Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из стабильного изотопа )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о соотношении стабильных изотопов. Для общей категории стабильных нуклидов см. Стабильный нуклид .
Ядерная физика
NuclearReaction.svg
Ядро  · Нуклоны  ( p , n )  · Ядерная материя  · Ядерная сила  · Ядерная структура  · Ядерная реакция
Модели ядра
Жидкая капля  · Модель ядерной оболочки  · Модель взаимодействующих бозонов  · Ab initio
Классификация нуклидов
Изотопы - равные Z
изобары - равные А
изотоны - равный N
Isodiaphers - равно N  -  Z
      Изомеры - равны все выше ,
зеркальные ядер  - Z ↔ N
Стабильного  · Магия  · чет / нечет  · гало  ( Борромео )
Ядерная стабильность
Энергия связи  · Соотношение p – n  · Капельная линия  · Остров стабильности  · Долина стабильности  · Стабильный нуклид
Радиоактивный распад
Альфа α  · Бета β  ( 2β ( 0v ), β + )  · Захват K / L  · Изомерный  ( Гамма γ  · Внутреннее преобразование )  · Спонтанное деление  · Распад кластера  · Эмиссия нейтронов  · Эмиссия протонов
Распад энергия  · Распад цепь  · Распад продукт  · Радиогенная нуклид
Ядерное деление
Спонтанное  · Продукты  ( разрыв пары )  · Фотоделение
Процессы захвата
электрон ( 2 × )  · нейтрон  ( s  · r )  · протон  ( p  · rp )
Высокоэнергетические процессы
Расщепление ( космическими лучами )  · Фотодезинтеграция
Нуклеосинтез и
ядерная астрофизика

Процессы ядерного синтеза : звездные  · Большой взрыв  · Нуклиды сверхновых
: изначальные  · космогенные  · искусственные
Ядерная физика высоких энергий
Кварк-глюонная плазма  · RHIC  · LHC
Ученые
Альварес  · Беккерель  · Бете  · А. Бор  · Н. Бор  · Чедвик  · Кокрофт  · Ир. Кюри  · о. Кюри  · Пи. Кюри  · Склодовская-Кюри  · Дэвиссон  · Ферми  · Хан  · Йенсен  · Лоуренс  · Майер  · Мейтнер  · Олифант  · Оппенгеймер  · Прока  · Перселл  · Раби  · Резерфорд  · Содди · Штрассманн  · Свинтецкий  · Сцилард  · Теллер  · Томсон  · Уолтон  · Вигнер
  • v
  • т
  • е

Термин « стабильный изотоп» имеет значение, аналогичное значению « стабильный нуклид» , но предпочтительно используется, когда речь идет о нуклидах конкретного элемента. Следовательно, стабильные изотопы множественного числа обычно относятся к изотопам одного и того же элемента. Относительное содержание таких стабильных изотопов можно измерить экспериментально ( изотопный анализ ), получив соотношение изотопов, которое можно использовать в качестве инструмента исследования. Теоретически такие стабильные изотопы могут включать дочерние радиогенные продукты радиоактивного распада, используемые в радиометрическом датировании . Однако выражение «отношение стабильных изотопов» предпочтительно используется для обозначения изотопов, относительное содержание которых зависит отизотопное фракционирование в природе. Эта область называется геохимией стабильных изотопов .

Отношения стабильных изотопов [ править ]

Смотрите также: Изотопное фракционирование

Измерение соотношений встречающихся в природе стабильных изотопов ( изотопный анализ ) играет важную роль в геохимии изотопов , но стабильные изотопы (в основном водород , углерод , азот , кислород и сера ) также находят применение в экологических и биологических исследованиях. Другие исследователи использовали соотношения изотопов кислорода для восстановления исторических температур атмосферы, что сделало их важными инструментами для палеоклиматологии .

Эти изотопные системы для более легких элементов, которые содержат более одного первичного изотопа для каждого элемента, изучаются в течение многих лет с целью изучения процессов фракционирования изотопов в природных системах. Долгая история изучения этих элементов отчасти объясняется тем, что пропорции стабильных изотопов в этих легких и летучих элементах относительно легко измерить. Однако недавние достижения в масс-спектрометрии изотопного отношения (т.е. масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой с несколькими коллекторами) теперь позволяют измерять изотопные отношения в более тяжелых стабильных элементах, таких как железо , медь , цинк , молибден и т. Д.

Приложения [ править ]

Вариации соотношения изотопов кислорода и водорода находят применение в гидрологии, поскольку большинство образцов находится между двумя крайними значениями: водами океана и снегом в Арктике / Антарктике. [1] Имея образец воды из водоносного горизонта и достаточно чувствительный инструмент для измерения изменения изотопного отношения водорода в образце, можно сделать вывод об источнике, будь то океанская вода или осадки, просачивающиеся в водоносный горизонт, и даже оценить пропорции из каждого источника. [2] Стабильные изотопологи воды также используются при разделении источников воды для транспирации растений и пополнения подземных вод. [3] [4]

Another application is in paleotemperature measurement for paleoclimatology. For example, one technique is based on the variation in isotopic fractionation of oxygen by biological systems with temperature.[5] Species of Foraminifera incorporate oxygen as calcium carbonate in their shells. The ratio of the oxygen isotopes oxygen-16 and oxygen-18 incorporated into the calcium carbonate varies with temperature and the oxygen isotopic composition of the water. This oxygen remains "fixed" in the calcium carbonate when the forminifera dies, falls to the sea bed, and its shell becomes part of the sediment. It is possible to select standard species of forminifera from sections through the sediment column, and by mapping the variation in oxygen isotopic ratio, deduce the temperature that the Forminifera encountered during life if changes in the oxygen isotopic composition of the water can be constrained.[6] Paleotemperature relationships have also enabled isotope ratios from calcium carbonate in barnacle shells to be used to infer the movement and home foraging areas of the sea turtles and whales on which some barnacles grow.[7]

In ecology, carbon and nitrogen isotope ratios are widely used to determine the broad diets of many free-ranging animals. They have been used to determine the broad diets of seabirds, and to identify the geographical areas where individuals spend the breeding and non-breeding season in seabirds[8] and passerines.[9] Numerous ecological studies have also used isotope analyses to understand migration, food-web structure, diet, and resource use,[10] such as hydrogen isotopes to measure how much energy from stream-side trees supports fish growth in aquatic habitats.[11] Determining diets of aquatic animals using stable isotopes has been particularly common, as direct observations are difficult.[12] They also enable researchers to measure how human interactions with wildlife, such as fishing, may alter natural diets.[13]

In forensic science, research suggests that the variation in certain isotope ratios in drugs derived from plant sources (cannabis, cocaine) can be used to determine the drug's continent of origin.[14]

In food science, stable isotope ratio analysis has been used to determine the composition of beer,[15] shoyu sauce[16] and dog food.[17]

Stable isotope ratio analysis also has applications in doping control, to distinguish between endogenous and exogenous (synthetic) sources of hormones.[18][19]

The accurate measurement of stable isotope ratios relies on proper procedures of analysis, sample preparation and storage.[20]

Chondrite meteorites are classified using the oxygen isotope ratios. In addition, an unusual signature of carbon-13 confirms the non-terrestrial origin for organic compounds found in carbonaceous chondrites, as in the Murchison meteorite.

The uses of stable isotope ratios described above pertain to measurements of naturally occurring ratios. Scientific research also relies on the measurement of stable isotope ratios that have been artificially perturbed by the introduction of isotopically-enriched material into the substance, process or system under study. Isotope dilution involves adding enriched stable isotope to a substance in order to quantify the amount of that substance by measuring the resulting isotope ratios. Isotope labeling uses enriched isotope to label a substance in order to trace its progress through, for example, a chemical reaction, metabolic pathway or biological system. Some applications of isotope labeling rely on the measurement of stable isotope ratios to accomplish this.

See also[edit]

  • Radiocarbon dating
  • Isotope analysis

Bibliography[edit]

  • Allègre C.J., 2008. Isotope Geology (Cambridge University Press).
  • Faure G., Mensing T.M. (2004), Isotopes: Principles and Applications (John Wiley & Sons).
  • Hoefs J., 2004. Stable Isotope Geochemistry (Springer Verlag).
  • Sharp Z., 2006. Principles of Stable Isotope Geochemistry (Prentice Hall).

References[edit]

  1. ^ Han LF, Gröning M, Aggarwal P, Helliker BR (2006). "Reliable determination of oxygen and hydrogen isotope ratios in atmospheric water vapour adsorbed on 3A molecular sieve". Rapid Commun. Mass Spectrom. 20 (23): 3612–8. Bibcode:2006RCMS...20.3612H. doi:10.1002/rcm.2772. PMID 17091470.
  2. ^ Weldeab S, Lea DW, Schneider RR, Andersen N (2007). "155,000 years of West African monsoon and ocean thermal evolution". Science. 316 (5829): 1303–7. Bibcode:2007Sci...316.1303W. doi:10.1126/science.1140461. PMID 17540896. S2CID 1667564.
  3. ^ Good, Stephen P.; Noone, David; Bowen, Gabriel (2015-07-10). "Hydrologic connectivity constrains partitioning of global terrestrial water fluxes". Science. 349 (6244): 175–177. Bibcode:2015Sci...349..175G. doi:10.1126/science.aaa5931. ISSN 0036-8075. PMID 26160944.
  4. ^ Evaristo, Jaivime; Jasechko, Scott; McDonnell, Jeffrey J. (2015). "Global separation of plant transpiration from groundwater and streamflow". Nature. 525 (7567): 91–94. Bibcode:2015Natur.525...91E. doi:10.1038/nature14983. PMID 26333467. S2CID 4467297.
  5. ^ Tolosa I, Lopez JF, Bentaleb I, Fontugne M, Grimalt JO (1999). "Carbon isotope ratio monitoring-gas chromatography mass spectrometric measurements in the marine environment: biomarker sources and paleoclimate applications". Sci. Total Environ. 237–238: 473–81. Bibcode:1999ScTEn.237..473T. doi:10.1016/S0048-9697(99)00159-X. PMID 10568296.
  6. ^ Shen JJ, You CF (2003). "A 10-fold improvement in the precision of boron isotopic analysis by negative thermal ionization mass spectrometry". Anal. Chem. 75 (9): 1972–7. doi:10.1021/ac020589f. PMID 12720329.
  7. ^ Pearson, Ryan M.; van de Merwe, Jason P.; Gagan, Michael K.; Limpus, Colin J.; Connolly, Rod M. (2019). "Distinguishing between sea turtle foraging areas using stable isotopes from commensal barnacle shells". Scientific Reports. 9 (1): 6565. Bibcode:2019NatSR...9.6565P. doi:10.1038/s41598-019-42983-4. ISSN 2045-2322. PMC 6483986. PMID 31024029.
  8. ^ Graña Grilli, M.; Cherel, Y. (2017). "Skuas (Stercorarius spp.) moult body feathers during both the breeding and inter-breeding periods: implications for stable isotope investigations in seabirds". Ibis. 159 (2): 266–271. doi:10.1111/ibi.12441. S2CID 88836874.
  9. ^ Franzoi, A.; Bontempo, L.; Kardynal, K.J.; Camin, F.; Pedrini, P.; Hobson, K.A. (2020). "Natal origins and timing of migration of two passerine species through the southern Alps: inferences from multiple stable isotopes (δ 2H, δ 13C, δ 15N, δ 34S) and ringing data". Ibis. 162 (2): 293–306. doi:10.1111/ibi.12717.
  10. ^ Pearson, RM; van de Merwe, JP; Limpus, CJ; Connolly, RM (2017). "Realignment of sea turtle isotope studies needed to match conservation priorities". Marine Ecology Progress Series. 583: 259–271. Bibcode:2017MEPS..583..259P. doi:10.3354/meps12353. ISSN 0171-8630. S2CID 3947779.
  11. ^ Doucett, Richard R.; Marks, Jane C.; Blinn, Dean W.; Caron, Melanie; Hungate, Bruce A. (June 2007). "MEASURING TERRESTRIAL SUBSIDIES TO AQUATIC FOOD WEBS USING STABLE ISOTOPES OF HYDROGEN". Ecology. 88 (6): 1587–1592. doi:10.1890/06-1184. ISSN 0012-9658.
  12. ^ Gutmann Roberts, Catherine; Britton, J. Robert (2018-09-01). "Trophic interactions in a lowland river fish community invaded by European barbel Barbus barbus (Actinopterygii, Cyprinidae)". Hydrobiologia. 819 (1): 259–273. doi:10.1007/s10750-018-3644-6. ISSN 1573-5117.
  13. ^ Gutmann Roberts, Catherine; Bašić, Tea; Trigo, Fatima Amat; Britton, J. Robert (2017). "Trophic consequences for riverine cyprinid fishes of angler subsidies based on marine-derived nutrients" (PDF). Freshwater Biology. 62 (5): 894–905. doi:10.1111/fwb.12910. ISSN 1365-2427.
  14. ^ Casale J, Casale E, Collins M, Morello D, Cathapermal S, Panicker S (2006). "Stable isotope analyses of heroin seized from the merchant vessel Pong Su". J. Forensic Sci. 51 (3): 603–6. doi:10.1111/j.1556-4029.2006.00123.x. PMID 16696708. S2CID 38051016.
  15. ^ Brooks, J. Renée; Buchmann, Nina; Phillips, Sue; Ehleringer, Bruce; Evans, R. David; Lott, Mike; Martinelli, Luiz A.; Pockman, William T.; Sandquist, Darren; Sparks, Jed P.; Sperry, Lynda; Williams, Dave; Ehleringer, James R. (October 2002). "Heavy and Light Beer: A Carbon Isotope Approach To Detect C4 Carbon in Beers of Different Origins, Styles, and Prices". Journal of Agricultural and Food Chemistry. 50 (22): 6413–6418. doi:10.1021/jf020594k. PMID 12381126. S2CID 18600025.
  16. ^ Morais, M.C.; Pellegrinetti, T.A.; Sturion, L.C.; Sattolo, T.M.S.; Martinelli, L.A. (February 2019). "Stable carbon isotopic composition indicates large presence of maize in Brazilian soy sauces (shoyu)". Journal of Food Composition and Analysis. doi:10.1016/j.jfca.2019.01.020.
  17. ^ Galera, Leonardo de Aro; Abdalla Filho, Adibe Luiz; Reis, Luiza Santos; Souza, Janaina Leite de; Hernandez, Yeleine Almoza; Martinelli, Luiz Antonio (20 February 2019). "Carbon and nitrogen isotopic composition of commercial dog food in Brazil". PeerJ. 7: e5828. doi:10.7717/peerj.5828. PMC 6387582. PMID 30809425.
  18. ^ Author, A (2012). "Stable isotope ratio analysis in sports anti-doping". Drug Testing and Analysis. 4 (12): 893–896. doi:10.1002/dta.1399. PMID 22972693.
  19. ^ Cawley, Adam T.; Kazlauskas, Rymantas; Trout, Graham J.; Rogerson, Jill H.; George, Adrian V. (1985). "Isotopic Fractionation of Endogenous Anabolic Androgenic Steroids and Its Relationship to Doping Control in Sports". Journal of Chromatographic Science. 43 (1): 32–38. doi:10.1093/chromsci/43.1.32. PMID 15808004.
  20. ^ Tsang, Man-Yin; Yao, Weiqi; Tse, Kevin (2020). Kim, Il-Nam (ed.). "Oxidized silver cups can skew oxygen isotope results of small samples". Experimental Results. 1: e12. doi:10.1017/exp.2020.15. ISSN 2516-712X.