02 第二章(同位素分馏)

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1、第二章同位素分馏IsotopeFractionationTheory,TechniqueandApplicationofEnvironmentalIsotopesOutline1同位素分馏的概念2同位素热力学平衡分馏3同位素动力学非平衡分馏4质量相关分馏和质量不相关分馏1同位素分馏的概念通过大量测定，目前已经了解到，不同物质同位素组成往往有微小的差别。例如18O/16O比值，在自然界各种物质中的变化不过6%。含义:某元素的同位素在物理、化学、生物等反应过程中以不同比例分配于不同物质之中的现象称为同位素分馏。

2、例如一棵植物（如棉花）它的根、茎、叶上，其18O和D同位素组成是不一样的。这就是同位素分馏的结果。自然界中的化学反应，不可逆反应、蒸发作用、扩散作用、吸附作用、生物化学反应等过程都能引起同位素分馏。植物水分来源探索：大气降水、地表水、地下水、凝结水？同位素分馏系数（α）两种物质之间的同位素分馏程度，通常用同位素分馏系数（α）来表示，等于两种物质的同位素比值（R）之商，即式中，A和B表示两种物质或者同一物质的两种相态。同位素分馏系数表示同位素分馏的程度，它反映了两种物质之间同位素相对富集或亏损的大小。也就是说

3、，哪种物质含有更多的重同位素，哪种物质含有更多的轻同位素。当αA-B>1时，表示A物质比B物质富集重同位素；当αA-B<1时，则指A物质比物质B富集氢同位素；当αA-B=1时，表示两种物质之间没有同位素分馏。Question:InareactionwherephaseAexchangeswithphaseB,howdoaanddrelatetoeachother?‰(permil)aA-B=RA/RBdanda城市规划面临的挑战（1）面临取消城乡户籍二元制的冲击；（2）面临土地所有制多样化的冲击（城市乡村

4、部分土地实行私有化趋势）；（3）面临人口数量素质巨大压力,城市化压力；（4）面临资源短缺冲击（水、土地资源）；（5）面临生态安全及环境污染加大压力；（6）面临开发区热到硅谷热、光谷热的冲击、大学园区热（高科技与高新技术）；（7）面临旅游产业高速发展的巨大冲击；（8）面临高新技术农业（生态农业、观光农业）的冲击；（9）面临经济全球化、加入WTO、市场经济的冲击；（10）面临人们思维多元化、追求个性化，多元文化、消费超前化的巨大冲击。(11)汽车进入家庭的影响；（12）信息革命的巨大影响。（生

5、产方式、生活方式以及社会变革对城市规划的压力）aA-B=RA/RBdanda用上式来表示同位素分馏系数有许多优点。可以看出，只要测定出一个体系内两种物质的δ值，就可以计算出同位素分馏系数α，应用现代同位素测试技术很容易做到这一点。当αA-B≥1时，则δA≥δB；当αA-B<1时，则δA＜δB。由此可见，当两种物质的δ值差别愈大，同位素分馏程度也就愈大。danda简化分馏系数(103lnα)和分馏值(Δ)将上式取对数形式可简化为如下近似关系式：103lnαA-B数值能够近似地用两种物质同位素组成之差来表示。因

6、此，只要测定出样品的δ值，就可以直接计算103lnαA-B。由此可见，103lnαA-B值也能表示两种物质的同位素分馏程度，具有分馏系数（αA-B）相似的作用。故称之为简化分馏系数。分馏值（Δ）定义为：ΔA-B＝δA－δB。同位素分馏的根本原因是由于不同同位素之间的质量差异，导致其零点能差异，引起物理化学性质的差异，因此在物理、化学和生物反应过程中，发生同一元素的各种同位素分别富集在不同相中的现象。物理化学上，可将同位素分馏分为以下三种：热力学平衡分馏(Thermodynamicequilibriumfra

7、ctionation)动力学非平衡分馏(Kineticdisequilibriumfractionation)非质量相关分馏(Massindependentfractionation)2同位素热力学平衡分馏同位素平衡分馏可以包括许多机理不相同的物理化学过程，但这些过程最终都达到了同位素分布的平衡状态。一旦同位素平衡建立后，只要体系的物理化学条件不变，则同位素在不同矿物或物相中的分布就保持不变，这就是同位素平衡状态的特点。当体系处于同位素平衡状态时，同位素在两种矿物或两种物相之间的分馏就称为平衡分馏。在讨论同

8、位素平衡分馏时，可以不考虑同位素分馏的具体机理，而是把所有平衡分馏看作是同位素交换反应的结果。根据地质体系中共存物相之间的同位素分馏大小，应用已知的同位素分馏系数，即可计算物相之间的同位素“平衡”温度。同位素平衡分馏是同位素在地质（测温）研究中的重要概念，如果同位素分馏没有达到平衡状态，就不能用来测定地质温度。换言之，同位素地质温度计的先决条件就是，其共生矿物对之间的同位素组成要彼此达到平衡。同位素分馏系数与温度