同位素分馏

摘要： 稳定同位素分析是判定水溶液中溶质的组成、来源、迁移和转化过程与规律的重要工具,在自由扩散等物理化学作用下,对溶质的同位素分馏研究是稳定同位素技术应用的重要基础。本研究介绍了溶质的扩散过程与其同位素分馏效应之间的联系,论述了研究溶质扩散过程中引入的稳定同位素分馏现象的意义,描述了水溶液中溶质扩散的不同模拟实验方法及相关研究进展,总结分析了包括扩散系数、质量相关性等因素的影响,并介绍了基于水膜理论和分子动力学模型模拟阐释溶质扩散同位素分馏机理的相关研究成果,对今后的研究趋势和主要任务进行了展望。

摘要： 地下水硝酸盐污染已成为世界范围内最严重的环境地质问题之一。全面并准确识别硝酸盐污染源,对地下水的有效管理及污染防治具有重要的指导意义。从地下水硝酸盐来源、同位素检测方法、污染源同位素特征、定量解析模型构建、硝酸盐主要转化过程及同位素分馏效应等方面进行总结,比较不同解析方法在硝酸盐溯源中的应用与发展,建议采用多学科、多方法相结合的方式,提高对硝酸盐污染源的全面理解。同位素富集系数是定量解析硝酸盐污染源的重要参数,在源解析过程中探讨硝酸盐转化及同位素分馏机制,能够更好地诠释地下水硝酸盐来源和迁移转化过程,提高源解析的准确性,为地下水硝酸盐污染的准确溯源与有效防治提供参考。

摘要： 地质流体中不同络合物之间的稳定同位素平衡分馏系数是利用稳定同位素示踪地质流体演化过程的必要前提。但由于受实验条件的限制,流体中部分元素不同络合物之间的同位素分馏系数难以通过实验精确测定。基于第一性原理的理论计算是获得溶液中不同络合物之间稳定同位素平衡分馏系数的一种重要手段,能够获取各种极端条件下同位素分馏系数。在应用第一性原理计算溶液中不同络合物间同位素平衡分馏系数时,需要对溶液的动态特性和水分子之间的相互作用进行模拟。目前,显式溶剂模型和隐式溶剂模型是模拟地质流体中水溶液环境的2种主要模型,均已成功应用于同位素分馏系数的计算。文章系统介绍了这2种模型的计算方法,并且对比研究了这2种模型计算约化配分函数比(β)的优势及不足,结果显示,2种模型的主要差异表现在3个方面:(1)计算耗时的不同,隐式溶剂模型计算的原子数目少,结构单一,因此耗时少;显式溶剂模型计算的原子数目多,结构复杂多样,因此在同一计算和理论水平条件下,耗时比隐式溶剂模型多;(2)水分子数和构型的不同,隐式溶剂模型只有一个构型,因而不能评估络合物构型对β值的影响;而显式溶剂模型能够通过添加不同数量的水分子及建立不同的初始构型有效评估水分子数量及构型对计算结果的影响;(3)隐式溶剂模型将溶质周围的水环境定义为具有均匀介电常数的连续介质,没有充分考虑水的动态特性和水分子之间的相互作用,导致计算结果误差较大;而显式溶剂模型能更好的处理水分子的动态特征及分子间形成的氢键,计算结果更为准确。通过2种模型的对比研究表明,显式溶剂模型能够更好的模拟水分子和溶质间的相互作用,计算获得的各络合物之间的同位素平衡分馏系数更为准确。本研究结果可以为今后开展相关同位素分馏计算时选择何种模型提供重要依据。

摘要： 结合抚仙湖浮游植物、水生植物等样品,对野生植食性草鱼(Ctenopharyngodon idellus)31个组织和野生肉食性鱇浪白鱼(Anabarilius grahami)17个组织样品碳、氮元素含量和稳定同位素比值(δ^(13)C、δ^(15)N)进行了对比分析.结果显示,鱼类不同组织的碳稳定同位素分馏效应显著,草鱼不同组织δ^(13)C分布范围为-20.66‰~-11.62‰,极差为9.04‰,鱇浪白鱼为-27.55‰~-19.71‰,极差为7.84‰.而氮稳定同位素分馏较小,草鱼δ15N分布范围为9.09‰~10.97‰,极差为1.88‰,鱇浪白鱼为7.91‰~12.51‰,极差为4.60‰.同时,草鱼和鱇浪白鱼不同组织δ^(13)C值与对应C元素含量呈极显著的负相关关系,C含量每升高10%其δ^(13)C值分别减少1.83‰和1.35‰,反映了不同组织对C元素吸收及合成过程伴随着碳稳定同位素的明显分馏.不同组织在δ^(15)N值与N元素含量的相关关系上不显著.进一步开展草鱼不同组织与肠含物的同位素对比分析显示,草鱼背部肌肉组织与肠含物中苦草的碳、氮同位素分馏系数分别为0.40‰和2.66‰,表明背部肌肉组织的碳、氮同位素组成对识别鱼类食性和确定营养级水平的可靠性.研究结果显示,植食性草鱼和肉食性鱇浪白鱼具有较为稳定的食性特征,可以用黏液的δ^(13)C值和校正后的鳞片的δ^(15)N值替代背部肌肉作为食性分析和确定营养级的类比指标.该研究表明,鱼类组织碳、氮元素组成与同位素分馏特征可为识别云南高原湖泊的食物网结构和营养转移路径提供可靠的分析手段,其中黏液、鳞片等非致命组织的替代性取样与同位素分析对于濒危鱼类的研究与保护具有较好的应用意义.

摘要： 有机污染物转化具有同位素分馏效应,此效应可用于揭示反应机理,并在环境污染的风险评价与治理修复中具有应用前景。六六六(六氯环己烷,HCH)曾长期用作杀虫剂,化学性质稳定,降解半衰期长,是典型的持久性有机污染物。近年来,在HCH不同转化途径的同位素分馏效应、环境中HCH的同位素分析等方面取得了许多进展,集中反映了污染物转化同位素分馏领域的理论成果和应用价值。该文在简要介绍同位素分馏现象及其分析方法——单体同位素分析(CSIA)技术的基础上,对以HCH为代表的有机污染物转化过程中的同位素分馏效应进行评述,着重介绍了新方法的运用,如双元素同位素分析、同位素-对映体分馏分析等。通过污染物溯源、食物链传递、土壤-植物体系转化和污染场地修复等方面的实例,展示了同位素分馏的潜在用途,以期为有机污染的风险评价与控制修复提供方法学参考。

摘要： 铬(Cr)属于氧化还原敏感元素,在岩浆过程中是一种中度相容和轻度亲铁元素。Cr在硅酸盐地球中主要有三种价态:Cr^(2+)、Cr^(3+)和Cr^(6+)。Cr存在于不同来源的矿物和岩石中,其氧化还原状态和同位素组成可以为其成因、氧化还原条件和相关成矿历史提供有价值的信息。近年来,铬同位素越来越多地应用到现代环境、古环境、行星的演化以及高温地质过程等领域中,而高温地质过程中储库的铬同位素及其分馏机理研究是其他工作的基础。尤其是随着质谱技术的发展,Cr同位素在高温环境中的分馏机制及行为也引起了更多的关注。本文主要介绍不同储库的Cr同位素组成及高温岩浆过程中Cr同位素研究的最新进展。

摘要： 为尝试比较汞同位素分馏数据来跟踪朱砂矿源,对成都市青白江区双元村战国墓地11个墓中的朱砂样本进行汞同位素测定。汞同位素分馏值彼此相似,应来自同一矿源。δ202Hg值从-1.18‰到-0.84‰不等(均值-1.010‰,标准误差0.105‰,样本数11个),和已发表的其他矿源汞同位素分馏值均存在差异。通过数据比较,可知成都青白江区双元村墓地不同墓中的漆器朱砂颜料汞同位素质量分馏值分布集中,极有可能来自同一矿源。如对周边地区朱砂矿进行汞同位素分馏值测量,有可能找出该墓地的矿源。

摘要： 海洋沉积物的早期成岩作用是其沉积和埋藏过程中发生的一系列生物、物理和化学变化,其驱动力为有机质的降解,根据反应自由能大小,参与反应的氧化剂顺序为:O_(2)>NO_(3)^(-)>Mn^(4+)>Fe^(3+)>SO_(4)^(2-)。随着埋深增加,形成一系列氧化—还原化学带,并推动着海底沉积物中部分自生矿物的生成及C、N、S、Fe、Mn等元素的地球化学循环和同位素分馏。一系列有机质降解反应会改变原生沉积物中保存的地球化学信息,对古环境和古气候的研究具有重要意义。在早期成岩作用过程中,有机质降解产生的碳酸根离子和钙离子、亚铁离子结合会形成方解石、文石、菱铁矿等碳酸盐矿物。硫酸盐还原产生的还原态硫最终与亚铁离子形成黄铁矿。此外,目前常用于氧化还原环境重建的代用指标有:1)Fe组分;2)C_(org)/P比值;3)氧化还原敏感微量元素;4)Mo、U同位素。围绕海洋沉积物早期成岩作用中的矿物和元素地球化学行为,评述了早期成岩作用过程中有机质降解反应机制,探讨了反应进程中发生的元素地球化学循环和同位素分馏,以及相伴生的碳酸盐矿物和黄铁矿等自生矿物的形成机理。最后,总结了现有研究的不足,并对未来的研究方向进行了展望。

摘要： 通过岩石学、X衍射全岩成分分析、稳定碳氧同位素组成分析,以及微量元素和稀土元素组成分析,对济阳坳陷古近系沙河街组页岩中白云石的成因进行研究。结果表明,研究区沙河街组湖相富有机质页岩中的白云岩发育规模小,可识别出3种白云石矿物:原生白云石(D1)、准同生白云石(D2)和铁白云石(Ak)。D1具有原生球形白云石的结构,高镁高钙,白云石有序度为0.3~0.5,且普遍具有外缘次生加大现象和内核溶蚀孔共存的特征;D2有序度为0.5~0.7,具有次生加大、高镁高钙和含铁锰元素的特点;Ak具有高有序度(0.7~0.9)、菱形晶、高镁、高钙和高铁的特征。在利用碳氧同位素组成和稀土元素分馏特征佐证泥晶方解石为原生成因的基础上,根据共生白云石和泥晶方解石之间的氧同位素组成分馏方程,计算得到研究区页岩中白云石的形成温度为36.76~45.83°C,属于湖相低温白云石。此外,基于原生和准同生白云石晶体的熟化生长机制,恢复了与研究区沙河街组湖相页岩成岩环境相对应的白云石成岩序列和白云石化作用进程。

摘要： 从同位素分馏特征与影响因素、分馏机理与定量表征模型和地质应用等3方面对页岩气/煤层气运移过程中的同位素分馏研究进展进行综述。研究发现,页岩气/煤层气完整产出过程中的同位素分馏表现为“稳定—变轻—变重—再变轻”的4阶段特征,这与页岩/煤层孔隙内复杂的气体运移方式密切相关。页岩/煤层内气体运移机制包括渗流、扩散和吸附/解吸,其中压差驱动的体相渗流基本不产生同位素分馏,而扩散和吸附/解吸过程中的同位素分馏显著。现有的同位素分馏模型包括纯扩散分馏模型、扩散、吸附/解吸耦合模型和多尺度多机制耦合模型,模型计算结果表明,天然气运移过程中的同位素分馏主要受控于岩石孔隙结构、吸附能力和初始/边界条件。目前,同位素分馏模型已成功应用于评价页岩/煤岩原位含气量和吸附气/游离气比例等关键参数,同时在气井生产状态判识和产能变化趋势预测等方面展现出一定的应用前景。下一步研究应重点关注:①天然气运移过程不同组分碳、氢同位素组成的协同演化规律;②生—排—运—聚—散全过程同位素分馏的整体表征;③复杂孔-裂隙系统内天然气运移过程同位素分馏的定量表征及应用。

摘要： 实验已经测得月壤中有明显的S、K、Zn等元素的重同位素富集,并且微陨石撞击和离子溅射被认为是造成月壤中这些重同位素富集的主要原因.此外，月球岩浆岩中也发现Cl,Zn和K元素的重同位素富集，通常认为这些挥发性元素的重同位素富集验证了“大碰撞假说”，并且可以利用所测得的同位素富集程度对大碰撞模型进行限制。Wang和Jacobsen(2016)就以所测的月岩中K同位素偏重0. 4%。为基础，结合硅酸盐熔体K同位素蒸发实验结果，推出要达到这样的同位素分馏需要压强大于10 bar，进而讨论得出K同位素证据支持月球起源于一次高能量、高角动量的大碰撞，并倾向于认为月球于撞击星云盘的气相部分凝结而形成，而且这一凝结的瑞利过程导致月球富集K的重同位素。

摘要： 同位素示踪的三个必要条件是:分析技术、储库及分馏机理,其中分析技术尤为重要,因为其关系到是否能准确地给出研究目标的同位素组成以及是否有足够好的精度以区分一些地质过程中发生的微小同位素分馏等.当前,在涉及化学分离的同位素分析过程中,尽管元素在化学分离和质谱测定过程中的分馏规律已有理论研究,认为其遵循指数分馏定律,但其实验方面的研究和证实相对较少.事实上,由于化学分离和质谱测定的相对复杂性,这些过程中发生的同位素分馏常常表现出偏离指数分馏定律,其是否能准确地被监控被校正,直接影响到结果的准确性.因此,有必要对化学分离和质谱测定过程中的同位素分馏及相关问题进行细致深入地研究以迎合科研需求.

摘要： 本研究针对“如何准确有效地评价地下水污染原位修复效果”这一关键科学问题，以TCE和PCE为研究对象，系统开展了挥发和吸附过程的碳、氯同位素分馏研究，为定量评价原位修复方法的有效性和适用性提供了新思路和关键技术参数。研究结果表明:平衡同位素效应和动力同位素效应导致挥发过程中VCHs的碳、氯同位素发生一定程度的分馏，且剩余VCH的碳、氯同位素组成和剩余份额的相关性符合瑞利分馏模型。平衡吸附实验使用与含水层有机质结构类似的植物活性炭作为吸附剂。

摘要： 本研究将提供一个基于统计力学的解释温度梯度下同位素分馏的理论，推导出一个的定t计算公式，不仅仅适用于高温条件，还可以处理任何温度下的体系。然后通过模拟一些常见硅酸盐的结构，例如:镁橄榄石，尖晶石，镁石榴石，白云石以及方镁石等，计算在热扩散过程的Mg同位素分馏。用类似的方法计算其他矿物在沮度梯度下的Fe, Ca同位索的分馏。计算结果已经显示了与实验结果基本吻合。

摘要： Soret效应是指在热梯度作用下，处于化学平衡状态的液相系统中某些组分自发产生浓度梯度的过程，也称为热扩散。文中从研究背景、理论分析、计算应用等方面，对热梯度下硅酸盐熔体稳定同位素分馏进行了分析。

摘要： 良物相同要达到完全的同位索交换是稳定同位素分馏系数很重要的参数，此研究应用化学合成法，增加体系的压力使矿物溶解，然后在不同的温度条件下降压使矿物重新结晶，重新结品的晶体与流体问一定达到了同位素分馏平衡，得出了不同温度下的同位素分馏系数。

摘要： Mg(OH)2对B具有很强的吸附能力,可能存在于珊瑚骨骼中。对Mg(OH)2吸附B的机理研究结果表明,Mg(OH)2对B的吸附受控于Ph,且只有B(OH)4-被Mg(OH)2所吸附。Lemarchand等的研究表明,Fe和Mn氧化物对B的吸附也受控于Ph,当Ph>9.0时首次观察到反分馏,即11B富集在金属氧化物表面。而近来Peak等采用ATR-FTIR光谱研究了水合铁氧化物(HFO)对B(OH)3和B(OH)4-的吸附,推测出B(OH)3可能是被Mg(OH)2吸附的主要形式。以上结果表明,Mg(OH)2对B的真正吸附形式还没有得到完全证实。进一步通过实验研究Mg(OH)2沉积时B的掺入形式及对硼同位素分馏的影响是必要的。本研究将确定Mg(OH)2沉积时B的掺入形式和硼同位素分馏,讨论B掺入Mg(OH)2的机理。

摘要： 海洋沉积物中的硫循环对海洋、大气的氧化还原状态起到非常重要的控制作用.单质硫作为海洋沉积物中硫循环的中间产物，对硫元素的物质循环和同位素分馏均有重要影响。常见的单质硫浓度定量测试方法主要有两大类—有机试剂萃取、转化为可测的物质。本研究改进了海洋沉积物中单质硫浓度的测试方法，能够有效降低沉积物中单质硫浓度测试的方法检测限，适用于含低浓度单质硫海洋沉积物的研究。单质硫的研究不仅有助于加深对硫元素物质循环和硫同位素分馏过程的认识，而且对现代和地质历史时期的海洋环境与生命演化均有重要的意义。

摘要： 对盐湖水、土、生三部分稳定同位素进行监测，碱蓬与芦苇监测结果表明，单株根与叶δ13C值偏正;针对不同胁迫程度的芦苇δ13C值差异，水淹胁迫导致芦苇δ13C值偏负。生境与植物的变化规律说明盐湖环境正恶性发展。

摘要： 应用稳定同位素分馏理论对放射性同位素所在物相环境进行一定限制和补充,是目前同位素理论研究的一个新兴方向。本文将演示稳定同位素分馏理论对14C测年法的补充过程。

摘要： 提供了一种碳同位素分析设备1A，包括：二氧化碳同位素发生器40；设置有燃烧单元和二氧化碳同位素净化单元，所述燃烧单元从碳同位素生成包含二氧化碳同位素的气体；光谱仪10，包括具有一对反射镜的光学谐振器12a和12b和确定从光学谐振器12a和12b透射的光的强度的光电检测器15；和光发生器20A，包括：单个光源23；第一光纤21，传输来自光源的第一光；第二光纤22，产生波长比所述第一光更长的第二光，所述第二光纤从所述第一光纤21分光，并在下游与所述第一光纤21耦合；在所述第一光纤上的第一放大器25；在所述第二光纤22上的第二放大器26，所述第二放大器26的频带与所述第一放大器25的频带不同；以及非线性光学晶体24。

摘要： 本发明属于地热勘查和资源评价的技术领域，具体涉及一种基于硅同位素分馏关系恢复热储温度的方法。本发明包括以下步骤：步骤1、硅同位素采样和预处理；步骤2、判断硅同位素平衡的条件及SiO2温标计算公式的条件；步骤3、计算SiO2平衡浓度，计算SiO2温标；步骤4、分析SiO2温标的地质意义。本发明计算的热储温度为热水中SiO2处于溶解‑沉淀平衡状态的温度，将大大提高深部热储温度估算的准确性和可靠性。

摘要： 本发明涉及一种洞穴现代沉积物同位素分馏效应监测装置及监测方法，属于岩溶水监测技术领域，解决了现有洞穴现代沉积物同位素分馏效应监测装置采用平板毛玻璃片无法区分沉积物成因类型，导致碳酸钙沉积物同位素分馏效应监测结果不准确，无法准确厘定洞穴现代碳酸钙沉积物的同位素分馏效应的问题。该洞穴现代沉积物同位素分馏效应监测装置包括平板，平板上设有多个凸起，凸起之间构成流水通道；凸起包括主凸起和次凸起，主凸起为滴水中心点位置，主凸起的顶端面用于接收滴水，多个次凸起设于主凸起的四周，用于接收飞溅水。本发明能够准确的解译洞穴现代碳酸钙沉积物的同位素分馏效应及影响因素。

摘要： 本发明提供了一种基于碳同位素分馏的页岩原位含气参数确定方法及系统，根据裂缝气体压差渗流的定量模型、解析过程岩心基质孔隙内气体流动的定量模型、干酪根溶解气扩散过程和岩心解析过程的初始条件和边界条件建立页岩气解析过程中的碳同位素分馏耦合模型，基于碳同位素分馏耦合模型确定页岩原位含气量及吸附气/游离气比例，提高了预测页岩气资源的准确性，可操作性和实用性，便于地质推广应用。

摘要： 本发明公开一种天然气解析过程中碳同位素分馏计算方法及应用，属于非常规天然气开发领域，包括：计算初始时刻游离气中12CH4和13CH4质量；计算第一时间间隔流出气体中12CH4和13CH4质量；算出解吸气12CH4和13CH4质量；结合初始时刻游离气12CH4和13CH4质量、流出气体及解吸气12CH4和13CH4质量，计算末尾时刻游离气中12CH4和13CH4质量及碳同位素值；经历下一个时间间隔，以第一时间间隔末尾时刻各物理量作为第二时间间隔的初始量，重复上述过程，迭代计算至岩石内压力等于外界压力。该方法能够合理表征天然气开发中碳同位素分馏全过程。

摘要： 本发明公开了分馏实验装置技术领域的一种用于教学的氢氧同位素分馏实验装置及使用方法，旨在解决现有技术中氢氧同位素分馏的实验装置不能模拟地球水循环过程的技术问题，蒸发单元加热试样使其蒸发为气态，气态试样在冷凝单元凝结成液态并通过输送管输送至降落单元，降落单元模拟液态试样的多种降落环境；蒸发单元、冷凝单元和降落单元构成地球水循环的过程，取样单元在地球水循环的过程中的不同阶段进行取样，本发明通过设置蒸发单元、冷凝单元、降落单元等模拟地球水循环的整个过程，通过取样单元对地球水循环过程的各个阶段进行取样，获取较为准确的实验数据，且可以直观展现地球水循环的整个过程及氢氧同位素在地球水循环过程中的时空变化。

摘要： 本发明公开了一种咖啡豆稳定同位素分馏方法及同时鉴定烘焙和生咖啡豆原产地的方法。利用IRMS和ICP测定生咖啡豆、中度、重度烘焙咖啡豆中各元素含量，分析咖啡豆烘焙过程中稳定同位素的分馏以及元素的变化情况后，采用随机森林树法构建了生豆、不同烘焙程度对应的原产地判别模型。之后对比生豆、不同烘焙程度咖啡豆对应判别模型的准确率，达到准确率后再采用随机森林树法建立同时判别生咖啡豆和不同烘焙程度咖啡豆的判别模型。这种鉴定方法不但能适用生咖啡豆，而且能适用不同烘焙程度的咖啡豆，预测准确率能够达到100%。无论是对于销售市场，还是海关检测均具有很好的协助，以改善咖啡豆产地造假的市场现状。

摘要： 本发明公开了一种同位素示踪技术领域的蒸发水汽中氢氧同位素分馏效应的解析方法，旨在解决现有技术中所使用的蒸发模型同位素分馏过程计算参数复杂，且有多种变型，不确定性较大，不利于与其他模型的模块接口耦合等问题。本发明基于二项式分布的概率质量函数以及氢氧重轻同位素体在蒸发过程中质量守恒，来解析蒸发过程水汽中的同位素分馏效应，有效地构建了重/轻同位素体散逸速率与水体蒸发速率、蒸发时长、以及同位素分馏系数和初始重/轻同位素体含量的定量关系，科学地定量评估了蒸发过程中蒸发水汽的同位素丰度随温度、相对湿度的变化规律，揭示了蒸发水汽以及气‑液界面直至高空的垂向同位素分馏变化规律。

摘要： 本发明公开了一种同位素示踪技术领域的地表水体中氢氧同位素随蒸发分馏过程的定量计算方法，旨在解决现有技术中的计算方法计算准确度不高，不确定性大等问题，其包括：解析蒸发分馏过程动力学效应；构建同位素体概率质量函数，分解重/轻同位素体比例；定量描述蒸发分馏中重/轻同位素体的散逸速率；结合水体蒸发速率，求得解蒸发分馏过程中重/轻同位素体的变化效率；计算剩余地表水体中的同位素体含量。本发明增强计算方法对各种常规及极端情境下的应用适应性，揭示蒸发过程地表水体中同位素分馏变化规律，提高结果可靠性。

摘要： 本发明属于土壤养分流失防治领域，具体涉及一种模拟粘土矿物吸附硼过程同位素分馏的方法及其应用。所述方法具体为：(1)将粘土矿物填装进柱体中；(2)将含硼的溶液注入填充有粘土矿物的柱体中；(3)承接流出液，用于硼含量和硼的同位素组成测定。该方法以土壤中具体的粘土矿物作为硼吸附的研究对象，能够获得真实反映某一种粘土矿物对于硼的吸附性数据，同时能够有针对性地获知硼在该粘土矿物中的同位素分馏情况，排除土壤中其他物质对于硼吸附过程和同位素检测过程的影响，从而能够更加准确的指导人们更有针对性地进行土壤中硼养分流失情况的分析和预防，同时也能够指导硼肥的有效施加。