同位素分餾係數的定義

2021-02-08 高維度穩定同位素


來源:【高維度穩定同位素】公眾號(ID:HDStableIsotope)

在瑞利蒸餾公式中,我們直接給了一個定義。對於一階動力學過程,其同位素分餾值為:

其中,hk是較重同位素(heavy isotope)的一階反應常數,lk是較輕同位素(light isotope)的一階反應常數。為什麼我們要這麼定義α?對於非一階動力學過程,α又等於什麼?

在最本質的定義上來說,同位素分餾值指的是在一個無窮短的時間內,瞬時產物相對於反應物的同位素比值之比,即:

RIP是瞬時產物(instantaneous product)的同位素比值,RS是反應物(substrate)的同位素比值。R=hC/lC,hC和lC分別是較重同位素和較輕同位素的摩爾濃度。

對於瞬時產物而言,CIP等於反應速率,即:

因此,α可以寫成:

這就是α的通用表達式:

對於一階動力學而言,dC/dt=-k×C。因此:

需要再次強調:是同位素分餾值在一階動力學過程中的特殊表達式,並非其通用定義。


原創:何雨暘

出品:高維度穩定同位素

編輯:何雨暘

監製:鮑惠銘

繼續閱讀:

References:

Mariotti A, et al. (1981) Experimental determination of nitrogen kinetic isotope fractionation: some principles; illustration for the denitrification and nitrification processes. Plant & Soil 62(3):413-430.


本文來源於【高維度穩定同位素】公眾號(HDStableIsotope)
轉載請註明公眾號出處歡迎分享到朋友圈


本公眾號由鮑惠銘及其研究小組管理並發布。我們期待聽到關注者的評論,尤其是批評。根據相關法律法規和平臺規則要求,我們的帳號無留言功能。讀者可通過向公眾號發送信息與我們交流。轉載授權、合作、投稿事宜,請聯繫hdisotope@aliyun.com


相關焦點

  • 為什麼自然界巖漿系統未發現溫度梯度導致的鎂同位素分餾
    因為自然界巖漿溫度基本低於液相線,溫度梯度會導致兩端結晶,進而熔體部分產生濃度梯度,而在濃度梯度下的物質擴散又會驅動輕重同位素發生動力學分餾;此外,熔體部分自身發生的Soret效應(溫度梯度中純熔體相發生的物質不均一現象)也無法達到穩定狀態,將產生擴散導致的同位素動力學分餾。    以上兩種分餾過程都對Richter效應產生影響。
  • 風化過程中Mo同位素分餾機理獲揭示
    中國科學院廣州地球化學研究所穩定同位素地球化學學科組副研究員王志兵及合作者在國際上率先發現了地球表生系統中偏輕Mo同位素潛在的長期穩定儲庫,揭示了風化過程中Mo同位素分餾機理。相關研究近日發表於《地球化學與宇宙化學學報》。準確限定陸源輸入到海洋的Mo同位素組成是運用Mo同位素準確反演地質歷史時期全球海洋氧化和缺氧事件的重要前提。
  • 研究發現氨氣分子擴散存在同位素分餾效應
    結果顯示,這3種被動採樣器得到的氨同位素組成具有一致性,但它們都顯著低於擴散管主動採樣系統(DELTA,參比標準),且差異穩定在15.4±3.5‰(圖2)。這一差異雖然超出了預期,卻意外地刻畫了氨氣同位素分子擴散引起的氮同位素分餾效應。
  • 頁巖氣運移過程中碳同位素分餾:機理、表徵及其意義
    首次報導了頁巖氣運移過程中甲烷碳同位素分餾的四階段性,建立了同位素分餾一般模式,闡明了同位素分餾的主控因素及機理,並拓展應用於原位含氣量和吸附氣/游離氣比例關鍵參數的評價。該研究以「頁巖氣運移過程中碳同位素分餾:機理、表徵及其意義」為題發表在《中國科學:地球科學》中文版第4期、英文版第5期。
  • 稻田生態系統汞同位素分餾特徵研究獲進展
    ., 2017),選擇貴州萬山汞礦區的稻田生態系統作為研究對象,按照四個生長周期分別採集大氣、灌溉水、根系土和水稻植株樣品,系統研究稻田生態系統甲基汞和無機汞的汞同位素分餾特徵。稻田生態系統無機汞與甲基汞的汞同位素分餾特徵存在顯著差異。水稻植株各部位無機汞的δ202Hg及Δ199Hg值差異明顯,其無機汞的來源各不相同(圖1a,b)。
  • 風化過程中Mo同位素分餾機理獲揭示—新聞—科學網
    中國科學院廣州地球化學研究所穩定同位素地球化學學科組副研究員王志兵及合作者在國際上率先發現了地球表生系統中偏輕Mo同位素潛在的長期穩定儲庫,揭示了風化過程中
  • 地化所稻田生態系統汞同位素分餾特徵研究獲進展
    ., 2017),選擇貴州萬山汞礦區的稻田生態系統作為研究對象,按照四個生長周期分別採集大氣、灌溉水、根系土和水稻植株樣品,系統研究稻田生態系統甲基汞和無機汞的汞同位素分餾特徵。稻田生態系統無機汞與甲基汞的汞同位素分餾特徵存在顯著差異。水稻植株各部位無機汞的δ202Hg及Δ199Hg值差異明顯,其無機汞的來源各不相同(圖1a,b)。
  • 部分熔融和熔體滲濾過程中Cu同位素分餾:以Alps造山帶Baldissero和Balmuccia地體橄欖巖為例
    然而筆者發現,即使沒有受到殼源物質改造的橄欖巖同樣具有不均一的δ65Cu= ‒0.24 ~ 0.19‰,說明一些未被識別的地幔過程影響了地幔的同位素組成。因此,在利用Cu同位素研究殼慢相互作用之前,必須準確制約Cu同位素在地幔熔融和熔體滲濾(meltpercolation)過程中的分餾方向和分餾尺度。實驗和自然樣品研究發現,相對於矽酸鹽和氧化物,硫化物富集輕Cu同位素(63Cu)。
  • 江桂斌團隊在納米材料轉化過程穩定同位素分餾方面取得重大突破
    環境化學與生態毒理學國家重點實驗室劉倩、江桂斌研究組近期在納米材料轉化過程同位素分餾方面取得重大突破,研究成果日前在線發表於Nature Nanotechnology,doi: 10.1038/nnano.2016.93; Impact Factor35.267,中科院生態環境中心為該工作唯一完成單位
  • GCA:攀枝花層狀巖體中鈦鐵礦大尺度Mg-Fe同位素分餾及對層狀侵入體...
    田恆次等-GCA:攀枝花層狀巖體中鈦鐵礦大尺度Mg-Fe同位素分餾及對層狀侵入體成因的制約鈦鐵礦常以副礦物的形式存在於火成侵入巖中,是巖漿演化過程的記錄者。但是,在鎂鐵-超鎂鐵質侵入體中,鈦鐵礦和磁鐵礦是主要的組成礦物,甚至形成具有工業開採價值的釩鈦磁鐵礦礦床。
  • 同位素是如何測定地球的年齡,和陽澄湖大閘蟹真偽的呢?
    在某一地質過程中,如果兩相之間同位素交換達到平衡(例如海水中緩慢沉澱碳酸鈣),而平衡分餾係數是溫度的函數,所以只需要測定兩相之間的同位素比值差異就可以求得平衡時的溫度。 【知識連結:平衡分餾係數】 兩相間的同位素比值之商稱為同位素分餾係數,而兩相之間的達到同位素交換平衡時,對於同一溫度,這一分餾係數是一個常數,稱為平衡分餾係數。
  • GCA:攀枝花層狀巖體中鈦鐵礦大尺度Mg-Fe同位素分餾及對層狀侵入體成因的制約
    田恆次等-GCA:攀枝花層狀巖體中鈦鐵礦大尺度Mg-Fe同位素分餾及對層狀侵入體成因的制約金屬Mg和Fe同位素理論上可以為其成因提供制約,這是因為:Fe是該礦床的主要組成元素;分離結晶和部分熔融不會顯著地使Mg同位素分餾,但會引起Fe同位素變化;液態不混溶產生的兩相具有不同的聚合度,富Si相理論上會產生大尺度Mg-Fe同位素分餾的現象。雖然前人對中國西南攀枝花和白馬巖體中的Mg-Fe同位素已進行研究,但仍未取得一致的結論。
  • 擴散同位素效應 II:β 值
    基於經典氣體動理論的氣相中分子擴散,擴散係數之比Dr可以用來表達其同位素效應。然而,我們知道在地球化學領域中涉及擴散同位素效應的體系還有很多不是氣相體系,而是像水溶液、矽酸鹽熔體,以及礦物和巖石這樣的凝聚相體系。理論上,在這些凝聚相中的擴散同位素效應可以用一個β值來描述。注意,這裡的β值並不是描述質量分餾定律或理論計算平衡分餾係數的那個β值。
  • 研究發現青藏高原硝酸鹽氣溶膠生成機制及來源的同位素證據
    針對上述科學問題,中國科學院西北生態環境資源研究院研究員康世昌團隊聯合日本東京工業大學、中科院廣州地球化學研究所等相關單位科研人員,通過分析珠穆朗瑪峰(簡稱珠峰)北坡地區大氣氣溶膠硝酸鹽中叄氧同位素以及氮同位素(δ18O、D17O和δ15N)組成,首次揭示該地區大氣硝酸鹽的生成機制及其前體物的重要來源。
  • 同位素效應
    來源:【高維度穩定同位素】公眾號(ID:HDStableIsotope)想要學習同位素應該從哪本書開始看起?
  • 熔體-橄欖巖反應導致地幔Zn同位素組成的不均一:義大利阿爾卑斯IVZ橄欖巖的證據
    清楚掌握地幔過程中Zn同位素的分餾行為和分餾機制是利用Zn同位素解決地幔問題的前提條件。前人通過對橄欖巖包體的Zn同位素研究,獲得兩種截然相反的結論:(1)部分熔融(高達50%)不會導致橄欖巖Zn同位素組成的變化(≤0.06‰δ66Zn);(2)部分熔融(>30%)能夠導致橄欖巖顯著的Zn同位素組成的變化(~0.16‰δ66Zn)。
  • 濱珊瑚團簇同位素研究取得進展
    近年來不斷發展的新型同位素體系——碳酸鹽團簇同位素(clumped isotope,以Δ47值量化表示)具有指示礦物形成溫度而無需假設海水δ18O值的特性。因此,團簇同位素已逐漸發展成新型的地質溫度計,並開始在古氣候研究中得到應用。由於珊瑚骨骼碳酸鹽在形成過程中通常受到生物因素的影響,使得同位素組成無法達到熱力學平衡,結果導致濱珊瑚的Δ47值比在相同溫度條件下形成的無機碳酸鈣的值要偏高。
  • 專家觀點 陳玖斌:土壤環境重金屬汙染的同位素示蹤
    主要從事金屬穩定同位素環境地球化學研究,建立了地質樣品鋅、汞、鎵、銻等同位素分析方法,在有機絡合、礦物吸附等環境過程金屬同位素分餾機制、汞同位素非質量分餾機理、古氣候重建以及土壤、河流、大氣、湖泊等環境金屬同位素應用等研究方面取得系列原創性成果,在NC、GCA、EST等高水平SCI期刊發表多篇學術論文。
  • 非傳統穩定同位素探索地球形成與演化之謎
    譬如利用U和K同位素組成在地殼巖石和地幔巖石之間顯著的差異,示蹤地殼物質再循環和地幔源區不均一性;利用Mg、Ca和Zn同位素組成在表生碳酸鹽巖和矽酸鹽巖之間顯著的差異,示蹤俯衝進入地幔的碳酸鹽組分;利用Mg和Cl的流體活動性以及它們在水-巖相互作用過程中的顯著分餾,示蹤俯衝板片釋放的流體對島弧巖漿巖地幔源區的交代作用;利用表生低溫過程和深部高溫過程中Mg同位素的不同分餾行為,示蹤克拉通榴輝巖的成因;
  • 鐘鼎生物技術——同位素測定案例分析
    本文是基於鐘鼎生物與客戶合作的同位素測定服務實例,介紹了穩定同位素質譜的實驗方法,包括實驗所需的實驗試劑與儀器,實驗具體步驟。穩定同位素檢測實驗概要本實驗以 IsoPrime100質譜儀,以Elemental microanalysis LTD四種標準物質尿素為標準,通過測定四種尿素的氮同位素值,與標準值進行對比,做出線性回歸。以此為準,進樣測定樣品中N的δ15NAIR值.