的过渡金属元素,由于其在自然界存在很多价态,且在地球的各个圈层广泛分布,因此钒元素的丰度变化被广泛用来研究和氧化还原反应相关的地球化学过程。钒有两个稳定同位素50V(0.24%)和51V(99.76%),根据同位素分馏的基本理论,不同价态的同种元素由于键强存在较大差异,同位素之间会产生较大分馏。因此,考虑到钒元素的多价态特性,钒同位素在自然界中应当存在很大分馏,且钒同位素的变化有可能为我们认识自然提供更多的信息。然而目前文献中的测量方法更适用于钒含量比较高的样     

Re-Os同位素稀释N-TIMS测定计算方法

为了更好地实现Re-Os同位素实验室之间数据比对,本实验室在了解国内外部分实验室的数据处理方法的基础上,提出了本实验室的N-TIMS Re、Os同位素计算方法。本文所涉及到的Re、Os同位素计算方法包括氧同位素干扰校正、Re同位素比值和含量计算、Os同位素测定质量分馏校正方法、三峰法和全峰法Os同位素比值和含量计算、测定结果的不确定度、Isoplot作图基本参数介绍和相关系数Rho的计算。对于辉钼矿和普通Os信号弱(~(187)Os/~(188)Os2000)的样品适合采用三峰法计算Os同位素比值,普通Os信号强(~(187)Os/~(188)Os2000)的样品应该采用全峰法计算同位素比值。在全峰法计算中,按照指数分馏规律以迭代计算方式校正Os同位素比值的质量分馏,采用5iso方法进行样品中Os和稀释剂中Os的摩尔比(N_(5iso)/S)_(Os)的计算。     

硫酸盐中三氧同位素研究进展

氧同位素组成是一个非常有效的示踪硫酸盐的起源和形成环境的工具.过去主要针对硫酸盐中的氧同位素δ(18O)的研究,近年来,随着硫酸盐中氧同位素质量不相关分馏现象的陆续发现,其δ(17O)的研究成为热点与前沿.在综述了硫酸盐三氧同位素测试技术的研究现状及进展情况后,重点介绍了从硫酸盐中直接提取O2供质谱计同时测定δ(17O)与δ(18O)值的CO2-激光氟化法;同时介绍了硫酸盐中氧同位素异常[Δ(17O)]的研究历程,探讨了硫酸盐中氧同位素质量不相关分馏的机理及三氧同位素的应用前景,展望了今后的研究趋势.     

方解石晶体生长过程中钙同位素分馏

钙同位素分馏及微量元素(Sr、Mn、Mg等)分异可以作为重要的指标来研究大气圈和海洋的化学演化(Jacobson和Holmden,2008)。作为钙同位素的重要载体,方解石成为众多学者研究的焦点,包括生物成因方解石和无机方解石。在方解石的形成过程中,诸多因素例如温度、晶     

非质量硫同位素分馏效应研究进展

非质量硫同位素分馏效应是目前国际上最前沿的稳定同位素地球化学研究领域之一。在简要介绍非质量分馏理论的基础上,对近几年非质量硫同位素分馏效应的最新研究成果进行总结和分析。关于非质量硫同位素分馏的微观来源机制存在较多争议,有待于进一步探索;采用SF6为工作气体是现有硫同位素高精度测定的主要制样技术;非质量硫同位素分馏效应研究为火星大气演化及火星生命痕迹探询、古代大气氧化条件、地球早期硫循环、火山活动对气候的影响等重大地质科学问题的解释开辟了一条独特的新途径。最后对非质量硫同位素分馏领域研究趋势进行了探讨。