同位素化学的研究内容

同位素化学的研究内容

同位素化学的主要内容包括同位素的分布、同位素分析、同位素分离、同位素效应四个方面。

同位素分布规律的研究主要有：同位素稳定性规律，研究地球上存在的300多种核素的稳定范围和稳定性规律；同位素丰度是研究地球物质中各种元素的同位素丰度的一般规律；地球上同位素分布的涨落。

在自然界中，元素不论是游离状态还是化合状态，其同位素组成基本是恒定的，其涨落规律是同位素化学的研究课题之一；为了弄清宇宙中各种同位素分布规律，就必须研究元素的起源和演化过程。

用于同位素分析的方法有：质谱法，这是最重要的同位素分析法，不仅精密度高，而且可分析同位素的种类也多；光谱法；气相色谱法，用于分析氕、氘，迅速而灵敏，可测全部浓度范围的氘含量；核磁共振谱法，用于测量浓重水中的微量氕，精密度可达±0．01%，也可用于分析碳13、氮15等同位素；中子活化分析，可用于测定硼10和铀235等同位素。

水的同位素分析在同位素分析中占有独特地位，这不仅出于控制重水生产流程的需要，也为了解决在同位素地球化学以及其他用氘和氧18示踪的研究工作中的问题。水同位素分析中最有实效的方法是密度法，不仅仪器设备简单，而且测量精度很高，此外还有红外光谱法。

根据同位素分离原理，一般有五种同位素的分离技术：根据分子或离子的质量差进行分离，有电磁法、离心分离等方法；根据分子或离子运动速度的不同进行分离，有孔膜扩散、质量扩散、热扩散、喷嘴扩散、分子蒸馏、电泳等方法；根据热力学同位素效而进行分离，有精馏化学交换、气相色谱、离子交换、吸收、溶剂萃取、分级结晶、超流动性等方法；根据动力学同位素效应进行分离，有电解法、同位素化学交换法、光化学法、激光分离法等；根据生物学同位素效应进行分离。

对于同位素效应方面的研究一般可分为四个研究方面：光谱同位素效应。因同位素核质量的不同使原子或分子的能级发生变化，从而引起光谱谱线位移，这一效应不仅用于分析同位素，更重要的是用于研究分子结构。

热力学同位素效应。同位素的质量差别越大，其物理、化学性质的差别也越大，是轻同位素分离的理论基础；

动力学同位素效应。同位素的取代使反应物的能态发生变化，可引起化学反应速率的差异。

此效应能用于分离同位素、研究化学反应机理和溶液理论；

生物学同位素效应。在生物学同位素效应中，以氘的效应最为显著，尚未观察到碳13、氮15和氧18等生命重要元素的重同位素有显著的生物学同位素效应。

同位素化学在应用上主要是利用化学合成法、同位素交换法和生物合成法等制备标记化合物，以及标记化合物在化学、生物学、医学和农业科学研究中的应用。