Chemistry 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Chemistry
标  题: 同位素化学
发信站: 哈工大紫丁香 (Thu Jan 15 10:26:37 2004), 站内信件

同位素化学是研究同位素在自然界的分布、同位素分析、同位素分离、同位素效应和同

位素应用的化学分支学科。
同位素化学的发展历史
    19世纪末，由于电子、X射线和放射性的发现，使人类的认识能深入到原子内部。通

过对放射性的研究，不仅发现了钋、镭、锕等放射性元素，还从这些放射性元素中分离

出30多种新的放射性“元素”，多到周期表中没有可以容纳它们的空位，而且有些放射

性不同的新元素在化学性质上完全相同，彼此无法分开，以致在当时引起怀疑：周期表

对放射性元素是否适用？
    通过对这些事实的进一步研究，1913年索迪和法扬斯同时发现放射性元素位移规律

，并提出同位素的概念，从而解决了许多新元素在周期表上的位置问题，并用同位素概

念说明了它们之间的依存变化关系。
    1913年汤姆逊和阿斯顿在用磁分析器研究氖时，发现了氖的两种同位素—氖20和氖

22。这是第一次发现稳定同位素。1919年阿斯顿制成质谱仪，随后他在71种元素中，发

现了202种同位素，并测定了各同位素的丰度。
    1920年赫维西和策希迈斯特尔研究了同位素交换反应。1931年尤里等发现重氢；19

33年路易斯等用电解法制得纯重水；1934年挪威利用其廉价水电能建立了第一座重水工

厂。1942年美国建造了电磁分离器并分离出铀235；1943年美国又建立了三座六氟化铀气

体扩散工厂生产铀235；1944年美国橡树岭国家实验室首先生产了千克量的铀235，并制

造了第一颗原子弹。
造了第一颗原子弹。
    重水既是建造反应堆的重要原料，又是热核燃料和热核武器的原料。第二次世界大

战后，一些国家竞相研究生产重水的新方法，其中硫化氢双温交换法、液氢精馏法等都

实现了工业化生产。
    从20世纪50年代开始，为了寻找更好的同位素分离方法，不断把科学技术新成就应

用到同位素分离技术中。例如， 60年代的色谱法和70年代开始的激光法分离同位素的研

究，都取得了突破性进展。到50年代中期，世界上用同位素分离法生产的同位素主要有

：氘、氚、氨3、锂6、硼10、碳13、氮15、氧18和铀235等。其中，重水的年产量以千吨

计。随着核科学技术的发展，特别是核武器的研制和核电站的发展，更加推动了同位素

化学的发展。
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，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；元素的起源和演

化，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、86和铀

235等同位素。
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

应进行分离，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。

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


--
╔═══════════════════╗
║★★★★★友谊第一  比赛第二★★★★★║
╚═══════════════════╝

※ 来源:．哈工大紫丁香 bbs.hit.edu.cn [FROM: 202.118.229.92]