Clumped同位素（中文譯名：二元同位素或團簇同位素）的研究對象是具有兩個或兩個以上稀有同位素的同位素體，例如CO2的18O13C16O。這種「稀-稀」同位素體在自然界的種類非常多，比如CO2就有8個「稀-稀」同位素體，但它們的濃度非常低，要求儀器的測試精度也非常高。
近年來，許多課題組利用clumped同位素方法在重建古環境和示蹤生物效應上取得了一系列進展，其研究對象也日趨豐富。伴隨clumped同位素方法的發展，學界需要完善clumped同位素的理論根基，並需要高精度的同位素平衡分餾參數作為參考標準。一方面，不同課題組間採用的clumped同位素分餾表達式彼此不一致。另一方面，從理論層面預測同位素的分餾效應多基於簡諧近似。但是，簡諧近似並不適用於所有體系的同位素分餾預測，尤其是含氫同位素交換的體系。為此，中國科學院地球化學研究所副研究員劉琪和研究員劉耘定義了數學形式上更為嚴謹的clumped同位素分餾表達式（Δ）。他們的定義相對於加州理工學院Eiler課題組的定義，不但與傳統的地學同位素分餾定義相吻合，更通過與反應常數（K）建立聯繫，使其計算結果與實驗學的測量結果更為契合，同時也與Ono課題組的定義相呼應。其定義具有明確的物理化學意義，即clumped同位素分餾信號代表著多替換同位素體從單替換同位素體獲得稀有同位素的程度或能力。具體的定義表達式如下：
同時，劉琪和劉耘針對clumped同位素目前的研究趨向，利用超越簡諧近似的量子化學方法為多個分子體系提供了精確的clumped同位素平衡分餾參數，並在理論層面上提出了clumped同位素平衡分餾的多個共性。其研究顯示，不同體系的clumped同位素平衡分餾信號可以與同位素替換的相對質量差以及所在原子位的鍵強建立關係。其分餾信號隨著溫度的升高而減小，並在溫度小於500K的溫度區間與1000/T成良好的線性關係。超越簡諧近似的高階能量項對於研究含氫氘交換的clumped同位素體系較為重要，其貢獻值是不含氫氘交換的clumped同位素體系的2至20倍。此外，他們還發現，clumped同位素體系的平衡分餾多與某些特定模式的分子振動有關（比如分子伸縮振動），所以不同分子體系可以出現相似的clumped同位素平衡分餾信號，例如CH4和CH3Cl的13C-D clumped同位素平衡分餾信號。此外，他們還提出了利用頻率校正因子修正clumped同位素分餾溫度依賴性的數學形式，為提高clumped同位素分餾的理論預測精度提供了便利的方法。
相關論文發表在地球化學雜誌Geochimica et CosmochimicaActa（2016, 175：252-270）上。
論文連結
地化所提出Clumped同位素的精確分餾參數
Clumped同位素（中文譯名：二元同位素或團簇同位素）的研究對象是具有兩個或兩個以上稀有同位素的同位素體，例如CO2的18O13C16O。這種「稀-稀」同位素體在自然界的種類非常多，比如CO2就有8個「稀-稀」同位素體，但它們的濃度非常低，要求儀器的測試精度也非常高。
近年來，許多課題組利用clumped同位素方法在重建古環境和示蹤生物效應上取得了一系列進展，其研究對象也日趨豐富。伴隨clumped同位素方法的發展，學界需要完善clumped同位素的理論根基，並需要高精度的同位素平衡分餾參數作為參考標準。一方面，不同課題組間採用的clumped同位素分餾表達式彼此不一致。另一方面，從理論層面預測同位素的分餾效應多基於簡諧近似。但是，簡諧近似並不適用於所有體系的同位素分餾預測，尤其是含氫同位素交換的體系。為此，中國科學院地球化學研究所副研究員劉琪和研究員劉耘定義了數學形式上更為嚴謹的clumped同位素分餾表達式（Δ）。他們的定義相對於加州理工學院Eiler課題組的定義，不但與傳統的地學同位素分餾定義相吻合，更通過與反應常數（K）建立聯繫，使其計算結果與實驗學的測量結果更為契合，同時也與Ono課題組的定義相呼應。其定義具有明確的物理化學意義，即clumped同位素分餾信號代表著多替換同位素體從單替換同位素體獲得稀有同位素的程度或能力。具體的定義表達式如下：
同時，劉琪和劉耘針對clumped同位素目前的研究趨向，利用超越簡諧近似的量子化學方法為多個分子體系提供了精確的clumped同位素平衡分餾參數，並在理論層面上提出了clumped同位素平衡分餾的多個共性。其研究顯示，不同體系的clumped同位素平衡分餾信號可以與同位素替換的相對質量差以及所在原子位的鍵強建立關係。其分餾信號隨著溫度的升高而減小，並在溫度小於500K的溫度區間與1000/T成良好的線性關係。超越簡諧近似的高階能量項對於研究含氫氘交換的clumped同位素體系較為重要，其貢獻值是不含氫氘交換的clumped同位素體系的2至20倍。此外，他們還發現，clumped同位素體系的平衡分餾多與某些特定模式的分子振動有關（比如分子伸縮振動），所以不同分子體系可以出現相似的clumped同位素平衡分餾信號，例如CH4和CH3Cl的13C-D clumped同位素平衡分餾信號。此外，他們還提出了利用頻率校正因子修正clumped同位素分餾溫度依賴性的數學形式，為提高clumped同位素分餾的理論預測精度提供了便利的方法。
相關論文發表在地球化學雜誌Geochimica et CosmochimicaActa（2016, 175：252-270）上。
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地化所提出Clumped同位素的精確分餾參數