碳同位素标准换算
同位素标记法碳的同位素
提出问题：
光能哪里去了？
1845年，德国科学家梅耶根据 能量转化与守恒定律明确指出：植 物进行光合作用时，把光能转换成 化学能储存起来。 提出问题： 光能转换成化学能，贮存于什么物质中呢？ 即植物在吸收水分和二氧化碳、释放氧气的过 程中，还产生了什么物质呢？
atp中活跃的化学能转变为糖类等有机物中稳定的化学能2catp2c3ch2oc5多种酶固定还原co2adppiatp暗反应糖类ch光反应阶段暗反应阶段进行部位条件物质变化能量变化联系叶绿体内基粒类囊体薄膜上叶绿体基质中光酶色素多种酶hatp水的光解atp的合成二氧化碳的固定三碳化合物c的还原atp中活跃化学能atp中活跃化学能有机物中稳定化学光反应为暗反应提供还原剂h和供能物质atp暗反应产生的adp和pi为光反应合成atp提供原料光合作用
(2)H218O―→18O2 。
6．光合作用的能量转变为：光能 ―→ATP中活跃的化学能―→有机物中稳定的化学 能。
光 合 速 率 温度 叶龄
光 合 速 率
归纳拓展
光合速率的测定方法
(1)NaHCO3溶液作用：玻璃瓶中的NaHCO3溶液保
证了容器内CO2浓度的恒定，满足了绿色植物光合作用 的需求。 (2)植物光合速率指标：植物光合作用释放氧气， 使容器内气体压强增大，毛细管内的水滴右移。单位
时间内水滴右移的体积即是光合速率。
普利斯特利（英）实验 1771
普利斯特利没有发现光在 植物更新空气中的作用。
结论：绿色植物可以更新空气
2、英格豪斯实验（1779年）
1785年，由于发现了 空气的组成，人们才明 确绿叶在光下放出的气 ①普利斯特利的实验只有在阳光照射 体是氧气，吸收的是二 氧化碳 下才能成功。
稳定碳同位素
稳定碳同位素自然界有六种碳同位素：10C、11C、12C、13C、14C*和15C*。
主要有三种，它们的丰度是：12C－98.9％；13C－1.08％；14C－1.2×10-10％。
其中12C、13C是稳定同位素，14C是放射性同位素。
碳有两种稳定同位素：12C和13C，由于它们的质量不同，在自然界中的物理、化学和生物作用下产生分馏。
一般来说，在碳的有机循环中，轻同位素容易摄入有机质（例如烃、石油中富含12C，-30～-20‰）中；而在无机循环中，重同位素倾向于富集在无机盐（例如碳酸盐富含13C，海相灰岩约0‰）中。
碳同位素分馏包括动力学分馏（如光合作用、有机物的生物降解等）和平衡分馏（如大气CO2－溶解的HCO3-－固体CaCO3系统）。
(1) 光合作用中的碳同位素动力分馏（6CO2+6H2O→C6H12O6+O2）：由于轻同位素分子的化学键比重同位素分子的化学键易于破坏，因而光合作用的结果使有机体相对富集轻同位素（12C），而残留CO2中则相对富集重同位素（13C）。
叶子表面对两种二氧化碳（12CO2、13CO2）同位素分子吸收速度上的差异是造成这一分馏的主要原因。
光合作用中碳同位素分馏程度与光合碳循环途径密切相关。
根据CO2被固定的最初产物的不同，光合碳循环可分为C3、C4和CAM三种方式。
C3循环长，分馏大，δ13C=-23‰~-38‰；C4循环为短循环，分馏小，δ13C=- 12‰~-14‰；CAM循环介于C3与C4间，其13C的亏损程度也介于C3与C4植物间。
（2）生物氧化－还原作用过程中的碳同位素分馏：一方面，微生物通过氧化还原反应获取能量，加速氧化还原反应的进行。
另一方面，微生物在参与反应的过程中，对于同位素的利用具有选择性，优先选择利用化学能较弱的轻同位素化学键，使得轻同位素较重同位素更易被微生物所利用，进而产生显著的同位素分馏。
大气CO2－溶解的HCO3-－固体CaCO3系统中的化学交换平衡反应：同位素平衡分馏只与温度有关，碳同位素分馏的结果是使固体碳酸盐中富集重同位素13C 从大气中的CO2到生物圈中有机碳化合物再到生物燃料和生物成因的甲烷，其碳同位素呈现出递减趋势，总体变化规律是氧化态的碳富集13C，还原态的碳富集12C。
元素的各种同位素相对原子质量的加权平均值
元素的各种同位素相对原子质量的加权平均值元素的各种同位素相对原子质量的加权平均值是指在自然界中存在的各种同位素所占的比例与其相对原子质量的乘积的总和。
同位素是具有相同原子序数但质量数不同的原子种类。
同一元素的不同同位素具有不同的中子数，因此其相对原子质量也不同。
同位素的相对原子质量是根据同位素丰度和相对原子质量的乘积进行加权平均得出的。
在自然界中，元素的不同同位素存在不同的丰度，即不同同位素的相对丰度不同。
相对丰度是指某一同位素在自然界中所占的比例。
以碳元素为例，其存在的两种主要同位素是碳-12和碳-13，其丰度分别约为98.9%和1.1%。
根据相对丰度和相对原子质量的乘积进行加权平均，可以得到碳元素的相对原子质量，即12.01。
这意味着在自然界中存在的碳元素的平均相对原子质量为12.01。
同样的道理，其他元素的相对原子质量也是通过各种同位素的相对丰度和相对原子质量的乘积进行加权平均得出的。
例如，氢元素存在两种主要同位素，即氢-1和氢-2，其相对丰度分别约为99.98%和0.02%。
根据加权平均的原理，氢元素的相对原子质量为1.01。
各种同位素的相对原子质量的加权平均值对于计算元素的摩尔质量、化学反应的计量关系以及同位素的应用具有重要意义。
在化学实验和工业生产中，常常需要知道元素的摩尔质量，以便进行计量和配比。
同位素的加权平均值可以提供准确的摩尔质量数据，确保实验和生产的准确性。
同位素的加权平均值还可以用于确定同位素的丰度和同位素的分馏过程。
同位素的丰度可以通过质谱仪等仪器测量得出，从而可以了解同位素在地球上的分布以及地球的演化过程。
同位素的分馏过程是指同位素在地球上的不同地质过程中由于物理、化学性质的差异而发生分离的现象。
通过研究同位素的分馏过程，可以揭示地球的演化历史和地质过程。
元素的各种同位素相对原子质量的加权平均值是根据同位素的相对丰度和相对原子质量进行加权平均得出的。
这一值在化学实验、工业生产、地质研究等领域具有重要应用，可以提供准确的摩尔质量数据，揭示同位素的丰度和分馏过程，为科学研究和应用提供有力支持。
稳定同位素C
在地表和近地表条件下，氧化反应是主 要的，所形成的二氧化碳的 δ13C 值与有 机碳的 δ13C 值相似；即 δ13C 值为 :-10 一 35‰。 在深部的高温变质条件下，氧化反应和 水解反应都存在，它们都能使源区中的 还原碳以氧化形式 (CO2)进入热液。
研究表明。在 350—600℃的温度条件下， 由水解反应产生的二氧化碳的 δ13C 值为 3—12‰ 。 13C 的富集可能同二氧化碳和 甲烷之间强烈的同位素分馏有关。
Ohmoto(1972) 指 出 ， 除 非 成 矿 热 液的温度、氧逸度和酸碱度已知，否则 不能认为δ13C值为-5—-8‰的碳酸盐是从 δ13C∑C为-5—-8‰的热液中沉淀的。
生物成因碳的 δ13C 值的变化是很大的， 但是，热液氧逸度和酸碱度的变化也能 使热液中沉淀的碳酸盐矿物的 δ13C 值发 生很明显的变化。
三、碳同位素在矿床成因研究 中的应用
（一）热液矿床的碳同位素组成 1、热液中碳的来源 归纳起来，成矿溶液中的碳有3个来源： 岩浆源或深部源，它们的δ13C值为-7‰左 右; 沉积碳酸盐来源，其δ13C值为0左右； 沉积岩、变质岩与火成岩中的有机碳 (还 原碳)，它们的δ13C值为-25‰左右。
根 据 图 6-8Craig 曲 线 查 得 平 衡 温 度 为 258℃，该值与 H. Craig(1953) 报道的黄 石 公 园 喷 泉 与 温 泉 的 温 度 值 以 及 J. R. Hulston和W. J. McCabe(1962)报道的新 西兰北岛地热区的温度值相似，因而上 述计算结果是比较合理的。
2、确定原油的形成环境
一般认为，石油是由海相或陆相盆地 沉积物中的动植物残体逐渐演化形成的; 而海相和陆相有机质的碳同位素组成是 不同的。
同位素标准汇总
［注］ ：标准同位素丰度比值取值为 SMOW: D/H = (155.76± 0.10) 10-6 SMOW: 18O/16O = (2005.20± 0.43) 10-6 SMOW: 17O/16O= (373± 0.115) 10-6 PDB: 13C/12C = (11237.2± 90) 10-6 CDT: 34S/32S= (0.045± 93) 10-6 Air-N: 15N/14N = (3676.5± 8.1) 10-6 1、无机碳酸盐碳氧及有机碳同位素标准： 标样代号 NBS-18 NBS-18 NBS-19 NBS-19 NBS-19 IAEA -CO-1 IAEA -CO-1 IAEA -CO-8 IAEA -CO-8 IAEA -CO-9 IAEA -CO-9 LSVEC LSVEC GBW04405 GBW04405 GBW04406 GBW04406 GBW04407(有机) GBW04408(有机) GBW04416 GBW04416 GBW04417 GBW04417 标样代号 NBS-16 NBS-16 NBS-17 NBS-17 IGGCAS-CO2-1 IGGCAS-CO2-1 标样名称 碳酸岩 碳酸岩 大理岩 大理岩 大理岩 CaCO3 CaCO3 CaCO3 CaCO3 BaCO3 BaCO3 Li2CO3 Li2CO3 周口店灰岩 周口店灰岩 碳酸钙试剂 碳酸钙试剂 四川天然气碳粉 四川天然气碳粉 河北曲阳大理岩 河北曲阳大理岩 吉林延吉方解石 吉林延吉方解石 标样名称 工业钢瓶气 工业钢瓶气 美国西南气井 美国西南气井 佛山 CO2 气井 佛山 CO2 气井 同位素名称及(δ‰)
Ag2S Ag2S 高纯钢瓶气 SO2 标样名称 大气氮 (NH4)2SO4 (NH4)2SO4 KNO3 大气氮 (NH4)2SO4 (NH4)2SO4 KNO3 标样名称 SUCROSE Polyethylene Polyethylene Oil Oil 标样名称 Caffeine Caffeine Urea Urea Glycine Glycine Collagen Collagen Urea Urea 标样名称 Benzoic acid Benzoic acid
两种同位素的近似相对原子质量
两种同位素的近似相对原子质量1.引言1.1 概述同位素是指具有相同原子序数（即元素序数）但具有不同质量数的原子。
同位素由于具有相同的化学性质，但具有不同的物理性质，在原子核结构和核稳定性方面有所差异。
近似相对原子质量（又称为相对原子质量）是指同位素相对于碳-12同位素的质量比值，常用来比较不同元素或同一元素不同同位素之间的质量。
相对原子质量的计算方法是将每个同位素的质量与其丰度相乘，然后将结果相加。
本文将主要讨论两种不同同位素的近似相对原子质量。
通过比较这两种同位素的质量差异，我们可以更深入地了解同位素的性质和核结构的差异。
此外，我们也将探讨近似相对原子质量的计算方法，并讨论其应用和意义。
在接下来的文章中，我们将首先介绍同位素的概念和性质，包括同位素的定义、同位素的命名和表示方法以及同位素的核稳定性和放射性衰变等方面的内容。
然后，我们将详细说明近似相对原子质量的定义和计算方法，以及如何根据同位素的质量和丰度来计算近似相对原子质量。
在结论部分，我们将比较这两种同位素的近似相对原子质量，分析它们之间的差异和相似之处，并探讨这些差异对于元素性质和核物理研究的影响。
此外，我们还将讨论近似相对原子质量在科学研究和实际应用中的意义，例如在化学计量学、同位素分析和地质科学中的应用等方面。
通过深入研究两种同位素的近似相对原子质量，我们可以更好地理解同位素的特性和性质，并且为各个领域的科学研究提供基础和参考。
我们相信，本文的内容将对读者对同位素和近似相对原子质量有一个全面而深入的理解，并且对相关学科的研究和发展有所促进。
1.2文章结构1.2 文章结构本文按照以下结构进行撰写，以系统地介绍两种同位素的近似相对原子质量。
1. 引言1.1 概述在这一部分中，将简要介绍同位素的概念和同位素的基本性质，为读者提供必要的背景知识。
1.2 文章结构此部分即为当前所在部分，将详细说明本文章的整体结构和各部分的内容目标，帮助读者更好地理解全文组织。
第一章第四节 稳定碳同位素
第四节稳定碳同位素同位素：指元素周期表中原子序数相同，原子量不同的元素。
稳定同位素：指原子核的结构不会自发的发生改变的同位素。
稳定同位素有两个最显著的属性：1.稳定性：即经过复杂的化学反应之后，原子核结构不发生变化。
2.分馏作用：指同位素在两种同位素比值不同的物质之间进行分配。
一、稳定同位素分馏机理分馏作用是稳定同位素的属性之一，碳稳定同位素的分馏机理有：1.同位素的交换反应：是化学物质间，不同相或单个分子发生的同位素重新分配。
12CO2+13CH4=13CO2+12CH413CO2+H 12CO3-=12CO2+H13CO3-2.光合作用的动力效应：植物在光合作用过程中，富集12C，而使13C 进一步减小。
3.热力和化学反应的动力效应：-C-C-键的稳定性顺序：-13C-13C>-13C-12C->12C-12C-。
在低温条件下，形成的烃类，富集12C；在高温条件下形成的烃类，富集13C。
4.同位素的物理化学效应：蒸发：气相富集轻同位素12C，夜相富集13C；扩散：先扩散12C，残余13C。
二、稳定同位素在自然界的分布、比值符号和标准同位素比值的测量和对比单位一般是用千分数（‰）表示。
式中：Rs :为样品的同位素比值； Rr：为标准的稳定同位素的比值。
各国用各自的标准计算Rr ，再换算成PDB标准。
标准之间的换算公式：式中：δ13CB：为求取对B标准的δ值；δ13CA：为测得对A标准的δ值；RAr、RBr：为A、B标准的13C/12C比值。
三、油气中碳同位素的组成特征1、原油δ13C一般为-22‰～-33‰，平均值为-25‰～-26‰。
①海相原油δ13C值较高，为-27‰～-22‰；陆相原油δ13C值偏低，为-29‰～-33‰。
②随组分分子量的增大,急剧增大烷烃<芳烃<胶质<沥青质，烷烃<环烷烃，正构烷烃<异构烷烃，芳烃随环数增加δ13C值增大，可溶沥青<干酪根。
04 第四章(碳同位素)
碳是一种变价元素，在不同的条件下 可形成不同价态的化合物，它们之间存 在着明显的同位素分馏。
图1 生物圈与其它圈层间的相互 关系——有机碳循环与碳酸盐循
环（据S.Golubic等,1978)
• Carbon 14 is formed when cosmic radiation in the upper atmosphere excites a neutron, causing the neutron to impact a Nitrogen 14 atom and dislodges a proton forming carbon 14.
该系统中的碳同位素分馏可分为三个阶段。
第一阶段：大气CO2溶解阶段。研究表明，在20℃时，大气CO2的溶 解作用是在无明显分馏的情况下进行的，与大气CO2相比，溶解的 CO2大约贫乏1‰的13C。即：
7 （-8）＝1‰ 13CCO2(大气)
13CCO2 ( 水中)
第二阶段：溶解的CO2和重碳酸 盐分馏阶段。在这一阶段，重碳
碳同位素及其丰度
自然界有六种碳同位素：10C、11C、12C、13C、14C*和15C*。主要 有三种，它们的丰度是：12C－98.89％；13C－1.108％；14C－ 1.2×10-10％。其中12C、13C是稳定同位素，14C是放射性同位素。
13C是稳定同位素，用δ值表示，按δ值的定义：
13C
(
R样－R标 R标
)
1000＝（
R样 R标
-1）1000
稳定碳同位素的国际标准为PDB。
The isotopes of H, O, C and S are ubiquitous in natural ground water and are useful in studying biogeochemical processes.