Термин «стабильный изотоп» имеет значение, аналогичное понятию «стабильный нуклид» , но предпочтительно используется, когда речь идет о нуклидах определенного элемента. Следовательно, форма множественного числа «стабильные изотопы» обычно относится 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 к таким стабильным изотопам могли бы относиться радиогенные дочерние продукты радиоактивного распада, используемые при радиометрическом датировании . Однако выражение « отношение стабильных изотопов» предпочтительно используется для обозначения изотопов, на относительное содержание которых влияет фракционирование изотопов в природе. Эта область называется геохимией стабильных изотопов .
Измерение соотношений встречающихся в природе стабильных изотопов ( изотопный анализ ) играет важную роль в изотопной геохимии , 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 реконструкции исторических температур атмосферы, что сделало их важными инструментами палеоклиматологии .
Эти изотопные системы более легких элементов, которые содержат более одного первичного изотопа для каждого элемента, исследуются в течение многих лет с целью изучения процессов фракционирования изотопов в природных системах. Долгая история изучения этих элементов отчасти объясняется тем, что доли стабильных изотопов в этих легких и летучих элементах относительно легко измерить. Однако недавние достижения в масс-спектрометрии изотопных отношений (т.е. масс-спектрометрия 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.
Изменения в соотношениях изотопов кислорода и водорода находят применение в гидрологии , поскольку большинство образцов находятся между двумя крайностями: океанской водой и арктическим/антарктическим снегом. [1] Имея образец воды из водоносного горизонта и достаточно чувствительный инструмент для измерения изменений изотопного соотношения водорода в образце, можно сделать вывод об источнике, будь то океанская вода или осадки, просачивающиеся в водоносный горизонт. и даже оценить доли каждого источника. [2] Стабильные изотопологи воды также используются при разделении источников воды для транспирации растений и пополнения подземных вод . [3] [4]
Другое применение - измерение палеотемпературы в палеоклиматологии . Например, один из методов основан на изменении изотопного фракционирования кислорода биологическими системами в зависимости от температуры. [5] Виды фораминифер содержат в своих панцирях кислород в виде карбоната кальция . Соотношение изотопов кислорода кислород-16 и кислород-18 , включенных в карбонат кальция, меняется в зависимости от температуры и изотопного состава кислорода воды. Этот кислород остается «закрепленным» в карбонате кальция, когда фораминифера погибает, падает на морское дно, а ее панцирь становится частью осадка. Можно выбрать стандартные виды фораминифер из срезов столба отложений и, картируя изменения изотопного соотношения кислорода, определить температуру, с которой форминиферы сталкивались в течение жизни, если можно ограничить изменения изотопного состава кислорода в воде. [6] Зависимость палеотемператур также позволила использовать соотношения изотопов карбоната кальция в панцирях ракушек для вывода о перемещениях и местах обитания морских черепах и китов, на которых растут некоторые ракушки. [7]
В экологии соотношения 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. [9] В многочисленных экологических исследованиях также использовался изотопный анализ для понимания миграции, структуры пищевой сети, рациона питания и использования ресурсов, [10] например, изотопы водорода для измерения того, сколько энергии, вырабатываемой прибрежными деревьями, поддерживается рост рыб в водной среде 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, рыбалка, может изменить естественный рацион. [13]
В судебной медицине исследования показывают, что изменение определенных соотношений изотопов в наркотиках, полученных из растительных источников ( каннабис , кокаин ), можно использовать для определения континента происхождения наркотика. [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 правильных процедур анализа, подготовки и хранения проб. [20]
Хондритовые метеориты классифицируются по соотношению изотопов кислорода. Кроме того, необычная подпись углерода-13 подтверждает неземное происхождение органических соединений, обнаруженных в углистых хондритах , таких как метеорит Мерчисон .
Описанное выше использование соотношений стабильных изотопов относится к измерениям соотношений, встречающихся в природе. Научные исследования также основаны на измерении соотношений стабильных изотопов, которые были искусственно нарушены введением изотопно-обогащенного материала в исследуемое вещество, процесс или систему. Изотопное разбавление включает добавление к веществу обогащенного стабильного изотопа для количественного определения количества этого вещества путем измерения полученных соотношений изотопов. При маркировке изотопов используется обогащенный изотоп для маркировки вещества, чтобы проследить его продвижение, например, через химическую реакцию, метаболический путь или биологическую систему. Некоторые применения маркировки изотопов для достижения этой цели полагаются на измерение соотношений стабильных изотопов.
{{cite journal}}
: |last1=
имеет общее имя ( справка )