目前世界上通用的同位素标准样品列于下表
氧有两个标准：标准大洋水（SMOW）和美
洲似箭石（PDB）
换算关系δ18OSMOW=1.03086 18OPDB +30.86
4、同位素分馏系数（α）
两物质间同位素分馏的程度可以用同位
素分馏系数来衡量。 同位素分馏系数是两种物质中某元素同 位素比值之商，即： α A-B＝ RA/RB
1、同位素测温原理
两个矿物、两相或两个分子间达到平衡时， 它们之间的同位素交换平衡分馏系数/富集 系数与平衡温度之间存在如下关系式
ΔA-B ＝ δ A－δB ＝ 1000ln α ＝A/T2＋B
2、同位素地质测温前提
①矿物对必须共生，即同时在同一地质体系中
形成； ②矿物对彼此要达到化学和同位素平衡，且矿 物形成后同位素平衡不被破坏。 ③选做测温的矿物对要常见，且在较大的温度 和压力范围内保持稳定，矿物的化学成分应比 较简单，变化小。
富集在有机体中，因此生物成因地质体如 煤、油、气等具有高的12C。
④动力分馏
其实质是质量不同的同位素分子具有不同
的分子振动频率和化学健强度 。 因轻同位素形成的键比重同位素更易破裂， 这样在化学反应中轻同位素分子的反应速 率高于重同位素分子。 C+16O→ C 16O2 C+ 16O 18O→ C 16O 18O K1/K2=1.17
5.3.1 稳定同位素基础及分馏机理
5.3.1.1 同位素分馏机理 5.3.1.2 几个相关参数 5.3.1.3 同位素地质测温
5.3.1.1 同位素分馏机理
1、同位素分馏的概念
在地质作用过程由于质量差所引起
的同位素相对丰度的变异，称为同 位素分馏作用/效应。
2、同位素分馏的机理
同位素分馏效应的原因：物理分馏、同 位素交换反应、生物化学反应、动力分 馏。
第5章 同位素地球化学
Part Ⅳ
第5章 同位素地球化学
5.1 自然界同位素成分变化的机理 5.2 放射性同位素地球化学
5.3 稳定同位素地球化学
5.3 稳定同位素地球化学
5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 稳定同位素基础及分馏机理 氢、氧同位素地球化学 硫同位素地球化学 碳同位素地球化学
①物理分馏 ②平衡分馏（同位素交换反应） ③生物化学分馏 ④动力分馏
①物理分馏
也称为质量分馏，同位素之间由质量 引起的一系列物理性质的微小差别(如密度、 比重、熔点、沸点等微小的差别)，这样在 蒸发、凝聚、升华、扩散等自然物理过程 中，使得轻、重同位素分异。
②同位素交换反应（平衡分馏）
5、同位素富集系数（Δ）
何谓同位素富集系数（Δ） 在同位素平衡条件下，不同化合物中的 同类同位素组成δ值的差，称为同位素富 集系数，用Δ表示。
ΔA-B＝ δ A－δB
对于同一元素的一系列化合物而言，同
位素富集系数具有简单的加和性：
ΔA-C ＝ ΔA-B ＋ΔB-C
例
已知 △FeS - ZnS=A △ ZnS - CuS=B 计算 △ FeS – CuS？
稳定同位素
同位素分类：稳定同位素(stable
isotope)和不稳定同位素或放射性同位素 (unstable or radioactive isotope)。 稳定同位素的原子核是稳定的，或者其原 子核的变化不能被觉察。 目前认为，凡是原子能够稳定存在的时间 大于1017a的就称为稳定同位素，反之就 称为放射性同位素。
5.3.1.2 几个相关参数
1、同位素比值（ R ）

单位物质中所含某元素的重同位素与轻
同位素原子数的比值，表示为：
R＝φ(x*)/φ(x)
式中x*、x分别代表重、轻同位素， φ(x*)和φ(x)分别代表重、轻同位素的 原子数。
如大气中的氧同位素
R＝φ(18O)/φ(16O) =0.1995/99.763=2.0×10－3
同位素富集系数与分馏系数的关系
1000ln αA-B ≈ δ A－δB ＝ ΔA-B 如果已知某个矿物的同位素组成、分馏系 数或富集系数，可获得与之平衡的矿物相 的同位素组成
同位素分馏系数/富集系数与 温度的关系
ΔA-A/T2＋B
5.3.1.3
同位素地质测温
④矿物对之间的同位素分馏要足够大，即
分馏系数越大越好。 ⑤矿物对的同位素分馏方程要可靠。
3、同位素测温常用方法
①外部测温法 ②内部测温法 ③单矿物测温法
当我们谈论同位素比值时，总是指重同
位素与轻同位素之比
2、同位素组成表示(δ)
取某一给定样品的R值为标准，可测得各
地质样品中R值与标准的绝对偏差（千分 差），以δ表示：

δ （‰）＝（R样/ R标－1）×1000
从样品的δ值直接看出样品中重同位素比标
准富集或贫化的程度。
δ18O （ ‰） =[(18O / 16O)样/(18O / 16O)标)－ 1] ×1000
＝[φ(A2)/φ(A1)]/[φ(B2)/φ(B1)]
式中A、B为含有相同元素的两种分子
例如：
α CaCO3-H2O =(18O/16O)CaCO3/(18O/16O)H2O
α偏离1愈大，分馏作用愈强； α接近1，表示分馏作用弱； 在同位素交换反应时，分馏效应是随温度 而变化的，一般来说温度越高，α越接近1， 分馏效应愈不显著 。
化学反应中反应物和生成物之间由于物 态、相态及化学键性质的变化，使轻重 同位素分别富集在不同分子中而发生分 异，称同位素交换反应。
一般来说，重稳定同位素富集在氧化态 或价态高的化合物中。
③生物化学分馏/反应
动植物及微生物在生存过程中经常与介质
交换物质、并通过生物化学过程引起同位 素分馏。
例如：植物通过光合作用，使12C更多地
δ34S（ ‰）=[(34S / 32S)样/(34S / 32S)标)－1] ×1000
例如 样品的δ>0，表明重同位素比标准更
富集； 若δ<0，表明重同位素相对标准贫化； 若δ＝0，表明样品与标准具有相同 的同位素丰度比。
3、同位素标准
被选作标准的样品应具有的条件：
①在世界范围内居于该同位素成分变化的 中间位置，可以做为零点； ②标准样品的同位素成分要均一； ③标准样品要有足够的数量； ④标准样品易于进行化学处理和同位素测 定。