Stabilizotóp-geokémia. Dr. Fórizs István MTA Geokémiai Kutatóintézet

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Stabilizotóp-geokémia. Dr. Fórizs István MTA Geokémiai Kutatóintézet forizs@geokemia.hu"

Bence Deák
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Stabilizotóp-geokémia Dr. Fórizs István MTA Geokémiai Kutatóintézet

2 Tematika Alapok (izotópok, jelölések, frakcionáció, mérési módszerek, pontosság,..) Kis hımérséklető folyamatok Üledékek Víz Paleoklíma: cseppkövek (Siklósy Zoltán), faévgyőrők, puhatestőek váza (Barna Gabriella), csontok, stb.

3 Tematika (folyt.) Nagy hımérséklető folyamatok (Dr. Demény Attila) Magmás folyamatok Metamorfózis Kihalási események (Dr. Demény Attila) Laborlátogatás

4 Alapfogalmak Az izotóp fogalma egy elem izotópjai az azonos proton, de eltérı neutron számmal rendelkezı atomjai. A szó eredete: a görög ισος azonos és τοπος hely jelentéső szavakból, ami az elemek periódusos táblázatára utal. Jelölés, kiejtés: 18 O, O-18 (ó-tizennyolc, vagy oxigén-tizennyolc)

A szó eredete: a görög ισος azonos és τοπος hely jelentéső szavakból, ami

5 A hidrogén izotópjai Kizárólag a hidrogén izotópjainak van külön neve. 1 H = H prócium 2 H = D deutérium ( 3 H = T trícium)

6 Az elemek periódusos rendszere Csoport I a II a III b IV b V b VI b VII b VIII b I b II b III a IV a V a VI a VII a VIII a Periódus H 2 He Li Be B C N O F Ne 11 Na Mg Al Si P S Cl 18 Ar 19 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 37 Rb Sr Y 40 Zr Nb Mo Tc 44 Ru Rh Pd Ag Cd In 50 Sn Sb Te I 54 Xe 55 Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl 82 Pb Bi Po At Rn 87 Fr Ra Ac Unq Unp Unh Uns Uno Une Lantanidák Actinidák Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Nb Mo Tc 44 Ru Rh Pd Ag Cd In 50 Sn Sb Te I 54 Xe 55 Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl 82 Pb Bi Po At Rn 87 Fr Ra Ac Unq Unp Unh Uns Uno Une Lantanidák Actinidák

7 Az izotópok típusai Stabilizotópok Sohasem bomlanak el Felhasználás Eredet: (átélt fizikaikémiai folyamatok, hımérséklet, izotópcsere) Radioaktív izotópok Atommagjuk szétesik (felezési idı) Felhasználás Kormeghatározás: (idıhöz kapcsolódó dolgok)

hımérséklet, izotópcsere) Radioaktív izotópok Atommagjuk

8 Környezeti stabilizotópok 1 H, 2 H (D), 3 He, 4 He, 6 Li, 7 Li, 10 B, 11 B, 12 C, 13 C, 20 Ne, 22 Ne, 32 S, 33 S, 34 S, 35 S, 35 Cl, 37 Cl, 79 Br, 81 Br, 86 Sr, 87 Sr 14 N, 15 N, 16 O, ( 17 O), 18 O,

9 Gyakoriságok Elem izotóp gyakoriság (atom%) felezési idı (év) Hidrogén 1 H 99, H(=D) 0, H(=T) < ,43 Bór Szén 10 B 20,02 11 B 79,98 12 C 98,90 13 C 1,10 14 C < ,730 Nitrogén Oxigén 14 N 99, N 0, O 99, O 0, O 0,200 Kén 32 S 95,1 33 S 0,74 34 S 4,2 36 S 0,016 Klór 35 Cl 75,4 36 Cl 306, Cl 24,6

14 C <10-10 5,730 Nitrogén Oxigén 14 N 99,635 15 N 0,365 16 O 99,762 17 O 0,038 18 O

10 1 E = n + h ν 2 n =0,1,2,3 h = Planck állandó ν = frekvencia Hooke törvény: Különbözı tömeg különbözı energiaszintet jelent Különbözı kötéserısség (nehéz izotóp - erısebb kötés) ν = 1 2π k µ k = erıállandó µ = redukált tömeg µ = M M A A M + M B B

jelent Különbözı kötéserısség (nehéz izotóp - erısebb kötés)

11 Jelölések delta érték ( 18 O/ 16 O) minta - ( 18 O/ 16 O) sztenderd δ 18 O= 1000 ( 18 O/ 16 O) sztenderd (D/H) minta - (D/H) sztenderd δd= 1000 (D/H) sztenderd

12 Sztenderdek Elem hidrogén bór szén nitrogén oxigén kén klór Jelölés δd δ 11 B δ 13 C δ 15 N δ 18 O δ 34 S δ 37 Cl Sztenderd SMOW = Standard Mean Ocean Water NBS SRM 951 (Searles Lake Borax) PDB = Pee Dee Belemnite levegı SMOW, PDB CDT = Canon Diablo Troilite SMOC = Standard Mean Ocean Chloride

Ocean Water NBS SRM 951 (Searles Lake Borax) PDB = Pee Dee Belemnite

13 HCNOS közös tulajdonságok - kis atomtömeg - relatív nagy tömegkülönbség - kovalens kötés (<=> 48 Ca/ 40 Ca hatás elenyészı) - több oxidációs állapot - a ritka izotóp is elég gyakori (<=> hidrogén) Izotópeffektusok: 1) kinetikus Adott T-en E(kin)=1/2mv 2 => v különbség (párolgás, disszociáció) 2) egyensúlyi: kötéserısségbeli különbség (kondenzáció, ásványkiválás)

gyakori (<=> hidrogén) Izotópeffektusok: 1) kinetikus Adott T-en E(kin)=1/2mv 2 => v

14 Frakcionációs folyamatok 1) Párolgás-kicsapódás Gıznyomáskülönbség, Rayleigh-frakcionáció 2) Diffúzió: sebességkülönbség (kromatográfhatás) Szilárd állapotú diffúzió: diffúziós koefficiens D= D o e (-E/RT) E= aktivációs energia R= gázállandó D o = állandó kvarc T T földpát Záródási hımérséklet!

Szilárd állapotú diffúzió: diffúziós koefficiens D= D o e (-E/RT) E=

15 Frakcionáció változása 1) Hımérséklet 2) Kémiai összetétel: kicsi, nagy töltéső ionhoz nehéz izotóp Pl. SiO 2 <=> FeO Másodlagos kationok szerepe: kicsi. Pl. Ab ~ An De: Ca-Mg karbonátok (pl. kalcit-dolomit geotermométer) 3) Kristályszerkezet A tömörebb, szabályosabb szerkezetben dúsul a nehéz izotóp Pl. gyémánt-grafit Szerkezetbeli hely: pl. CuSO 4 *5H 2 O (kalkantit)

kalcit-dolomit geotermométer) 3) Kristályszerkezet A tömörebb, szabályosabb szerkezetben

16 Hagyományos stabilizotóp-geokémia - dual inlet tömegspektrometria - vivıgázas tömegspektrometria - lézer analizátor Geokémiai alkalmazások - köpenygeokémia - kihalási események - izotóphidrológia - paleoklimatológia - archeometria - kriminológia - élelmiszer eredet

alkalmazások - köpenygeokémia - kihalási események -

17 A mérés jellemzıi Gáz állapotú anyagot tudok mérni tömegspektrométerrel. A mintaelıkészítés során is történhet izotóp-frakcionáció. Köv.: a sztenderd és minta azonos kezelése (angolul: IT= identical treatment) A tömegspektrométerben is van izotópfrakcionáció. Köv.: váltakozva engedem be a sztenderd és a minta gázt: dual inlet

: a sztenderd és minta azonos kezelése (angolul: IT= identical treatment) A

18 Hagyományos dual dual-inlet rendszer D/H: H 2 ; 3/2 13 C/ 12 C, 18 O/ 16 O: CO 2 ; 45/44, 46/44 15 N/ 14 N: N 2 ; 29/28 34 S/ 32 S: SO 2 ; 66/64

19 Mintaelıkészítési módszer acid to vacuum carbonate reaction vessels -80 C trap sample bottles Off-line reakció foszforsavval (vízmentes H 3 PO 4), majd a keletkezı CO 2 vákuumdesztillációja. Mintamennyiség: >0.1 mmól Mintaszám: 25/nap

reakció foszforsavval (vízmentes H 3 PO 4), majd a

21 Vivıgázas rendszer GC CARB EA laser Legújabb: LC-IRMS Mintamennyiség: <1 µmól Mintaszám: /nap

22 Vivıgázas rendszer: minta- beeresztés vízminták esetében

23 Finnigan delta plus XP MTA Geokémiai Kutatóintézet, Budapest

27 Lézerspektroszkóp (nagyon új! 2008)

28 Izotópos színképek (spektrumok) Víz CO 2

Hasonló dokumentumok

XLVI. Irinyi János Középiskolai Kémiaverseny 2014. február 6. * Iskolai forduló I.a, I.b és III. kategória

Tanuló neve és kategóriája Iskolája Osztálya XLVI. Irinyi János Középiskolai Kémiaverseny 201. február 6. * Iskolai forduló I.a, I.b és III. kategória Munkaidő: 120 perc Összesen 100 pont A periódusos