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现代测试技术——稳定同位素地球化学分析 地球系统与资源评价实验室 黄 俊 华 本课主要参考书： 1．《稳定同位素地球化学分析》郑淑蕙等 2．《稳定同位素地质》沈渭洲等 3．《稳定同位素地球化学》卢武长 4．《稳定同位素在地质科学中的应用》 张理刚 5．《碳同位素地质学概论》陈锦石等 6．《稳定同位素地球化学》J.霍夫斯 内容提要： 第一章：前言（发展历史与研究内容） 第二章：同位素地球化学的基本原理 第三章：同位素仪器和分析方法 第四章：同位素样品制备 第五章：同位素样品的采集与加工 第六章：稳定同位素地质应用简介 第一章：前言 一、发展历史： 随着近代科学技术的迅猛发展，人们对物质世界的认识也在不断深化，在地球化学领域，已由研究元素在时间和空间上的迁移、分配、分散及富集等问题，扩展到研究元素的同位素在自然界的变化机理和分配问题，因此同位素地 质学就成为地质科学更高的一个发展阶段。 发展历史一： 1898年，居里发现放射性现象，人们开始注意到有些化学性质相同的元素有不同的原子量。 1910年，F.Soddy（索迪）等对同位素的概念作了论述。 1918—1919年，A.J.Dempster（丹普斯特）和F.W.Aston研究出了质谱仪，从而大大推动了同位素的研究，但由于基本理论不成熟，仪器分析误差较大，经常出现与实际不相符的结论，研究进展缓慢。 1939年A.D.Nier（尼尔）研究成功比值质谱计，大大提高了同位素比值的测量精度。 1947年，H.C.Urey（尤里）发表了《同位素物质热力学性质》，从而奠定了同位素分馏的理论依据。 发展历史二： 50年代后期，一些技术先进的国家，如英、美、苏等国家先后建立了C、H、O、S等同位素实验室，并作了大量的地球化学研究，但此时，由于无统一的标准，各实验室数据很难比较。 60年代，PDB，SMOW，CDT先后被定义为国际通用标准，各实验室之间的数据得以相互比较，所以研究资料得到了充分利用。 70年代，同位素地球化学的发展特别迅速，并深入到地质科学的各个领域，由于分析精度的提高，有效地解决了各种地质问题，同时各种分析理论，样品分离制备技术不断完善，质谱仪分析精度不断提高，以及各种基本理论研究的进展，标志着同位素地质学科作为一门独立学科已经基本形成。 发展历史: 同位素分析的微区（量）化，使同位素地球化学进入了一个新的阶段，并可能导致同位素应用的根本变革. 发展历史：中国 我国的同位素地质研究： 50～60年代，仅限于研究S，Pb同位素； 70-80年代初，随着各种先进的分析仪器的引进，国内陆续建立了一批具有先进水平的同位素实验室，研究成果不断涌现，方法技术不断完善，在某些领域达到世界领先水平。 二、同位素地质的研究内容 1、什么是同位素地球化学 同位素地球化学——是研究元素的同位素在不同地质体中的变化规律，并利用这些规律解决不同地质问题的一门新兴学科。 2、研究内容： （1）? 轻元素的同位素地球化学： C、H、O、S 、N等质量较小，稳定同位素质量差异相对较大，物理化学及热力学性质差异较明显，在自然界的各种物理、化学作用过程中会发生明显的同位素分馏效应，动力及交换反应是引起同位素丰度发生变化的主要原因，主要用来研究地壳和地表的各种地质作用特别有效，测温是它们特有的效能。 （2）重元素的稳定同位素地球化学 锶87Sr、钕148Nd、铅Pb等质量较大，质量相对差异较小，同位素组成与物理化学作用无关，主要受238U、Th232、87Rb、147Sm等放射性母体的丰度变化，衰变常数及时间的限制，所以主要用来研究地壳深部、上地幔作用特别有效，测年是其独特的专长。 （3）惰性气体同位素地球化学 He、Ne、Ar、Kr、Xe的同位素变化和衰变、裂变、核反应等与自然界核转变过程有关，受射线强度（宇宙射线）、照射时间、扩散作用等因素控制，主要用来研究大气圈、生物圈等。 第二章 同位素地球化学的基本原理  § 2.1 基本概念 § 2.2 同位素组成的变化机理  § 2-3 同位素组成及表示方法 § 2.1 基本概念 1、? 同位素——指原子核内质子数相同，中子数不同的一类原子，由于这些原子的质子数相同，因而具有基本相同的化学性质，在化学元素周期表中占有同一位置。 2、? 同位素分类 （1）?????? 放射性同位素——原子核不稳定，能自发地衰变成其它的同位素，最终转变为稳定同位素，目前发现的有1200多种。 （2）?????? 稳定同位素——原子核稳定不能自