稳定同位素交换反应平衡常数与平衡分馏因子的关系——过量因子的实质及计算方法

理论计算稳定同位素平衡分馏因子(α),是以计算平衡常数K为桥梁,但是K与α之间并非简单的指数关系,二者之间还存在一个较为神秘的过量因子X(excess factor)。然而,几乎所有的理论计算工作都直接忽略了过量因子,并没有人详细研究过过量因子的实质及其可以被忽略的条件,因此,针对这个现状,本文从最基础的理论推导开始,精确推导了α和K之间的关系,并得到了过量因子的具体表达式,同时也给出了β因子(一种物质与其理想气态原子之间的平衡分馏因子)和同位素约化配分函数比(RPFR)之间的具体关系式。本文还以石膏与溶液中硫酸根之间的硫和氧同位素的分馏为实例,具体展示了过量因子产生的原因和计算方法,也提供了精确的石膏和硫酸根之间的硫和氧同位素的平衡分馏参数。

盐湖卤水中硼同位素分馏因子的第一性原理计算

硼同位素已在物源示踪、古环境研究等方面得到广泛应用.对于盐湖硼同位素研究而言,获得盐湖卤水中不同硼物种(包括B(OH)_(3)、B(OH)_(4)^(–)和多聚硼酸盐阴离子B_(3)O_(3)(OH)_(4)^(–)、B_(3)O_(3)(OH)_(5)^(2–)、B_(4)O_(5)(OH)_(4)^(2–)、B_(5)O_(6)(OH)_(4)^(–))之间准确的硼同位素平衡分馏因子,是开展盐湖硼同位素地球化学研究的基础.本研究利用量子化学计算法精确计算了卤水中B(OH)_(3)和B(OH)_(4)^(–)与多聚硼酸盐阴离子之间的硼同位素平衡分馏因子,并就非谐效应和溶剂化效应对计算结果的贡献进行了校正.结果显示,B(OH)_(3)和B(OH)_(4)^(-)与多聚硼酸盐阴离子之间的平衡硼同位素分馏因子分别为:α_(3-4)=1.0286;α_(3-334)=1.0389;α_(3-335)=1.0717;α_(3-45)=1.0889;α_(3-56)=1.1180;α_(4-334)=0.9545;α_(4-335)=0.9849;α_(4-45)=0.9728;α_(4-56)=0.9711.这些分馏因子的确定,为研究盐湖卤水硼迁移过程的硼同位素分馏行为提供了基础数据和理论指导.

湿地食物网研究中基线物种及分馏因子的可变性对营养级评估的影响

湿地食物网研究是湿地生态系统结构和功能评估的重要组成部分。物种营养级反映了物种间的营养关系以及物种在食物网中的相对位置,营养级的变化可以间接反映湿地生态系统的变化。稳定同位素技术已经被越来越广泛地应用于湿地食物网研究中,在利用氮稳定同位素核算物种营养级时,需要选择合适的基线物种和分馏因子以确保营养级核算的准确性。以营养级核算过程中基线物种和分馏因子两个关键点为核心,介绍了在湿地食物网研究中常用的4种基线物种和2种分馏因子;系统分析了基线物种和分馏因子的影响因素及其对营养级评估的影响;对未来湿地食物网研究中如何选择合适的基线物种和分馏因子进行了总结,旨在为进一步开展湿地生态系统的营养生态研究提供参考。

电解法浓缩环境氚水样的性能研究

电解浓缩法是环境氚水样进行浓缩的主流方法,能否获得较高的回收率是评价电解浓缩系统性能的主要标志。回收率可通过氚分馏系数和电解浓缩倍数计算获得。电解系统的氚分馏系数定量描述电解水反应氚动力学分馏的参数,代表了电解水系统的性能。在电解水时,加入标准氚水,电解后进行测量,可以得到当次电解水的回收率,由此计算出电解水的氚分馏系数,根据氚分馏系数可用于下批次的回收率计算。

南极普里兹湾及其邻近海域悬浮颗粒有机物的碳同位素组成及其影响因素

依托中国第29次南极科学考察航次开展了南大洋普里兹湾及其邻近海域悬浮颗粒有机物碳同位素组成(δ13CPOC)的研究,结合温度、盐度、营养盐和溶解CO_2的数据,揭示了影响研究海域颗粒有机物碳同位素组成的主控因素,计算出混合层中浮游植物吸收无机碳过程的碳同位素分馏因子。结果表明,普里兹湾及其邻近海域的δ13CPOC介于-28.5‰^-21.1‰,平均值为-24.6‰,表现出湾内大于湾外的特征。浮游植物同化吸收CO_2过程的碳同位素分馏是影响研究海域混合层δ13 CPOC的主要因素,根据δ13CPOC和1/[CO_2(aq)]的线性拟合关系,计算出浮游植物同化吸收CO2过程的碳同位素分馏因子εp为23.4‰。δ13CPOC的垂直分布随深度增加而增大,反映出颗粒有机物垂向输送过程中颗粒有机物再矿化过程同位素分馏作用的影响。

不同碳酸盐矿物的碳同位素特征研究

碳酸盐矿物是最重要的碳的储库之一。本研究选取常见的碳酸盐矿物作为研究对象,研究它们的同位素分馏值特征及其变化规律。我们采用从头计算的量子化学方法,准确获得了这些主要矿物的同位素分馏因子(RPFR)及其随温度的变化关系。计算结果显示,不同碳酸盐矿物的物质结构及物质组成均是影响碳同位素特征的重要因素。当物质结构相近时,阳离子的不同会引起同位素分馏因子的变化;物质组成相近,结构不同,具有的RPFR也不相同。因此,在实验和理论计算获得碳酸盐矿物的同位素组成时,应充分考虑碳酸盐矿物的类型,对于准确获得同位素组成数据是至关重要的。