稳定同位素组成的表示法 同位素组成及其表示法
一、δ表示法
稳定同位素比值上的变化典型的是在千分之几到百分之几的范围内，并且通常以与某标准的千分偏差——δ，来表示。
氧同位素，已开发出报告其组成的两个标准。地球化学家对非碳酸盐岩物质以相对于SMOW（标准平均海水）的千分偏差来报告氧同位素比值：
同位素地质年代学与地球化学
对于碳酸盐岩物质则以相对于PDB（皮狄拟箭石）碳酸盐标准来报告δ18O。此任一样品相对两标准之间的δ值的关系为
同位素地质年代学与地球化学
氢同位素比值，δD以相对于SMOW报告；碳同位素，δ13C以相对于PDB表示；氮同位素，δ15N以相对于大气氮表示（表示为ATM）；硫同位素，δ34S以相对于狄亚布洛峡谷铁陨石中的陨硫铁表示（表示为CDT）。表11-1为这些标准的同位素组成。
表11-1 稳定同位素标准的同位素组成
二、分馏因子
分馏因子α是两相中同位素比值的比：
同位素地质年代学与地球化学
两相间同位素的分馏也可表示为：ΔA-B=δA-δB，Δ与α之间的关系为
同位素地质年代学与地球化学
正如我们将见到的，在平衡时，α与热力学平衡常数有关：
同位素地质年代学与地球化学
式中n是交换的原子数，K∞是无限高温度处的平衡常数，K为通常所述的平衡常数（除了使用浓度而不是活度外，因为活度系数的比等于1，即活度系数对同位素没有影响）。
稳定同位素组成的表示方法~
研究各种地质体中同位素丰度的变化是稳定同位素地球化学的基础。对于有两种以上稳定同位素的元素，多研究其中两种丰度较大的同位素的行为。
一种元素的同位素组成表示方法可用同位素绝对比值，例如迪亚布洛峡谷的铁陨石中32S/34S=22.22，或34S/32S=0.0450045。但在地球化学研究中常用的方法是与标准样品相应的同位素比值相比较，并用偏差千分率表示出来，上述定义用公式表示如下：
地球化学原理（第三版）
为了便于对比，世界各国所采用的标准样品已基本统一。国际氢、碳、氧、硫同位素标准样品的名称及其同位素绝对比值见表3-4。
表3-4 氢、碳、氧、硫同位素标准样品
每个测定样品的偏差值可正可负，正值表示与标准相比所测样品中重同位素有一定富集，而负值则表示重同位素有一定的贫化，亦即轻同位素有所富集。
同位素组成是指物质中某一元素的各种同位素的相对含量。某一元素的各种同位素在不同地质体中的含量很不相同。同位素的组成主要有以下三种表示法。
(1)同位素丰度
同位素丰度指的是某元素的各种同位素所占的原子百分比，是一种相对丰度。一般在低原子序数的元素中，只有一种同位素(多为轻同位素)的丰度最大，其余同位素的丰度较小。而在高原子序数的元素中，各种同位素的丰度分布有逐渐接近的趋势。表3.1列出了部分同位素的丰度。
表3.1 氢、碳、氮、氧、硫、氯同位素的丰度
(2)同位素比值(R值)
同位素比值指的是某元素的两种同位素含量(或丰度)之比。可以表示为R=X*/X，其中X*为重同位素含量，X为轻同位素含量。
(3)千分差值(δ值)
千分差值指的是样品某元素的同位素比值(Rm)相对于标准样品同位素比值(Rs)的千分偏差，即
地下水科学专论
例如，对于D和18O，其δ值可以分别表示为
地下水科学专论
虽然同位素比值(R值)和丰度可直接反映出样品同位素的相对含量关系，但R值及某些丰度值一般都很小，不易分辨其变化程度，而δ值能直接反映样品同位素组成相对于标准样品的变化方向和程度，是目前最常用的稳定同位素含量表示法。现在人们可以利用质谱仪直接测得样品的同位素δ值，其中的标准样品值由国际原子能委员会和美国国家标准局提供。例如，D和18O的标准样品为SMOW(StandardMeanOceanWater)。
锂同位素测量
答：根据IUPAC的推荐,试样的锂同位素组成要采用δ7Li表示(Coplen,1996)。 目前测定锂同位素的方法主要有历史悠久的热电离质谱法(TIMS)(Sahoo,Masuda,1995)和近期发展起来的多接收等离子体质谱法(MC-ICPMS)(Magnaetal.,2004)。 方法提要 采用碱熔、酸溶或水溶的方法将待测试样中的Li制备成含Li溶液,采用离子交换方法...
岩浆系统中的氢、氧同位素
答：地幔是地壳岩石/矿物演化的起始点,同时在岩浆产生与演化过程中随着结晶或熔融程度的不同、与围岩相互作用最终将导致岩浆作用的最终产物在同位素组成上发生改变。 一、地幔氢、氧同位素组成 (一)氧 评估地幔的氧同位素组成,尤其是氧同位素组成可能变化的程度已证明比预期的更困难。方法之一是使用玄武岩作为地幔样品的代表...
碳同位素地球化学
答：碳有两种稳定同位素(12C原子丰度为99.892%,13C原子丰度为1.108%)及一种放射性同位素(14C)。样品的碳同位素组成特征以δ13C表示,即: 地球化学 适合于作碳同位素组成分析的样品,主要包括石墨、金刚石、方解石、白云石、菱铁矿、菱锰矿等矿物,石灰岩、白云岩、大理岩等全岩样品。另外,各种矿物包裹体中的CO2和CH4气体...
同位素地球化学标志
答：当这些微体生物死亡后，它们的壳体沉积到海底，并保存在沉积物中。只要我们分析沉积物中有孔虫壳体的氧同位素比值变化就可以恢复当时的海水温度。经过对17O 校正后，用同位素相对比率法表示试样的氧同位素组成，其公式如下:第四纪地质学与地貌学 氧同位素的标准有两个，一是平均海洋水(SMOW)，其定义是 δ18...
氢、氧稳定同位素在水文地质中的应用
答：如有人用研究油田水氢、氧稳定同位素组成来作为预测新油气藏的重要标志。 复习思考题 1.地质-水文地质学方法包括哪几部分?各部分有哪些内容? 2.什么叫同位素?天然同位素与人工同位素、稳定同位素与非稳定同位素有何区别? 3.什么叫同位素分馏?同位素分馏作用有哪几种?各有何特征?同位素的分馏程度用什么来表示? 4....
碳同位素地球化学
答：碳有两种稳定同位素(12C原子丰度为99.892%,13C原子丰度为1.108%)及一种放射性同位素(14C)。样品的碳同位素组成特征以δ13C表示,即: 地球化学 适合于作碳同位素组成分析的样品,主要包括石墨、金刚石、方解石、白云石、菱铁矿、菱锰矿等矿物,石灰岩、白云岩、大理岩等全岩样品。另外,各种矿物包裹体中的CO2和CH4气体...
大气甲烷碳同位素组成分析
答：本项研究研制了一套与气体稳定同位素质谱仪联机在线分析大气甲烷碳同位素的制样技术，该方法具有精度较高（±0.4‰）、用样量少（200mL）、耗时短（45min）、操作相对较为简便的优点。 利用该系统对新疆塔里木盆地雅克拉凝析气田上方大气甲烷的碳同位素组成做了初步研究。1. 实验条件及甲烷标准气体碳同位...
同位素地球化学的分馏系数
答：研究天然物质中氧同位素的丰度、变异规律及其地质意义。自然界氧有3个稳定同位素16O、17O和18O，它们的丰度分别为99.762%、0.038%和0.200%。氧同位素组成以δ18O表示，标准采用SMOW（见稳定同位素地球化学）。天然含氧物质中δ18O的分布如图天然含氧物质的δ□O值所示。大气水的δ18O变化范围最大,...
氢、氧同位素地球化学
答：一般采用原子比率D/H、18O/16O或相对富集度δD、δ18O值表示氢、氧同位素组成: 地球化学 地球化学 自然界中δD值的变化要比δ18O大得多,10‰的相对富集度变化对于氢是微不足道的,但对于氧同位素已是相当可观了。常测定含水矿物和羟基矿物的δD,δ18O的对象包括进入(硅酸盐、氧化物的氧,羟基氧等)晶体结构...
碳原子的电子构型
答：碳原子的电子构型如下：碳原子是一种单核元素,其原子序数为6。它具有4个电子,其中2个在第一能级中,而另外2个在第二能级中。因此,碳原子的电子构型可以表示为:1s22s2这里的1s和2s表示电子在原子的1s和2s轨道中。
