| Ядерная физика |
|---|
 |
| Ядро · Нуклоны ( p , n ) · Ядерная материя · Ядерная сила · Ядерная структура · Ядерная реакция |
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 ]
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 соотношение 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 области 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 в соотношении 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 запасов подземных вод. [3] [4]
Другое применение - измерение палеотемпературы в палеоклиматологии . Например, один метод основан на изменении изотопного фракционирования кислорода биологическими системами в зависимости от температуры. [5] Виды Foraminifera включают кислород в виде карбоната кальция в свои раковины. Соотношение изотопов кислорода кислород-16 и кислород-18Включенный в карбонат кальция изменяется в зависимости от температуры и изотопного состава кислорода воды. Этот кислород остается «закрепленным» в карбонате кальция, когда форминифера умирает, падает на морское дно и ее раковина становится частью осадка. Можно выбрать стандартные виды форминифер из разрезов, проходящих через колонку осадка, и, нанеся на карту изменение изотопного отношения кислорода, вывести температуру, с которой Forminifera встречалась в течение жизни, если можно ограничить изменения изотопного состава кислорода в воде. [6] Палеотемпературные соотношения также позволили использовать соотношение изотопов карбоната кальция в панцирях ракушек, чтобы сделать вывод о перемещениях и местах кормления морских черепах и китов, на которых растут некоторые ракушки. [7]
В экологии отношения изотопов углерода и азота широко используются для определения широкого рациона многих животных, находящихся на свободном выгуле. Они использовались для определения широкого рациона морских птиц и определения географических районов, где особи проводят сезон размножения и отсутствия размножения у морских птиц [8] и воробьиных птиц . [9] В многочисленных экологических исследованиях также использовался изотопный анализ, чтобы понять миграцию, структуру пищевой сети, диету и использование ресурсов [10], например, изотопы водорода для измерения того, сколько энергии от прибрежных деревьев поддерживает рост рыбы в водных средах обитания. [11] Определение рациона водных животных с использованием стабильных изотопов было особенно распространенным, поскольку прямые наблюдения затруднены. [12]Они также позволяют исследователям измерить, как взаимодействие человека с дикой природой, например рыбной ловлей, может повлиять на естественный рацион питания. [13]
В судебной медицине исследования показывают, что изменение соотношений определенных изотопов в лекарствах, полученных из растительных источников ( каннабис , кокаин ), можно использовать для определения континента происхождения наркотиков. [14]
В пищевой науке анализ соотношения стабильных изотопов использовался для определения состава пива, [15] соуса сёю [16] и корма для собак. [17]
Анализ соотношения стабильных изотопов также применяется в допинг-контроле , чтобы различать эндогенные и экзогенные ( синтетические ) источники гормонов . [18] [19]
Точное измерение соотношений стабильных изотопов зависит от надлежащих процедур анализа, подготовки и хранения проб. [20]
Хондритовые метеориты классифицируются по соотношению изотопов кислорода. Кроме того, необычная сигнатура углерода-13 подтверждает внеземное происхождение органических соединений, обнаруженных в углеродистых хондритах , таких как метеорит Мерчисон .
Использование соотношений стабильных изотопов, описанных выше, относится к измерениям соотношений встречающихся в природе. Научные исследования также основаны на измерении соотношений стабильных изотопов, которые были искусственно нарушены введением материала, обогащенного изотопами, в исследуемое вещество, процесс или систему. Разбавление изотопов включает добавление обогащенного стабильного изотопа к веществу, чтобы количественно определить количество этого вещества путем измерения полученных соотношений изотопов. Маркировка изотопов использует обогащенный изотоп для маркировки вещества, чтобы отслеживать его развитие, например, посредством химической реакции, метаболического пути или биологической системы. Некоторые приложения изотопной маркировки полагаются на измерение отношений стабильных изотопов для достижения этой цели.
См. Также [ править ]
- Радиоуглеродное датирование
- Изотопный анализ
Библиография [ править ]
- Allègre CJ , 2008. Геология изотопов ( издательство Кембриджского университета ).
- Фор Г., Менсинг TM (2004), Изотопы: принципы и приложения ( John Wiley & Sons ).
- Хофс Дж., 2004. Геохимия стабильных изотопов ( Springer Verlag ).
- Шарп З., 2006. Принципы геохимии стабильных изотопов ( Прентис Холл ).
Ссылки [ править ]
- ^ Хан LF, Гренинг M, Аггарваль P, Helliker BR (2006). «Надежное определение соотношения изотопов кислорода и водорода в водяном паре, адсорбированном на молекулярном сите 3A». Rapid Commun. Масс-спектрометрия . 20 (23): 3612–8. Bibcode : 2006RCMS ... 20.3612H . DOI : 10.1002 / rcm.2772 . PMID 17091470 .
- ^ Weldeab S, Lea DW, Schneider RR, Andersen N (2007). «155 000 лет западноафриканского муссона и термической эволюции океана» . Наука . 316 (5829): 1303–7. Bibcode : 2007Sci ... 316.1303W . DOI : 10.1126 / science.1140461 . PMID 17540896 . S2CID 1667564 .
- ^ Хорошо, Стивен П .; Нет, Дэвид; Боуэн, Габриэль (10.07.2015). «Гидрологическая связность ограничивает разделение глобальных потоков воды на суше» . Наука . 349 (6244): 175–177. Bibcode : 2015Sci ... 349..175G . DOI : 10.1126 / science.aaa5931 . ISSN 0036-8075 . PMID 26160944 .
- ^ Evaristo, Jaivime; Ясечко, Скотт; Макдоннелл, Джеффри Дж. (2015). «Глобальное отделение транспирации растений от грунтовых вод и речного стока». Природа . 525 (7567): 91–94. Bibcode : 2015Natur.525 ... 91E . DOI : 10,1038 / природа14983 . PMID 26333467 . S2CID 4467297 .
- ^ Толоза I, Lopez JF, Бенталеб I, Fontugne M, Grimalt JO (1999). «Мониторинг соотношения изотопов углерода - газовая хроматография, масс-спектрометрические измерения в морской среде: источники биомаркеров и палеоклиматические приложения». Sci. Total Environ . 237–238: 473–81. Bibcode : 1999ScTEn.237..473T . DOI : 10.1016 / S0048-9697 (99) 00159-X . PMID 10568296 .
- ^ Shen JJ, Вы CF (2003). «10-кратное повышение точности изотопного анализа бора с помощью масс-спектрометрии с отрицательной термоионизацией». Анальный. Chem . 75 (9): 1972-7. DOI : 10.1021 / ac020589f . PMID 12720329 .
- ^ Пирсон, Райан М .; ван де Мерве, Джейсон П .; Гаган, Майкл К .; Limpus, Colin J .; Коннолли, Род М. (2019). «Различение районов кормления морских черепах с использованием стабильных изотопов комменсальных панцирей ракушек» . Научные отчеты . 9 (1): 6565. Bibcode : 2019NatSR ... 9.6565P . DOI : 10.1038 / s41598-019-42983-4 . ISSN 2045-2322 . PMC 6483986 . PMID 31024029 .
- ^ Graña Grilli, M .; Черел Ю. (2017). «Поморники ( Stercorarius spp.) Линяют перья на теле как в период размножения, так и в периоды скрещивания: значение для исследований стабильных изотопов у морских птиц» . Ибис . 159 (2): 266–271. DOI : 10.1111 / ibi.12441 . S2CID 88836874 .
- ^ Franzoi, A .; Bontempo, L .; Кардынал, KJ; Camin, F .; Pedrini, P .; Хобсон, KA (2020). «Натальное происхождение и время миграции двух видов воробьиных через южные Альпы: выводы из нескольких стабильных изотопов (δ 2 H, δ 13 C, δ 15 N, δ 34 S) и данные кольцевания» . Ибис . 162 (2): 293–306. DOI : 10.1111 / ibi.12717 .
- ^ Пирсон, RM; ван де Мерве, JP; Limpus, CJ; Коннолли, РМ (2017). «Необходима корректировка изотопных исследований морских черепах с учетом приоритетов сохранения» . Серия «Прогресс морской экологии» . 583 : 259–271. Bibcode : 2017MEPS..583..259P . DOI : 10,3354 / meps12353 . ISSN 0171-8630 . S2CID 3947779 .
- ^ Дусетт, Ричард Р .; Marks, Jane C .; Блинн, Дин В .; Кэрон, Мелани; Хангейт, Брюс А. (июнь 2007 г.). «ИЗМЕРЕНИЕ НАЗЕМНЫХ СУБСИДОВ ВОДНЫХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАБИЛЬНЫХ ИЗОТОПОВ ВОДОРОДА» . Экология . 88 (6): 1587–1592. DOI : 10.1890 / 06-1184 . ISSN 0012-9658 .
- ^ Гутманн Робертс, Кэтрин; Бриттон, Дж. Роберт (1 сентября 2018 г.). «Трофические взаимодействия в сообществе речных рыб низменности, в которое вторгся европейский усач Barbus barbus (Actinopterygii, Cyprinidae)» . Hydrobiologia . 819 (1): 259–273. DOI : 10.1007 / s10750-018-3644-6 . ISSN 1573-5117 .
- ^ Гутманн Робертс, Кэтрин; Башич, Чай; Триго, Фатима Амат; Бриттон, Дж. Роберт (2017). «Трофические последствия для речных карповых рыб субсидий рыболова на основе морских питательных веществ» (PDF) . Пресноводная биология . 62 (5): 894–905. DOI : 10.1111 / fwb.12910 . ISSN 1365-2427 .
- ^ Казале - J, Казале Е, Коллинз М, Morello D, Cathapermal S, Panicker S (2006). «Анализ стабильных изотопов героина, изъятого с торгового судна Понг Су». J. Forensic Sci . 51 (3): 603–6. DOI : 10.1111 / j.1556-4029.2006.00123.x . PMID 16696708 . S2CID 38051016 .
- ^ Брукс, Дж. Рене; Бухманн, Нина; Филлипс, Сью; Элерингер, Брюс; Эванс, Р. Дэвид; Лотт, Майк; Мартинелли, Луис А .; Покман, Уильям Т .; Сандквист, Даррен; Спаркс, Джед П .; Сперри, Линда; Уильямс, Дэйв; Элерингер, Джеймс Р. (октябрь 2002 г.). «Тяжелое и светлое пиво: подход изотопов углерода для обнаружения углерода C4 в пиве различного происхождения, стилей и цен» . Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 50 (22): 6413–6418. DOI : 10.1021 / jf020594k . PMID 12381126 . S2CID 18600025 .
- ^ Мораис, MC; Пеллегринетти, TA; Sturion, LC; Саттоло, ТМС; Мартинелли, Луизиана (февраль 2019 г.). «Стабильный изотопный состав углерода указывает на большое количество кукурузы в бразильских соевых соусах (шою)». Журнал пищевого состава и анализа . DOI : 10.1016 / j.jfca.2019.01.020 .
- ^ Галера, Леонардо де Аро; Абдалла Филхо, Адибе Луис; Рейс, Луиза Сантос; Соуза, Джанаина Лейте де; Эрнандес, Елейне Альмоса; Мартинелли, Луис Антонио (20 февраля 2019 г.). «Изотопный состав углерода и азота коммерческого корма для собак в Бразилии» . PeerJ . 7 : e5828. DOI : 10,7717 / peerj.5828 . PMC 6387582 . PMID 30809425 .
- ^ Автор, A (2012). «Анализ соотношения стабильных изотопов в спортивном антидопинге». Тестирование и анализ на наркотики . 4 (12): 893–896. DOI : 10.1002 / dta.1399 . PMID 22972693 .
- ^ Cawley, Adam T .; Казлаускас, Рымантас; Траут, Грэм Дж .; Роджерсон, Джилл Х .; Джордж, Адриан В. (1985). «Изотопное фракционирование эндогенных анаболических андрогенных стероидов и его связь с допинг-контролем в спорте» . Журнал хроматографической науки . 43 (1): 32–38. DOI : 10.1093 / chromsci / 43.1.32 . PMID 15808004 .
- ^ Цанг, Ман-Инь; Яо, Вэйци; Це, Кевин (2020). Ким, Иль-Нам (ред.). «Чашки из оксидированного серебра могут исказить результаты измерения изотопов кислорода малых образцов» . Результаты экспериментов . 1 : e12. DOI : 10.1017 / exp.2020.15 . ISSN 2516-712X .
