天然同位素

天然同位素(英语:natural isotope),或称天然核素(英语:natural nuclide),是指在地球上天然存在的核素,构成了地球上几乎所有的物质。天然同位素包括所有稳定同位素天然放射性同位素。与之相对的概念为人造同位素(或称合成同位素)。

天然同位素根据其来源可分为三类:自太阳系诞生以来便存在的原始核素英语Primordial nuclide(包括所有稳定核素和一些半衰期极长的放射性核素)、放射性原始核素的衰变产物,以及由宇宙射线散裂作用产生的宇生核素英语Cosmogenic nuclide[1]

所有原子序≤94(以前)的化学元素都具有至少一种天然同位素,而原子序数为95以上的元素在自然界中都不存在,其所有同位素都是人造同位素,因此称为人工合成元素或人造元素。[2]

许多元素在自然界中存在着不只一种的同位素,因此其标准原子量英语Standard atomic weight必须根据其所有天然同位素在自然界中存在的丰度比率进行计算。例如元素有三种天然同位素:碳-12(丰度98.93%)、碳-13(丰度1.07%)和碳-14(仅痕量存在),而碳-12的原子量为12amu,碳-13的原子量约为13.003355amu,按照这些同位素的存量比例即可计算出天然碳的标准原子量(碳-14含量太少,可忽略不计):

12 × 98.93% + 13.0034 × 1.07% = 12.01amu

应用

借由测定一物体中某些天然放射性同位素及其衰变产物的含量比率,可推算出该物体的存在年代,称作放射性定年法[3]

透过质谱法分析样本中同一元素的不同天然同位素之间的比例(同位素讯号英语Isotopic signature),可以了解食物网的能量流动、重建过去的环境和气候条件、调查古代人类和动物的饮食,以及其他各种生物学地球科学环境科学的研究,是为同位素分析英语Isotope analysis[4]同位素分析中常用的同位素讯号包括δ18Oδ13C英语Δ13Cδ15N英语Δ15Nδ34S英语Δ34S等。

参考文献

  1. ^ Bagnall, K. W. (1962). "The Chemistry of Polonium". Advances in Inorganic Chemistry and Radiochemistry 4. New York: Academic Press. pp. 197–226. doi:10.1016/S0065-2792(08)60268-X. ISBN 0-12-023604-4. Retrieved June 14, 2012., p. 746
  2. ^ Kulkarni, Mayuri. A Complete List of Man-made Synthetic Elements. ScienceStuck. 15 June 2009 [15 May 2019]. (原始内容存档于2019-08-03). 
  3. ^ 国际纯化学和应用化学联合会化学术语概略,第二版。(金皮书)(1997)。在线校正版: (2006–) "radioactive dating"。doi:10.1351/goldbook.R05082
  4. ^ Hermes, Taylor R.; Frachetti, Michael D.; Bullion, Elissa A.; Maksudov, Farhod; Mustafokulov, Samariddin; Makarewicz, Cheryl A. Urban and nomadic isotopic niches reveal dietary connectivities along Central Asia's Silk Roads. Scientific Reports. 26 March 2018, 8 (1): 596. Bibcode:2018NatSR...8.5177H. ISSN 2045-2322. PMC 5979964 . PMID 29581431. doi:10.1038/s41598-018-22995-2 (英语). 

参见