稳定同位素原理及在矿床学上的应用.pptx
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1、1稳定同位素原理及在矿床学稳定同位素原理及在矿床学研究中的应用研究中的应用 -以氢氧同位素为例以氢氧同位素为例曹曹 晓晓 峰峰2008.11 2008.11 21、同位素应用原理同位素应用原理2、同位素测试仪器同位素测试仪器3、同位素样品采集及加工同位素样品采集及加工4、同位素的应用及注意事项同位素的应用及注意事项3放放射射性性同同位位素素原原子子核核不不稳稳定定,能能自自发发地地衰衰变变成成其它的同位素,目前发现的有其它的同位素,目前发现的有1200多种。多种。稳稳定定同同位位素素原原子子核核稳稳定定不不能能自自发发地地进进行行某某种种核核蜕变的同位素。蜕变的同位素。不同的同位素具有不同的丰
2、度值称不同的同位素具有不同的丰度值称同位素丰度同位素丰度1.1基本概念基本概念4 轻轻同同位位素素(C,H,O,S,N),其其同同位位素素组组成成的的变变化化主主要要由由同同位位素素分分馏馏作作用用引引起起 放放射射性性成成因因的的Sr、Nd、Pb等等同同位位素素组组成成的的变变化化则则主主要要由由母母体体同同位位素素的的放放射射性性衰变衰变引起。引起。5同位素效应同位素效应同位素质量差所引起的物理和化学性同位素质量差所引起的物理和化学性质的差异。质的差异。同位素分馏同位素分馏在一系统中,元素的同位素以不同的在一系统中,元素的同位素以不同的比值分配到两种物质或物相中的现象,用比值分配到两种物质
3、或物相中的现象,用分馏系数又分馏系数又称分离系数称分离系数 表示。表示。A-B=RA/RB;RA,RB 分别表示两种物质中的同分别表示两种物质中的同位素比值。位素比值。6同位素组成同位素组成 值值:样品的同位素比值相对于标准样品同位素比值的样品的同位素比值相对于标准样品同位素比值的千分偏差千分偏差 ()=(R样样/R标)标)-1)1000R样:样品的同位素比值样:样品的同位素比值;R标:标准样品的同位素比值标:标准样品的同位素比值 0 表明样品较标准样品含较重的同位素表明样品较标准样品含较重的同位素 0 表明样品较标准样品含较轻的同位素表明样品较标准样品含较轻的同位素 =0 表明样品与标准样品
4、同位素比值一致表明样品与标准样品同位素比值一致千分分馏(千分分馏(1000ln1000ln)和同位素分馏值)和同位素分馏值 :相对富集系数值相对富集系数值指两物质间的同位素组成差别指两物质间的同位素组成差别 1000ln A-B=AB7从严格意义上讲,在周期表中所有元素从严格意义上讲,在周期表中所有元素的不同种同位素由于其质量上存在差别,的不同种同位素由于其质量上存在差别,在自然界的各种物理,化学和生物的反应在自然界的各种物理,化学和生物的反应和过程中都会发生同位素分馏,这些反应和过程中都会发生同位素分馏,这些反应和过程包括:和过程包括:蒸发作用,扩散作用,吸附蒸发作用,扩散作用,吸附作用,化
5、学反应,生物化学反应作用,化学反应,生物化学反应等等。等等。1.2同位素分馏同位素分馏89影响同位素分馏的因素影响同位素分馏的因素(1)同同位位素素质质量量的的影影响响,是是发发生生同同位位素素分分馏馏的的根根本本原因,差异大,分馏大;原因,差异大,分馏大;(2)化化学学键键性性质质的的影影响响:一一般般重重同同位位素素优优先先富富集集于于较强的化学键中。较强的化学键中。(3)反反应应温温度度的的影影响响:温温度度越越高高,分分馏馏效效应应减减小小,温度足够时温度足够时 1 (高温)(高温)(低温)(低温)10(1)同位素分馏程度与相对质量差有关:)同位素分馏程度与相对质量差有关:17O/18
6、O0.511平衡交换反应:平衡交换反应:受温度控制:能斯特定律LnK=-(H/RT)+B反应平衡常数:反应平衡常数:K12瑞利分馏:瑞利分馏:131、同位素应用原理同位素应用原理2、同位素测试仪器同位素测试仪器3、同位素样品采集及加工同位素样品采集及加工4、同位素的应用及注意事项同位素的应用及注意事项14基基本本原原理理:带带电电粒粒子子在在磁磁场场中中偏偏转转,不不同同质质量量数数粒粒子子偏偏转转半径不同,从而区分不同的同位素丰度比。半径不同,从而区分不同的同位素丰度比。基本方程基本方程偏转半径:偏转半径:R离子轨道曲半径离子轨道曲半径m原子质量单位原子质量单位U加速电压加速电压 B磁场强度
7、磁场强度e电荷(带电荷离子,电荷(带电荷离子,e=1,e=2)15离子源离子源信号接收器信号接收器扇型磁场扇型磁场质谱仪原理示意图质谱仪原理示意图162.2 仪器结构仪器结构激光探针质谱工作室激光探针质谱工作室17气相色谱气相色谱/热转换热转换/同位素比值质谱计同位素比值质谱计GC/TC/IRMS181、同位素应用原理同位素应用原理2、同位素测试仪器同位素测试仪器3、同位素样品采集及加工同位素样品采集及加工4、同位素的应用及注意事项同位素的应用及注意事项191、根据研究对象和目的,选择有效的研究方法:、根据研究对象和目的,选择有效的研究方法:例例:研研究究火火成成岩岩成成因因,最最好好选选用用
8、H、O、Sr、Pb等等,选选择择S、C效效果果就就不不佳佳,S、C同同位位素素研研究究成成矿矿的的物物理理、化化学学环环境境却却很很有有效效,H、O研研究究成成矿矿来来源源,热热液液蚀蚀变变,S、O地地质质测测温,效果较好。温,效果较好。3.1 样品选择(采集)的基本原则样品选择(采集)的基本原则 202 2、根据研究对象、目的和研究、根据研究对象、目的和研究 方法,采集有效的样品方法,采集有效的样品 例例如如,研研究究蚀蚀变变作作用用,抗抗交交换换能能力力差差的的长长石石,黑黑云云母母能能灵灵敏敏地地反反映映蚀蚀变变的的情情况况,抗抗交交换换能能力力的的矿矿物物(石石英英、磁磁铁铁矿矿、白白
9、云云母母)往往往往能能提提供供蚀蚀变变前前的的原原始始同同位位素素特特征征。做做地地质质测测温温时时,石石英英长长石石,不不如如石石英英磁磁铁铁矿矿好好,黄黄铁铁矿矿方方铅铅矿矿,不不如如闪闪锌锌矿矿方铅矿。方铅矿。213.2 注意事项注意事项1、系统性和代表性系统性和代表性 具具体体地地说说就就是是详详细细研研究究地地质质情情况况的的基基础础上上,采采集集岩岩石石或或矿矿物物样样品品要要分分清清原原生生还还是是次次生生的的,是是早早期期的的还还是是晚晚期期的的,以以及及他他们们是是那那个个阶阶段段,那那个个世世代代形形成成的的矿矿物物。另另外外还还要要注注意意不不同同地地质质位位置置的的矿矿
10、物物,岩岩石石样样品品不不能能混混合合,那那怕怕是是同同种种矿矿物物也也不不能能混混合合,同同样样不不同同相相带带,不不同同层层位位和和不同构造位置的样品要分开。不同构造位置的样品要分开。2、严严防防污污染染:由由于于同同位位素素组组成成变变化化较较小小,如如有有污污染染将将影影响响地地质质分分析析,如如做做包包裹裹体体测测定定时时,云云母母类类、角角闪闪石石类类不不能能做做包包体体的的氢氢同同位位素素分分析析。做包裹体的氧同位素不能选含氧主矿物。做包裹体的氧同位素不能选含氧主矿物。3、区区别别对对待待:如如作作地地质质测测温温时时,要要确确保保是是共共生生矿矿物物,对对做做原原生生包包体体要
11、要去掉次生包体。去掉次生包体。5、要有足够的数量。要有足够的数量。223.2 样品处理样品处理根据不同的目的选用不同的矿物:根据不同的目的选用不同的矿物:示踪流体来源用示踪流体来源用H、O同位素,选用蚀变矿物同位素,选用蚀变矿物如石英,方解石和石榴石。如石英,方解石和石榴石。示踪成矿物质来源用示踪成矿物质来源用S,Sr,Pb同位素,选同位素,选用成矿物质如方铅矿、闪锌矿、黄铜矿和黄铁用成矿物质如方铅矿、闪锌矿、黄铜矿和黄铁矿等。矿等。送样要求:对于送样要求:对于H、O同位素同位素,单矿物单矿物5g,0.250.5mm(3565目目);对于对于S同位素,单矿物同位素,单矿物1g;23242526
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