แนวคิดในคำจำกัดความ ABC

ตัวยกทางด้านซ้าย (¹⁸ทั้ง, ²ชม, ¹⁵N) หมายถึงเลขมวลของอะตอมและแทนผลรวมของจำนวนโปรตอนและนิวตรอน ตัวอย่างของไอโซโทปคือไอโซโทปของไฮโดรเจนที่สะท้อนด้วยตัวอักษร H และไอโซโทปของมันคือโปรเทียม (¹H), ดิวเทอเรียม (²H) และไอโซโทป (³H) ซึ่งแสดงให้เห็นว่าแต่ละตัวมีนิวตรอนมากกว่าตัวแรก 1 หรือ 2 ตัว

การจำแนกไอโซโทป

ตามความเสถียรของนิวเคลียสของไอโซโทป ไอโซโทปเหล่านี้จัดอยู่ในประเภทเสถียรและมีกัมมันตภาพรังสี

กัมมันตรังสี: เรียกอีกอย่างว่าไอโซโทปที่ไม่เสถียรซึ่งมีคุณสมบัติในการเปลี่ยนจากไอโซโทปหนึ่งไปเป็นอีกไอโซโทปโดยการสลายตัวหรือการสลายตัวของนิวเคลียส พลังงาน ในรูปของกัมมันตภาพรังสีกับความก้าวหน้าของการเปลี่ยนแปลง ในกรณีของตัวอย่างไฮโดรเจนไอโซโทป ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีของมันคือไอโซโทปไอโซโทป

³H ซึ่งสามารถสลายตัวและเปลี่ยนเป็นฮีเลียม 3 (³เขา). แต่ไม่ใช่ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีเพียงอย่างเดียว ยังมีอีกมากมาย

มั่นคง: ในส่วนของไอโซโทปที่เสถียรจะมีนิวเคลียสที่ไม่สลายตัวไปยังผู้อื่นตามมาตราส่วนเวลาทางธรณีวิทยา ซึ่งหมายความว่าพวกมันจะไม่เปลี่ยนเป็นไอโซโทปอื่น สามารถพบได้ในสารประกอบส่วนใหญ่ มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำและมีความแตกต่างของมวลค่อนข้างมาก

พวกมันเป็นองค์ประกอบที่อุดมสมบูรณ์มากในธรรมชาติ และพบได้ในสถานะออกซิเดชันที่แตกต่างกัน ทำให้เกิดพันธะเคมีประเภทต่างๆ ในทำนองเดียวกันก็สามารถจำแนกได้เป็นสองประเภทคือเบาและหนัก

ตัวอย่างเช่น ไอโซโทปที่เสถียรของไฮโดรเจนคือโปรเทียม (¹H) และดิวเทอเรียม (²ชม). อันหลังเป็นแบบหนัก อันหลังเป็นแบบเบา

ความอุดมสมบูรณ์ไม่เท่ากัน ขึ้นอยู่กับกระบวนการที่เกิดขึ้น ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดว่าไอโซโทปของแสงที่เสถียรกว่าหรือไอโซโทปหนักที่เสถียรกว่านั้น ซึ่งมีนิวตรอนพิเศษหนึ่งหรือสองนิวตรอนที่สัมพันธ์กับโปรตอนและสามารถเกิดขึ้นได้จากการสลายกัมมันตภาพรังสีของไอโซโทป กัมมันตรังสี.

การแยกส่วนไอโซโทป

ความแตกต่างของความอุดมสมบูรณ์ระหว่างไอโซโทปหนักและเบานั้นเกิดจากกระบวนการทางธรรมชาติและมีอยู่ในสารประกอบที่ได้รับ โดยเริ่มจากปฏิกิริยาเคมี กระบวนการทางกายภาพ ชีวภาพ เมตาบอลิซึม และธรณีเคมี โดยที่พวกมันมีส่วนร่วมอย่างอิสระและขึ้นอยู่กับ ความแตกต่างใน ความเร็วปฏิกิริยา แต่ละ.

กระบวนการที่เกิดขึ้นและความอุดมสมบูรณ์ของสิ่งใดสิ่งหนึ่งขึ้นอยู่กับพันธะเคมีและแรงดึงดูดของอะตอม ซึ่งมากกว่าในกรณีของไอโซโทปหนักซึ่งลด ความเร็ว ของปฏิกิริยาเพราะต้องใช้พลังงานมากขึ้นในการทำลายพันธะ

การกระจายตัวที่ไม่เท่ากันระหว่างแหล่งกำเนิดแหล่งกำเนิดและผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาเรียกว่าการแยกส่วนไอโซโทปและ หมายถึงวิธีการกระจายไอโซโทประหว่างสารหนึ่งกับอีกเฟสเดียวกันหรือต่างกัน สาร.

ความสำคัญของการแยกส่วนไอโซโทปนั้นเกิดจากการแปรผันของอัตราส่วนไอโซโทปที่เสถียรของกลุ่มต่างๆ ธาตุและสัญญาณไอโซโทปที่สร้างขึ้นซึ่งสามารถบ่งชี้ว่ามีกระบวนการใดเกิดขึ้นภายในวัฏจักรของธาตุหรือมีขนาดเท่าใด เฉพาะเจาะจง.

ดังนั้น ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาที่ผ่านการแยกส่วนไอโซโทปจะแสดง a องค์ประกอบไอโซโทปเฉพาะที่ทำหน้าที่ระบุแหล่งที่มาที่มาหรือกระบวนการโดยที่ ฉันผ่าน.

ตัวอย่างของการแยกส่วนคือ กระบวนการระเหยของน้ำในมหาสมุทร โดยที่น้ำระเหยจะนำไอโซโทปแสงในไอระเหยออกไปเป็น ¹ชม₂¹⁶ทั้ง; และใบในน้ำทะเลไอโซโทปหนักของน้ำเป็น ¹ชม₂¹⁸หรือและ ¹ชม₂ชม¹⁶ทั้ง. ในกรณีนี้ 18O คือไอโซโทปหนักของออกซิเจน และ 16O คือไอโซโทปเบา

ตอนนี้การแยกส่วนไอโซโทปเกิดขึ้นโดยสองกระบวนการที่แตกต่างกัน สมดุล ไอโซโทปเคมีและสมดุลไอโซโทปจลนศาสตร์

สมดุลไอโซโทปเคมี

ในขั้นตอนนี้ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น แลกเปลี่ยน ไอโซโทปล้อมรอบการกระจายของไอโซโทปของธาตุเดียวกันผ่านสปีชีส์ต่างๆ ภายในระบบที่ปิดและเป็นเนื้อเดียวกัน

สมดุลไอโซโทปจลนศาสตร์

ในกรณีนี้ กระบวนการบอกเป็นนัยว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาในทั้งสองทิศทางของไอโซโทปเฉพาะจะเท่ากัน แต่ไม่ได้หมายความว่าองค์ประกอบไอโซโทป ของสารประกอบสองชนิดที่สมดุลเท่ากัน หมายถึง ความจริงที่ว่าความสัมพันธ์ที่มีอยู่ระหว่างไอโซโทปที่แตกต่างกันสองไอโซโทปในแต่ละสารประกอบนั้นคงที่ที่ค่าหนึ่ง อุณหภูมิ.

ตลอดปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเพื่อให้ถึงสมดุล ไอโซโทปที่หนักที่สุดที่มีสถานะออกซิเดชันสูงสุดจะสะสมอย่างพิเศษ

ตัวอย่างของสมดุลไอโซโทปคือสิ่งที่เกิดขึ้นในกระบวนการทางกายภาพที่ย้อนกลับได้ของ การควบแน่น และการระเหยของน้ำ:

ชม₂¹⁶ทั้ง_(ไอ) + โฮ₂¹⁸ทั้ง_{(ของเหลว)} ⇔H₂¹⁸ทั้ง_(ไอ) + โฮ₂¹⁶ทั้ง_{(ของเหลว)}

ความแตกต่างที่กำหนดในองค์ประกอบไอโซโทปขั้นสุดท้ายที่เกิดจากการแยกส่วนไอโซโทปสามารถกำหนดได้โดยใช้a แมสสเปกโตรมิเตอร์โดยเปรียบเทียบกับตัวอย่างค่ามาตรฐานและสังเกตความแตกต่างว่าเป็นการเพิ่มคุณค่าหรือการพร่องของ ไอโซโทปที่น่าสนใจและรายงานโดยใช้พารามิเตอร์สามตัว: ปัจจัยการแยกส่วน (α), ความแตกต่างของไอโซโทปหรือการเสริมสมรรถนะ ไอโซโทป (ε) และ การเลือกปฏิบัติ ไอโซโทป (δ)

ปัจจัยเศษส่วน (α)

แฟกเตอร์การแยกส่วนสอดคล้องกับการกระจายของไอโซโทปที่เสถียรระหว่างเฟสที่มีอยู่ร่วมกันสองเฟส เฟสแรกคือ A และอีกเฟส B และแสดงเป็น ผลหารของปริมาณไอโซโทปหนักที่มีอยู่ในเฟสของเหลว หารด้วยปริมาณไอโซโทปหนักในเฟสแก๊ส ดังแสดงในรูปต่อไปนี้ สมการ:

α ^พีX = (R)_อา / (ร)_ข. (1)

โดยที่ R คือปริมาณไอโซโทปหนัก (^พีX) หารด้วยปริมาณไอโซโทปแสง (^หลี่X) ตามเฟสที่ระบุโดยตัวห้อย แสดงด้วยความสัมพันธ์ต่อไปนี้:

R= ^พีเอ็กซ์ / ^หลี่x(2)

ความแตกต่างของไอโซโทปหรือการเสริมสมรรถนะของไอโซโทป (ε)

นี่แสดงเป็นปัจจัยการแยกส่วนลบ 1 ในส่วนต่อพัน (‰) ที่กำหนดโดยสมการต่อไปนี้:

ε ^พีX A- B = (α-1) x 1000‰ (3)

การเลือกปฏิบัติไอโซโทป (δ)

ประมาณการโดยหาผลหารระหว่างปริมาณของไอโซโทปหนักในตัวอย่าง หารด้วยปริมาณของไอโซโทปหนักที่มีอยู่ในมาตรฐาน ซึ่งก็คือ วัสดุที่ใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับค่าของไอโซโทปหนัก ลบ 1 เพื่อให้ความถี่ที่ได้จากตัวอย่างต่างๆ เปรียบเทียบกันได้

มันแสดงในส่วนต่อพัน (‰) เพื่อความสะดวกในการคำนวณ การแสดงออก ของผลลัพธ์ดังแสดงในสมการต่อไปนี้

δ ^พีX_{ตัวอย่าง} = {[(R)_{ตัวอย่าง} / (ร)_{มาตรฐาน}]-1} x 1000‰ (4)

โดยที่ R คือปริมาณไอโซโทปหนัก (^พีX) ระหว่างปริมาณแสง (^หลี่X) ทั้งในตัวอย่างและในมาตรฐาน

สิ่งสำคัญคือต้องชี้แจงว่าการแยกส่วนไอโซโทประหว่างสองเฟสนั้นทำหน้าที่ตามอุณหภูมิจึงทำให้เกิด ความผันแปรในความสัมพันธ์ดังกล่าว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการเลือกปฏิบัติทางไอโซโทปซึ่งเป็นครั้งสุดท้ายที่จะ อธิบาย