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非传统稳定同位素平衡分馏的高温高压实验研究进展
2024年
过去二十多年,多接收电感耦合等离子体质谱技术(MC-ICP-MS)和相关化学纯化方法取得重要突破,使得高精度分析同位素的微小分馏成为可能。这一技术的进步极大地推动了非传统稳定同位素在环境科学、地球科学和行星科学领域的应用。同时,在不同温度和压力条件下(模拟地球和其他行星的内部环境)开展的同位素分馏实验,可以为研究人员提供同位素分馏机制的直接观察数据,故而同位素高温高压实验研究受到越来越多的重视。本文介绍了非传统同位素高温高压实验常用的装置,以及用于判断实验产物中的同位素平衡状态的方法,并对铁、硅、铬、镍、钒等同位素在高温高压实验领域的研究成果进行了梳理,以期为相关研究提供更多的参考。
张川李琼杜蔚
关键词:铁同位素硅同位素铬同位素镍同位素钒同位素
污染土壤中含锌矿物—溶液之间的同位素平衡分馏效应
2024年
表生环境中,复杂的物理化学过程导致的锌(Zn)同位素分馏严重干扰了污染物的源解析。利用同位素手段示踪重金属污染的前提是精确确定污染土壤中典型含Zn矿物—水溶液之间的Zn同位素分馏系数。该研究基于密度泛函理论的第一性原理计算,探索了水合Zn^(2+),含Zn层间羟基物矿物、含Zn层状双金属氢氧化物、含Zn三八面体型黏土矿物,和高岭石(010)面及铁锰(氢)氧化物表面吸附态Zn^(2+)的最稳定几何结构,及不同形态Zn与水溶液相的Zn^(2+)之间的同位素平衡分馏系数。结果表明,六配位表面吸附态略微富集^(64)Zn(Δ^(66/64)Zn=-0.29‰~-0.20‰),而四配位表面吸附态富集66Zn(Δ^(66/64)Zn=0.45‰~0.73‰)。当Zn转变为更稳定的晶质沉淀物时,次生矿物显著富集^(66)Zn(Δ^(66/64)Zn=0.51‰~1.11‰)。基于获得的不同形态Zn与水溶液之间的同位素分馏系数,成功地模拟出平衡分馏和动力学分馏模式下电镀废弃物、铅锌矿石、熔炼烟气和冶金污泥等单一污染源影响下的土壤Zn同位素组成演化趋势,通过对比已知Zn同位素比值甄别出了污染土壤中Zn的主要来源。
何洪涛谷一帆邢乐才王艳芳杨阳蔡兴平何雨旸
关键词:密度泛函理论第一性原理计算污染源解析
第一性原理计算矿物间Ca、Ba和Rb同位素平衡分馏系数
金属稳定同位素是新兴的地球科学研究领域,它可以为地球科学多种重要问题提供新的认识和制约。应用金属稳定同位素的关键是理解同位素体系在不同地质储库间的变化和分馏规律,而描述这一分馏过程的关键参数是同位素平衡分馏系数。自然样品...
肖子聪
关键词:第一性原理计算分馏机理
地质流体中络合物同位素平衡分馏系数的第一性原理计算被引量:1
2022年
地质流体中不同络合物之间的稳定同位素平衡分馏系数是利用稳定同位素示踪地质流体演化过程的必要前提。但由于受实验条件的限制,流体中部分元不同络合物之间的同位素分馏系数难以通过实验精确测定。基于第一性原理的理论计算是获得溶液中不同络合物之间稳定同位素平衡分馏系数的一种重要手段,能够获取各种极端条件下同位素分馏系数。在应用第一性原理计算溶液中不同络合物间同位素平衡分馏系数时,需要对溶液的动态特性和水分子之间的相互作用进行模拟。目前,显式溶剂模型和隐式溶剂模型是模拟地质流体中水溶液环境的2种主要模型,均已成功应用于同位素分馏系数的计算。文章系统介绍了这2种模型的计算方法,并且对比研究了这2种模型计算约化配分函数比(β)的优势及不足,结果显示,2种模型的主要差异表现在3个方面:(1)计算耗时的不同,隐式溶剂模型计算的原子数目少,结构单一,因此耗时少;显式溶剂模型计算的原子数目多,结构复杂多样,因此在同一计算和理论水平条件下,耗时比隐式溶剂模型多;(2)水分子数和构型的不同,隐式溶剂模型只有一个构型,因而不能评估络合物构型对β值的影响;而显式溶剂模型能够通过添加不同数量的水分子及建立不同的初始构型有效评估水分子数量及构型对计算结果的影响;(3)隐式溶剂模型将溶质周围的水环境定义为具有均匀介电常数的连续介质,没有充分考虑水的动态特性和水分子之间的相互作用,导致计算结果误差较大;而显式溶剂模型能更好的处理水分子的动态特征及分子间形成的氢键,计算结果更为准确。通过2种模型的对比研究表明,显式溶剂模型能够更好的模拟水分子和溶质间的相互作用,计算获得的各络合物之间的同位素平衡分馏系数更为准确。本研究结果可以为今后开展相关同�
孙明光王佳新袁顺达
关键词:同位素分馏络合物含矿流体
文石型碳酸盐Ca1-xSrxCO3的光谱学研究:对锶参杂与碳氧同位素平衡分馏的启示
文石(CaCO)是自然界中常见的一种碳酸盐矿物,其既能形成于表生环境下,以洞穴沉积物、某些生物骨骼等形式出现(Gaetani and Cohen,2006;MorseandMackenzie,1990;Wangetal....
王祥王峥嵘叶宇
第一性原理计算矿物间K,Ca以及N同位素平衡分馏
地球内部物质的循环,行星的形成以及演化历程是地球科学中关键问题。稳定同位素是研究这些问题很好的工具,其理论完备,分析讨论广泛而有深度,已经形成了一门独立的学科:稳定同位素地球化学。自然界样品中的同位素分馏是否平衡对分析结...
李永辉
关键词:稳定同位素第一性原理密度泛函理论
文献传递
方解石族和文石族碳酸盐高温振动光谱学研究——对碳同位素平衡分馏热力学模型的启示
碳是重要的生命元之一,其独特的化学性质使其能够与不同元结合,以固体、液体、气体等形式广泛地存在于地球的各个圈层中。碳酸盐类是含量最丰富的含碳相,也是常见的造岩矿物,在地球的地质演化过程中扮演着重要角色。光谱学被广泛的...
王祥
关键词:方解石文石
第一性原理计算钙同位素平衡分馏系数
钙是内太阳系中地球、月球、类地行星和石质陨石的主要组成元。我们的工作是通过基于密度泛函理论的第一性原理计算方法获得常见含钙矿物间的平衡同位素分馏系数。重钙同位素在矿物间的富集顺序依次是橄榄石>斜方辉石>钙铝榴石~易变...
周陈
关键词:钙同位素平衡分馏第一性原理计算
超冷体系同位素平衡分馏理论及其潜在应用
在经典的Urey模型的基础上,考虑了其他超低温条件下显著影响同位素分馏的效应,如非简谐振动,核自旋及非B-O近似下的电子能级差等,从而提出了一套计算在超低温下气态分子体系同位素平衡分馏系数的方法。结合量子化学计算的方法,...
张一宁刘耘
关键词:同位素平衡分馏量子化学计算
Ca 浓度对斜方辉石和单斜辉石之间的Ca 同位素平衡分馏的影响:基于第一性原理计算
总结了完整的成分效应对斜方辉石和单斜辉石之间的Ca同位素平衡分馏的影响,重新审视了自然样品中opx与cpx是否达到Ca同位素平衡,与cpx之间的Ca同位素平衡分馏数据作为地质温度计的可能性。特别地,并讨论了利用opx由于...
王文忠周陈秦天黄士春吴忠庆黄方
关键词:斜方辉石单斜辉石钙同位素平衡分馏钙浓度

相关作者

刘耘
作品数:168被引量:96H指数:6
供职机构:中国科学院地球化学研究所
研究主题:同位素 平衡分馏 同位素分馏 稳定同位素 分馏系数
张继习
作品数:9被引量:4H指数:2
供职机构:中国科学院
研究主题:分馏系数 同位素平衡 蒸汽压 稳定同位素 配分函数
郑永飞
作品数:472被引量:6,730H指数:38
供职机构:中国科学技术大学
研究主题:氧同位素 锆石 榴辉岩 超高压变质 地球化学
李雪芳
作品数:6被引量:0H指数:0
供职机构:中国科学院
研究主题:同位素 硅酸盐熔体 矿物表面 热梯度 同位素平衡
张丹
作品数:28被引量:34H指数:4
供职机构:中国计量科学研究院
研究主题:同位素稀释 人血清 白蛋白 磷化膜 联用技术