Izotóp-hidrogeokémia

Az előadások a következő témára: "Izotóp-hidrogeokémia"— Előadás másolata:

1 Izotóp-hidrogeokémia
Dr. Fórizs István MTA Geokémiai Kutatóintézet

2 Tematika Alapok (izotópok, jelölések) A vízkör Párolgás tengerből
Párolgás felszíni vízből Csapadékhullás (Rayleigh-frakcionáció) Évszakosság Hidrológiai izotópeffektusok Csapadékvízvonal Beszivárgás Felszín alatti áramlás, keveredés

3 Tematika (folyt.) Kor becslések és kormeghatározási módszerek
Trícium tartalom, d18O, vízkémia Trícium-3He Radiokarbon U, CFC, kripton, stb. Nitrogén, kén, szén vizes környezetben Klímarekonstrukció Víz (stabilizotópok, nemesgáz hőmérő) Fa-évgyűrűk izotópos összetétele Foszfát d18O Egyéb stabilizotópok (klór, bróm, strocium) Esettanulmányok (Magyarország izotóp-vízföldtana) Laborlátogatás

4 Alapfogalmak Az izotóp fogalma
egy elem izotópjai az azonos proton, de eltérő neutron számmal rendelkező atomjai. A szó eredete: a görög ς (iszosz) ’azonos’ és ς (toposz) ’hely’ jelentésű szavakból, ami az elemek periódusos táblázatára utal.

5

6 Az izotópok típusai Stabilizotópok Sohasem bomlanak el Felhasználás
Eredet: (átélt fizikai-kémiai folyamatok) Radioaktív izotópok Atommagjuk szétesik (felezési idő) Felhasználás Kormeghatározás: (időhöz kapcsolódó dolgok)

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

8 Környezeti radioaktív izotópok
3H (T), 14C, 36Cl, 39Ar, 85Kr, 129I, 222Rn, 226Ra, 230Th, 234U, 238U

9 Gyakoriságok

10 Jelölések Stabilizotópok
(18O/16O)minta - (18O/16O)sztenderd δ18O= —————————————— • 1000 ‰ (18O/16O)sztenderd (D/H)minta - (D/H)sztenderd δD= —————————————— • 1000 ‰ (D/H)sztenderd

11 Adatok: ahol R = izotóparányok a mintában és a standardban.

12 Definíció: frakcionációs tényező
(A és B fázisok, d<<1) Következmény A AB = —————— B

13 Frakcionáció (folyt.) AB = A - B  1000*lnAB mivel ln(1+x) ≈ x, ha x<<1

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

15  Különböző tömeg különböző  Különböző kötéserősség
energiaszintet jelent  Különböző kötéserősség (nehéz izotóp - erősebb kötés)

16 Radioaktív izotópok Trícium (3H) Keletkezés Természetes úton:
- a fölső légkörben 14N(n,T)12C - geogén: U,Th ércesedés (neutron fluxus) közelében Mesterséges: 1952 utáni atomrobbantások ipari felhasználás

17 Radioaktív izotópok Trícium (3H) Mértékegység
1 trícium egység (TE) = 1 trícium atom 1018 hidrogén atom közül. 1 TE = 0,119 Bq/dm3

18 Radioaktív izotópok Radiokarbon Keletkezés Természetes úton:
- a fölső légkörben 14N(n,p)14C - geogén: U,Th ércesedés (neutron fluxus) közelében Mesterséges: 1952 utáni atomrobbantások

19 Radioaktív izotópok Radiokarbon Mértékegység
[%]modern (angolul pmC, percent modern C), az 1950 előtti légköri 14C szintet tekintjük alapnak, vagyis 100 %-nak

20 MÉRÉSI MÓDSZEREK, HIBÁJUK
Stabilizotópok: mérés tömegspektrométerrel vagy lézer spektroszkóppal Hidrogén: mérés H2 gázon vízből: (1) H2O + Zn = ZnO + H2 Zn helyett lehet U, Cr, Mn (2) H2O + H2 egyensúlyi izotópcsere (Pt) OH-tartalmú ásványok: fűtés (1200 ° C) + O2  H2O utána lásd fönt Hiba ±0,5 - 3 ezrelék

21 MÉRÉSI MÓDSZEREK, HIBÁJUK
Stabilizotópok: mérés tömegspektrométerrel vagy lézer spektroszkóppal Szén: mérés CO2 v. CO gázon karbonát + foszforsav  CO2 szerves anyag + O2  CO2 Hiba: ±0,1 ezrelék

22 MÉRÉSI MÓDSZEREK, HIBÁJUK
Stabilizotópok: mérés tömegspektrométerrel Oxigén: mérés CO2, CO vagy O2 gázon vízből: H2O + CO2 egyensúlyi izotópcsere karbonát + foszforsav  CO2 szilikát + BrF5 v. ClF3 v. F gáz és/vagy C  CO2 (v. O2) lézer + BrF5 v. ClF3 v. F gáz Hiba: ± 0,1 - 0,2 ezrelék

23 MÉRÉSI MÓDSZEREK, HIBÁJUK
Stabilizotópok: újabban terjedő technika a molekulaspecifikus mérés Oxigén, szén, hidrogén: Gázkromatográf-égető egység-tömegspektrométer különböző összeállításban Vivőgázas tömegspektrometria Hiba: nagyobb, mint a hagyományos Előny: kis anyagmennyiség, nagy mintaszám

24 MÉRÉSI MÓDSZEREK, HIBÁJUK
Radioaktív izotópok: Trícium: mérés béta (szcintillációs) detektorral, előtte elktrolízissel 80%-os dúsítás. Hiba: ±0,5 - 1 TE. Újabban: 3H  3Hetr nemesgáz tömegspetrométerrel Hiba: ±0,01 TE

25 MÉRÉSI MÓDSZEREK, HIBÁJUK
Radioaktív izotópok: Radiokarbon: mérés szcintillációs detektorral Újabban gyorsító-tömegspektrométerrel (AMS): elkülönítik a 14C-t a 14N-től (pontosabb, kisebb 14C-koncetrációt kisebb anyagmennyiségben)