Stabilny stosunek izotopów - Stable isotope ratio
| Fizyka nuklearna |
|---|
 |
| Jądro · Nukleony ( p , n ) · względu jądrowego · siły jądrowe · struktura jądrowego · reakcji jądrowej |
Termin stabilny izotop ma znaczenie podobne do stabilnego nuklidu , ale jest korzystnie używany, gdy mówimy o nuklidach określonego pierwiastka. Stąd liczba mnoga „ stabilne izotopy” zwykle odnosi się do izotopów tego samego pierwiastka. Względną obfitość takich stabilnych izotopów można zmierzyć eksperymentalnie ( analiza izotopowa ), uzyskując stosunek izotopów, który można wykorzystać jako narzędzie badawcze. Teoretycznie takie stabilne izotopy mogą obejmować radiogeniczne produkty pochodne rozpadu promieniotwórczego, stosowane w datowaniu radiometrycznym . Jednakże wyrażenie stosunek stabilnych izotopów jest korzystnie stosowane w odniesieniu do izotopów, na których względne ilości wpływa w naturze frakcjonowanie izotopów . Dziedzina ta nazywana jest geochemią stabilnych izotopów .
Stosunki izotopów stabilnych
Pomiar proporcji naturalnie występujących stabilnych izotopów ( analiza izotopowa ) odgrywa ważną rolę w geochemii izotopów , ale stabilne izotopy (głównie wodór , węgiel , azot , tlen i siarka ) znajdują również zastosowanie w badaniach ekologicznych i biologicznych. Inni pracownicy wykorzystali proporcje izotopów tlenu do zrekonstruowania historycznych temperatur atmosferycznych, co czyni je ważnymi narzędziami w paleoklimatologii .
Te układy izotopowe dla lżejszych pierwiastków, które wykazują więcej niż jeden pierwotny izotop dla każdego pierwiastka, były badane przez wiele lat w celu zbadania procesów frakcjonowania izotopów w układach naturalnych. Długa historia badań tych pierwiastków wynika po części z tego, że proporcje stabilnych izotopów w tych lekkich i lotnych pierwiastkach są stosunkowo łatwe do zmierzenia. Jednak ostatnie postępy w spektrometrii mas stosunku izotopów (tj. spektrometria mas z indukcyjnie sprzężoną plazmą z wieloma kolektorami) umożliwiają obecnie pomiar stosunków izotopów w cięższych, stabilnych pierwiastkach, takich jak żelazo , miedź , cynk , molibden itp.
Aplikacje
Różnice w proporcjach izotopów tlenu i wodoru mają zastosowanie w hydrologii, ponieważ większość próbek znajduje się pomiędzy dwoma skrajnościami: wodą oceaniczną i śniegiem arktycznym/antarktycznym. Mając próbkę wody z warstwy wodonośnej i wystarczająco czułe narzędzie do pomiaru zmienności stosunku izotopowego wodoru w próbce, można wywnioskować źródło, czy jest to woda oceaniczna lub opady przesączające się do warstwy wodonośnej, a nawet oszacuj proporcje z każdego źródła. Stabilne izotopologi wody są również wykorzystywane do rozdzielania źródeł wody do transpiracji roślin i zasilania wód gruntowych .
Innym zastosowaniem jest pomiar paleotemperatur dla paleoklimatologii . Na przykład jedna technika opiera się na zmienności frakcjonowania izotopowego tlenu przez układy biologiczne z temperaturą. Gatunki otwornic zawierają tlen w postaci węglanu wapnia w swoich muszlach. Stosunek izotopów tlenu tlen-16 i tlenu-18 wprowadzonych do węglanu wapnia zmienia się wraz z temperaturą i składem izotopowym tlenu w wodzie. Tlen ten pozostaje „utrwalony” w węglanie wapnia, gdy ciemiężyca umiera, opada na dno morskie, a jego skorupa staje się częścią osadu. Możliwe jest wybranie standardowych gatunków Forminifera z przekrojów przez kolumnę osadu, a poprzez mapowanie zmienności stosunku izotopów tlenu wywnioskować temperaturę, jaką Forminifera napotkała podczas życia, jeśli można ograniczyć zmiany składu izotopowego tlenu w wodzie. Relacje paleotemperatur umożliwiły również wykorzystanie proporcji izotopów z węglanu wapnia w muszlach pąkli do wywnioskowania ruchu i obszarów żerowania żółwi morskich i wielorybów, na których rosną niektóre pąkle.
W ekologii proporcje izotopów węgla i azotu są szeroko stosowane do określenia szerokiej diety wielu zwierząt żyjących na wolności. Wykorzystano je do określenia szerokiej diety ptaków morskich oraz określenia obszarów geograficznych, na których osobniki spędzają sezon lęgowy i pozalęgowy u ptaków morskich i wróblowych. W licznych badaniach ekologicznych wykorzystano również analizy izotopowe, aby zrozumieć migrację, strukturę sieci pokarmowej, dietę i wykorzystanie zasobów, takich jak izotopy wodoru, aby zmierzyć, ile energii z drzew przybrzeżnych wspiera wzrost ryb w siedliskach wodnych. Szczególnie powszechne jest określanie diety zwierząt wodnych przy użyciu stabilnych izotopów, ponieważ bezpośrednie obserwacje są trudne. Umożliwiają również naukowcom pomiar, w jaki sposób interakcje człowieka z dziką przyrodą, takie jak rybołówstwo, mogą zmieniać naturalną dietę.
W kryminalistyce badania sugerują, że zmienność niektórych proporcji izotopów w lekach pochodzących ze źródeł roślinnych ( konopie indyjskie , kokaina ) może być wykorzystana do określenia kontynentu pochodzenia narkotyku.
W naukach o żywności zastosowano analizę stabilnego stosunku izotopów do określenia składu piwa, sosu shoyu i karmy dla psów.
Analiza stosunku izotopów stabilnych ma również zastosowanie w kontroli antydopingowej , w celu rozróżnienia między endogennymi a egzogennymi ( syntetycznymi ) źródłami hormonów .
Dokładny pomiar stabilnych proporcji izotopów opiera się na właściwych procedurach analizy, przygotowania próbki i przechowywania.
Meteoryty chondrytowe są klasyfikowane na podstawie stosunku izotopów tlenu. Ponadto niezwykła sygnatura węgla 13 potwierdza nieziemskie pochodzenie związków organicznych występujących w chondrytach węglowych , tak jak w meteorycie Murchison .
Opisane powyżej zastosowania stabilnych stosunków izotopowych dotyczą pomiarów proporcji występujących naturalnie. Badania naukowe opierają się również na pomiarach stałych stosunków izotopów, które zostały sztucznie zaburzone przez wprowadzenie wzbogaconego izotopowo materiału do badanej substancji, procesu lub układu. Rozcieńczanie izotopowe polega na dodaniu do substancji wzbogaconego izotopu stabilnego w celu ilościowego określenia ilości tej substancji poprzez pomiar uzyskanych stosunków izotopowych. Znakowanie izotopowe wykorzystuje wzbogacony izotop do znakowania substancji w celu śledzenia jej przebiegu np. poprzez reakcję chemiczną, szlak metaboliczny lub układ biologiczny. Niektóre zastosowania znakowania izotopów polegają na pomiarze stabilnych stosunków izotopów, aby to osiągnąć.
Zobacz też
Bibliografia
- Allègre CJ , 2008. Geologia izotopowa ( Cambridge University Press ).
- Faure G., Mensing TM (2004), Izotopy: zasady i zastosowania ( John Wiley & Sons ).
- Hoefs J., 2004. Stabilna geochemia izotopowa ( Springer Verlag ).
- Sharp Z., 2006. Zasady stabilnej geochemii izotopów ( Prentice Hall ).