同位素的应用

同位素的应用（通用10篇）

篇1：同位素的应用

同位素在日常生活中的应用

自二十世纪初，英国科学家索迪提出同位素的概念到现在已有一百年历史了。这些年来，随着科学技术水平的不断提高，科学工作者对同位素的研究和应用取得了令人瞩目的成就。到目前为止，在已发现的一百多种元素中，稳定同位素约有三百多种，而放射性同位素达到一千五百多种，同位素技术已广泛应用在农业、工业、医学、地质及考古等领域。由于很少量的放射性物质很容易被检测出，所以，放射性同位素应用地更广泛一些。同位素的应用主要有以下几个方面： 医学上，利用放射性同位素原子示踪，对甲状腺、肝、肾、脑、心脏、胰脏等脏器进行扫描，来诊断肿瘤等疾病。例如：人体内的甲状腺将人体吸收的碘绝大部分集中起来制成甲状腺素，以调节人体中的脂肪、蛋白质和碳水化合物的新陈代谢，正常的甲状腺吸收的碘量是一定的，如果甲状腺功能强，吸收碘的能力就强，如果甲状腺功能弱，吸收碘的能力就弱。所以，口服 Na131I，一定时间后，观察131I 聚集情况，根据131I 吸收的快慢和多少，与正常值比较便可判断它的功能状态。此外用131I — 马尿酸可测定肾功能，用51Cr 可以测定脾功能，用60Co 可以改善癌症的治疗（即放射疗法）等。

在工业上，利用放射性同位素可以测井探矿、无损探伤、检查管道泄露或管道堵塞等。例如：检验一个部件是否严密，可以先将部件放入一个密闭容器内，然后充入 85Kr 气体，再将气体抽出，检查部件内是否有85Kr，如果部件内没有85Kr，则说明部件严密。再如：放射性同位素原子放出α粒子或β粒子的同时，常常伴随γ射线的产生，利用这个性质，可以进行测井探矿。探测时，将放射性同位素系入深井，γ射线射在岩层上被散射后可以进入γ射线探测器里，γ射线的吸收和散射程度，与岩层物质的密度和元素的原子序数有关，密度大，吸收γ射线就多，探测器输出电流强；密度小，吸收γ射线就少，探测器输出电流就弱。通过探测器输出信号的强弱，可推知岩层的位置和厚薄，为煤、石油等的开采提供准确的地下信息。在地质、考古方面，利用放射性同位素的半衰期，可以确定矿石的年龄，化石的年代。例如：碳的同位素除12C（占98.8%）和13C（占1.11%）外，还有少量的 14C，14C具有放射性，14C经过 β 衰变后变成 14N，半衰期为5720 年，在大气中，C氧化为CO2（含放射性和非放射性碳）以后，被植物吸收，动物以植物为食物，这样14C 进入动物的组织中，通过14C 的吸收和放射性衰变的自然平衡，活有机体内的14C 和12C 的恒态比与大气中的14C 和12C 的比例达到相等，动植物死亡后，C的吸收停止，放射性碳的含量由于衰变而逐渐减少。在5720年后14C 的含量变为原来的一半。这样通过测定含碳物质如化石等样品中碳的衰变速度，即可确定有机体的死亡时间，即化石的年代。再比如，可以从238U与206Pb的比值来计算岩石的年龄。目前，用这种方法测出的最老的地球岩石年龄大约是3×109 年。在农业上，利用放射性同位素辐射种子，改变其遗传基因，可以选育良种。另外还可用于防治害虫、贮藏食品、合理施肥、农药残留毒素的研究等。有些元素不能得到放射性同位素，也可以用稳定同位素原子作为示踪原子，这就要用质谱仪来分析其产物。例如，科学家为了搞清楚羧酸（RCOOH）与醇（ROH）发生酯化反应的机理，就是利用18O（18O 为氧的稳定同位素）对产物进行原子示踪。具体做法是让乙酸（CH3COOH）与用18O标记的乙醇（CH3CH218OH）发生反应，用质谱仪分析反应后的产物，分析结果是产物中只有乙酸乙酯中有18O，这就证明了酯化反应的机理是酸脱去羟基醇脱去氢原子。再如，用16O与18O的原子个数比推测海水温度：海洋中的贝壳主要成分为CaCO3，而CaCO3 中的O原子主要是16O与18O。通常情况下，18O的含量只有16O含量的1/500，但海水温度发生变化，此比值也会随之变化，海水温度升高时，16O含量增加，反之则减少。根据这个规律可以推测古代海水的温度。

目前，对同位素的研究已日臻完善，同位素技术越来越成熟，同位素的应用范围越来越广，它正不断地造福人类。

篇2：同位素的应用

同位素溯源技术在食品安全中的应用

疯牛病、口蹄疫、禽流感疫病等对食品安全管理带来新的压力,对人类健康构成了极大的威胁,给疫病发生国造成了严重的经济损失,并带来社会恐慌.同位素溯源技术是国际上目前用于追溯不同来源食品和实施产地保护的有效工具之一,在食品安全污染物溯源领域有着广阔的`应用前景,一些发达国家纷纷开展此领域的研究.本文阐述了同位素溯源技术的基本原理,比较了同位素溯源技术与其他溯源技术的区别与联系,综述了国内外研究进展,提出了我国在同位素溯源技术方面应开展的研究工作,旨在推动我国食品安全追溯制度的建立与完善,保障食品安全,保证消费者身体健康.

作 者：郭波莉 魏益民 潘家荣 GUO Bo-li WEI Yi-min PAN Jia-rong 作者单位：中国农业科学院农产品加工研究所,北京,100094刊 名：核农学报 ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF NUCLEAR AGRICULTURAL SCIENCES年，卷(期)：200620(2)分类号：S6关键词：食品安全 追溯制度 同位素溯源

篇3：同位素的应用

1 营养物质分布情况的研究

随着核武器和反应堆的产生, 与20世纪40年代发展起来的放射性核素相比, 现在已有大量的人工放射性核素可以利用, 目前我国已能自己生产80多种元素的250多种同位素和几百种标记化合物。要研究它们在动物体内的分布情况, 有无危害及危害程度如何。近几年在这方面已有大量的公开报道, 用45Ca研究鸡体内钙的分布, 用92Sr研究微量元素锶在鸡体内的分布。赵文虎、李传昭用125I研究鸡体内碘的分布情况[1]。李丽立等用65Zn标记蛋氨酸Zn在山羊体内锌的存留与分布情况等。试验结果表明, 饲喂3 d同位素标记的65Zn后, 体内锌的富集量蛋氨酸锌螯合组较硫酸组多13.04 mg, 多存留10.86%;各组织器官中的富集量分别为2.41 mg和1.32 mg, 存留率为2.01%与1.10%, 差异极显著, 说明饲喂ZnSO4较ZnMet吸收速度慢, 食入的锌大部分从粪中排出。定位研究一般是取组织样品进行β或γ记数, 对标记核素或化合物进行定位测量[2]。例如, Aranda等用125I标记胰岛素研究奶牛在泌乳过程中体内胰岛素的变化情况。

2 营养物质在动物体内循环过程的研究

不同剂型的维生素A常用作畜禽饲料添加剂, 蔡辉益等用3H维生素A进行了肉雏鸡吸收利用维生素A的试验。结果表明, 1～3日龄雏鸡对维生素A吸收较快, 5日龄后雏鸡对维生素A的吸收速度减慢;维生素A在肠道中的吸收是一个持续过程, 约为24～72 h[3]。文杰等用3H-烟酸注射雏鸡嗉囊后, 得出肝脏、血液中3H-烟酰胺下降到最大值1/2的时间分别为19 h和41 h, 下降到最大值1/5的时间分别为78 h和169 h[4]。陈堆松等用55Fe或59Fe-蛋氨酸或硫酸亚铁饲喂产前“上海白”妊娠母猪, 在分娩当天及产后7 d, 14 d取仔猪心、肝、脾、血样和母猪奶样, 在产后14 d取母猪心、肝、脾、血样分别测定放射性活度, 结果表明, 妊娠母猪可吸收利用蛋氨酸铁和硫酸亚铁, 并转移给仔猪[5]。赵文虎等测定125I在鸡体内的积累与转移。结果表明, 进入鸡体的125I几乎可以被各部分器官吸收, 肌肉中含量最低, 甲状腺中最高[1]。陈舜华等研究了两种淡水腹足类动物对90Sr的浓集与分布过程, 大瓶螺4 h开始便迅速浓集90Sr并转移至螺体各个部位, 小个体器官组织对90Sr的浓集系数大于大个体, 刚孵化的幼螺在15 min内便对90Sr 有浓集作用, 并随时间延长而增加, 石螺对90Sr于4 h开始有吸收浓集作用, 但其浓集系数低于大瓶螺, 两种母螺的卵和子螺的90Sr比活度均高于同时间两种螺贝壳的比活 度, 说明90Sr通过母体迅速转移至子体[6]。

3 营养物质吸收的定量研究

示踪法应用与动物营养研究充分发挥了同位素技术能区分内源物质和外源物质的优点, 已获得极为丰富的成果。示踪法能在完整动物体内并在合乎生理条件下研究营养物质, 为家畜、禽的经济有效的饲养、繁殖、环境保护等提供科学依据。

Salter等利用15N标记尿素测定了瘤胃细菌蛋白的消化和15N在机体内的贮存量, 从而得出牛的瘤胃细菌蛋白在小肠的可消化率为74%, 所吸收的15N中有70%贮存于体内蛋白质。Aschbacher用14C做示踪剂对猪和鸡进行口饲对氨基苯胂酸的代谢平衡试验, 测定其吸收率。Hume等用14C标记丙酸, 研究肉仔鸡对丙酸的肠道吸收情况。应用同位素示踪技术对几十种矿物质在动物体内吸收、转移和代谢进行研究, 如宫本等59Fe研究小猪的铁代谢阐明小猪生理贫血的原因。郭大智等研究日粮蛋白质水平对雏鸡吸收代谢的影响, 通过制备肠粘膜匀浆的方法测定肠粘膜蛋白结合锌的能力, 以说明蛋白质供给量对肠道中锌吸收利用的影响[7]。蔡学林、宋雪华等用75Se、65Zn示踪研究微量元素硒、锌在家兔毛中沉积与体内代谢的关系, 从测定背部被毛中放射性变化的结果表明:能很快从体内转移到被毛中且放射性强度随时间而增加[8]。

4 结语

随着科学技术和生产的发展, 测量仪器的自动化水平在不断提高, 应用稳定性核素示踪日趋广泛, 它与放射性示踪相辅相成, 应根据研究内容和实验室条件选择示踪方法[9]。

参考文献

[1]赵文虎, 李传昭.125I在鸡体内的积累、分布与转移[J].核农学通报, 1995, 16 (5) :235-239.

[2]李丽立, 张彬.65Zn标记蛋氨酸Zn在山羊体内锌的存留与分布[J].动物营养学报, 1999 (3) :62.

[3]蔡辉益, 张姝.雏鸡对3H维生素A的吸收及其在体内的分布[J].核农学报, 1992, 6 (3) :169-173.

[4]文杰, 王和民.烟酸在肉仔鸡体内的利用[J].核农学报, 1993, 7 (4) :243-248.

[5]陈堆松.同位素示踪技术农业应用研究进展[M].北京:中国农业科技出版社, 1991:146-150.

[6]陈舜华.两种淡水腹足类动物对90Sr的浓集与分布的生物学特性[J].核农学报, 2001, 15 (1) :45-50.

[7]郭大智.日粮蛋白水平对雏鸡65Zn吸收代谢的影响[J].核农学通报, 1988 (5) :217-220.

[8]蔡学林, 宋雪华.75Se6、5Zn示踪研究微量元素硒、锌在家兔毛中与体内代谢的关系[J].核农学报, 1999 (3) :15.

篇4：同位素的应用

关键词：同位素示踪法；高中生物教学实例

中图分类号：G632 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2015）09-280-01

同位素在生产、生活和科研等方面都有着极其广泛的应用。在生物学领域可用来测定生物化石的年代，也利用其射线进行诱变育种、防治病虫害和临床治癌，还可利用其射线作为示踪原子来研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理等等。

同位素示踪法是利用放射性核素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，即把放射性同位素的原子参到其他物质中去，让它们一起运动，迁移，再用放射性探测仪器进行追踪，就可知道放射性原子通过什么路径，运动到哪里了，是怎样分布的等。同位素标记的放射性标记化合物，与未标记的相应化合物具有相同的化学与生物学性质，不同的只是它们带有放射性，可以利用放射性探测技术来追踪。用于示踪技术的放射性同位素一般是用于构成细胞化合物的重要元素。如3H、15N、14C、18O、32P、35S等。

现行高中生物教材中的内容和相关习题中频繁出现同位素示踪法，展示了此方法的多种应用价值和对科学研究的重要贡献。以下就教材相关内容结合实例进行归纳阐述，以期达到较深刻地认识这项技术，进而达到认识生物某些重要代谢途径的目的。

一、分泌蛋白在细胞中合成部位及运输方向

在必修一课本中，介绍科学家在研究分泌蛋白的合成和分泌时，曾经做过这样一个实验：他们在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，3 min后，被标记的氨基酸出现在附着有核糖体的内质网中，17 min后，出现在高尔基体中，117 min后，出现在靠近细胞膜内侧的运输蛋白质的小泡中，以及释放到细胞外的分泌物中。这个实验说明分泌蛋白在附着于内质网上的核糖体中合成之后，是按照内质网→高尔基体→细胞膜的方向运输的。从而证明了细胞内的各种生物膜在功能上是紧密联系的。

二、研究生物的新陈代谢

教材在介绍光合作用的相关内容时，提及19世纪30年代美国科学家鲁宾和卡门研究光合作用中释放的氧到底是来自于水，还是来自于二氧化碳。他们进行了这样两组实验：第一组向绿色植物提供H218O和CO2；第二组向同种绿色植物提供H2O和 C18O2。在相同的条件下，对两组光合作用实验释放出的氧进行分析，结果表明，第一组释放的氧全部是18O2，第二组释放的氧全部是O2。从而证明了光合作用中释放的氧全部来自水。同样，也是用此方法，20世纪40年代，美国科学家卡尔文用碳的同位素14C标记的CO2 ，探明了碳在光合作用中转化成有机物中碳的转移途径，被称为卡尔文循环。除了光合作用，细胞呼吸等重要的生物代謝过程的很多问题也可以用同位素示踪法来研究。

三、证明DNA是遗传物质：噬菌体侵染细菌实验

必修二第3章第一节：DNA是主要的遗传物质。这一节中有几个经典的实验，其中噬菌体侵染细菌的实验正是运用了同位素示踪法。1952年赫尔希和蔡斯把大肠杆菌分别培养在含有35S和32P的培养基中， 大肠杆菌在生长过程中， 就分别被35S和32P所标记。然后，赫尔希等人用T2噬菌体分别去侵染被35S和32P标记的大肠杆菌。噬菌体在大肠杆菌细胞内增殖，裂解后释放出很多子代噬菌体，在这些子代噬菌体中，前者被35S标记，后者被32P标记。用被35S和32P标记的噬菌体分别去侵染未标记的大肠杆菌，然后测定宿主细胞的同位素标记，当用35S标记的噬菌体侵染细菌时，测定结果显示：宿主细胞内很少有同位素标记，而大多数35S标记的噬菌体蛋白质附着在宿主细胞的外面 。当用32P标记的噬菌体感染细菌时，测定结果显示宿主细胞的外面的噬菌体外壳中很少有放射性同位素32P，而大多数放射性同位素32P在宿主细胞内。以上实验表明：噬菌体在侵染细菌时，进入细菌内的是DNA，而蛋白质留在细菌的外面。可见：在噬菌体的生活史中，只有DNA是在亲代和子代之间具有连续性的物质。故证明DNA是遗传物质。

四、证明DNA的半保留复制

在必修二课本DNA的复制一节，选学内容DNA半保留复制的实验证据部分，就介绍了用同位素示踪法证明半保留复制机制的实验过程。实验步骤：

第一步：在氮源为14N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为14 N-DNA；在氮源15N的培养基上生长的大肠杆菌，其DNA分子均为15N-DNA。用某种离心方法分离得到的结果如右图所示，其DNA分别分布在轻带和重带上。

第二步：将亲代大肠杆菌（含15N-DNA）转移到含14 N的培养基上繁殖一代（Ⅰ），请分析：如果DNA离心后位置为重带和轻带两个条带，则是全保留复制，如果DNA离心后位置为只存在中带，则是半保留复制。

第三步：为了进一步验证第二步的推测结果，将亲代大肠杆菌（含15N-DNA）转移到含14N的培养基上连续繁殖二代（Ⅱ），请分析：

如果DNA离心后位置为重带和轻带，轻带加粗，则是全保留复制；如果DNA离心后位置为出现重带和轻带两个条带，则是半保留复制。

五、DNA探针

在生物的选修教材部分，多次涉及到DNA探针的相关知识，包括环境污染监测、基因诊断、基因工程中目的基因的检测等等。所谓DNA探针，就是用放射性同位素标记或者荧光标记的DNA分子，利用DNA分子杂交技术，达到检测和筛选的目的。

篇5：同位素的应用

作为一种重要的成矿元素,铜广泛分布于不同地质体中,并广泛参与成岩成矿作用.近年来,由于同位素分析方法的改进和新一代多接收等离子质谱仪(MC-ICPMS)的应用,使得铜同位素的高精度测试成为现实,并已成为国际地学领域的一个前沿研究方向.铜同位素在自然界中具有较大的`变化范围,δ65Cu值介于-3.03‰～5.74‰之间.本文介绍和评述了铜同位素的分析方法和可能的分馏机制,并根据已发表数据,重点讨论了铜同位素组成与成矿温度、矿化阶段和成矿物质来源的关系.认为铜同位素有可能作为一种灵敏的地球化学示踪剂,对指示成矿物质来源、成矿作用过程和矿床形成机理具有重要作用.

作 者：何德锋 钟宏 朱维光 HE De-feng ZHONG Hong ZHU Wei-guang 作者单位：何德锋,HE De-feng(中国科学院,地球化学研究所,矿床地球化学国家重点实验室,贵州,贵阳,550002;中国科学院,研究生院,北京,100049)

钟宏,朱维光,ZHONG Hong,ZHU Wei-guang(中国科学院,地球化学研究所,矿床地球化学国家重点实验室,贵州,贵阳,550002)

篇6：同位素的应用

科学家在研究分泌蛋白的合成和分泌时，曾经做过这样一个实验：他们在豚鼠的胰脏腺泡细3胞中注射H标记的亮氨酸，3min后，被标记的亮氨酸出现在附着有核糖体的内质网中，17min后，出现在高尔基体中，117min后，出现在靠近细胞膜内则的运输蛋白质的小泡中，以及释放到细胞外的分泌物中。这个实验说明分泌蛋白在附着于内质网上的核糖体中合成之后，是按照内质网→高尔基体→细胞膜的方向运输的。从而也证明了细胞内各种生物膜在功能上是紧密联系的。利用放射性同位素H作为示踪元素来研究细胞的有丝分裂

细胞有丝分裂时，DNA分子在间期要复制，为细胞的分裂做准备。为了研究细胞的有丝分裂，在小鼠肝细胞的培养液中加入用H等标记的胸腺嘧啶脱氧核苷（H-TdR），H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷是合成胸腺嘧啶脱氧核苷酸的原料，胸腺嘧啶脱氧核苷酸是合成DNA的原料。因此细胞有丝分裂时，细胞核中的DNA分子复制可以被检测到。利用放射性同位素O、C、H作为示踪元素来研究光合作用过程中某些物质

3的变化过程，从而揭示光合作用的机理

3.1 19世纪30年代美国科学家鲁宾（S.Ruben）和卡门（M.Kamen）研究光合作用中释放的氧到底是来自于水，还是来自于二氧化碳。他们进行了这样2组实验：用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2，使它分别成为H2O和CO2，然后进行2组光合作用的实验：第1组向绿色植物提供H218O和CO2；第2组向同种绿色植物提供H2O和C18O2。在相同的条件下，对2组光合作用实验释放出的氧进行分析，结果表明，第1组释放的氧全部是O2，第2组释放的氧全部是O2。从而证明了光合作用中释放的氧全部来自水。

3.2 用18O、14C标记二氧化碳（14C18O2），固定后产生的三碳化合物有放射性（14C3），产物葡萄糖（14C6H1218O6）有放射性，产物水（H218O）有放射性。因此可以知道18O、14C元素的转移途径为：14C18O2→214C3→14C6H1218O6+ H218O。

3.3 C4植物的发现过程 澳大利亚科学家M.D.Hatch和C.R.Slack在研究玉米、甘蔗等原产热带地区的绿色植物时发现，当向这些绿色植物提供14CO2时，光合作用开始后的1s内，竟有90%以上的C出现在含有4个碳原子的有机酸（一种C4化合物）中。随着光合作用的进行，C4化合物中的14C逐渐减少，而C3化合物中的14C逐渐增多。说明在这类绿色植物的光合作用中，CO2的C原子首先转移到C4化合物中，然后才转移到C3化合物中。科学家将这类植物看叫做C4植物。利用放射性同位素O作为示踪元素来研究细胞呼吸过程中物质的转变途径，181

418

18揭示呼吸作用的机理 4.1 用O标记的氧气（O2），生成的水全部有放射性，生成的二氧化碳全部无放着性，即：181818O2→H2O。

18184.2 用O标记葡萄糖（C6H12O6）生成的水全部无放射性，生成的二氧化碳全部有放着性，即：C6H1218O6→C18O2。

5利用放射性同位素K、P标记无机盐离子来研究某些矿质元素在植物体内的4232吸收、运输过程

5.1 研究矿质元素的吸收部位。通常用放射性同位素32P等来做实验，发现根毛区是根尖吸收矿质离子最活跃的部位。

5.2 研究矿质离子在茎中的运输部位。用不透水的蜡纸将柳树的韧皮部和木质部隔开，并在土壤中施用含有42K的肥料，5h后测定42K在柳茎各部位的分布：有蜡纸隔开的木质部含有大量的K，韧皮部几乎没有K，说明运输K的是木质部。柳茎在用蜡纸隔开的韧皮部和木质部的以下区段以及不插入蜡纸的对照实验中，韧皮部中也有很多的42K，说明42K可以从木质部横向运输到韧皮部。

4242

426 利用放射性同位素131I作为示踪元素来研究甲状腺

碘是合成甲状腺激素所必须的原料。甲状腺可以将细胞外液中的碘主动吸收到甲状腺细胞。因此可以将含有放射性同位素131I的注射液注射到小鼠体内，研究甲状腺功能和甲状腺激素调节的机理，有助于诊断甲状腺的功能性疾病。利用放射性同位素来研究原肠胚各胚层的发育

动物胚胎学家用放射性同位素标记法研究原肠胚3个胚层的发育，从而确定动物3个胚层的发育规律和动物各个组织、器官的来源。

8利用放射性同位素S和P分别标记蛋白质和DNA来研究噬菌体侵染细菌的实验

1952年赫尔希（A.D.Hershey）和蔡斯（M.Chase）把细菌分别培养在含有放射性同位素35S和放射性同位素32P的培养基中，细菌在生长过程中，就分别被35S和32P所标记。然后，用T2噬菌体分别去侵染被35S和32P所标记的细菌。噬菌体在细菌细胞内增殖，裂解后释放出很多子代噬菌体中，蛋白质被35S标记，DNA被32P标记。接着用被35S和32P标记的噬菌体分别去侵染未标记的细菌，然后测定宿主细胞的同位素标记，当用35S标记的噬菌体侵染细菌时，宿主细胞内很少有同位素标记，而大多数35S标记的噬菌体蛋白质附着在宿主细胞的外面。当用P标记的噬菌体感染细菌时，宿主细胞的外面的噬菌体外壳中很少有放射性同位素P，而大多数放射性同位素32P在宿主细胞内。以上实验表明，噬菌体在侵染细菌时，进入细菌体内的是DNA，而蛋白质在细菌的外面。可见，在噬菌体的生活史中，只有DNA是在亲代和子代之间具有连续性的物质。

323235329 利用放射性同位素15N作为示踪元素来研究DNA分子的半保留复制的特点 1957年，科学家用含有N的培养基培养大肠杆菌，使之变成重细菌，接下来再把它放在含有N的培养基中培养。在培养过程，每隔一段时间取一部分样品，并立即提取细菌的DNA进行密度梯度超离心，根据DNA分子在离心管中的位置不同，就可以区分出DNA分子中2条链是新生链还是母链。1

41510 利用放射性同位素32P作为示踪元素标记DNA分子来研究基因探针的作用

篇7：同位素的应用

同位素和微量元素分析在古代人类食物结构研究中的应用

本研究通过对山东沭河上游大汶口文化晚期及春秋战国时期2块人骨的碳、氮同位素分析和无机成分的锶、钡、钙等微量元素分析,探讨了同位素和微量元素分析在古代人类食物结构研究中的应用问题.研究结果表明同位素分析结果能够揭示当时人的.食物到底以C3植物、C4植物、食草动物、海产资源的哪个为主这一问题,而微量元素分析结果能够在同位素分析所分类的大类型中,进一步探讨具体的动植物种类.

作 者：齐乌云 QI Wu-yun 作者单位：中国社会科学院考古研究所考古科技中心,北京,100710刊 名：干旱区资源与环境 PKU CSSCI英文刊名：JOURNAL OF ARID LAND RESOURCES AND ENVIRONMENT年，卷(期)：20(6)分类号：Q148关键词：古代人骨 同位素分析 微量元素分析 食物结构

篇8：稳定硫同位素在沉积学中的应用

关键词：稳定硫同位素,硫酸盐浓度,古环境,沉积矿床,沉积学

稳定硫同位素地球化学自出现到现在得到了迅速的发展。加拿大的H.Thode和苏联的M.Trofimcv较早致力于硫同位素的研究。五十年代末期, Epstein及其科研团体研究了高温岩石中共生矿物对之间的同位素分馏作用, 指出了它们在古温研究中的用途, 进一步扩大了稳定同位素的研究领域。

迄今为止, 国内外有很多专家在从事稳定硫同位素的研究, 稳定硫同位素在沉积学中有着广泛的用途 (Claypool et al., 1980;May nar d, 1983;郑永飞和陈江峰, 2000;Farquhar et al., 2000;Riccardi et al., 2006;Bottrell et al., 2006;汪建国等, 2009) , 但主要集中在以下三个方面: (1) 以稳定硫同位素反演古海水硫酸盐浓度; (2) 以稳定硫同位素作为古环境的指标; (3) 利用稳定硫同位素研究各种沉积矿床成矿条件。

本文在前人研究的基础上主要介绍了稳定硫同位素在沉积学中的应用, 指出了稳定硫同位素在沉积学应用中存在的问题、不足以及今后研究的展望, 以推动这方面的研究。

1 稳定硫同位素组成和分布

在自然界中, 硫分布广泛, 硫可以呈气态、液态和固态等多种形式存在于地球的各圈层中。硫有4种稳定同位素, 分别为32S (原子丰度为95.02%) 、33S (原子丰度为0.75%) 、34S (原子丰度为4.21%) 和36S (原子丰度为0.02%) (Tuli, 1985) 。由于33S和36S的丰度低, 因此硫同位素研究中主要考虑分布最广泛、丰度较大的34S和32S这两种同位素的组成变化。当研究地外物质时才考虑33S和36S, 但目前我们逐步认识到并非只有地外物质中才存在33S和36S (Farquhar et al., 2000;侯可军等, 2007;Mathi et al., 2008) 。

稳定硫同位素在自然界中广泛分布, 自然体系中稳定硫同位素在沉积岩中的组成有着自身的特征。在沉积岩中, 由于低温无机和细菌还原硫酸盐以及沉积物来源和环境条件的复杂性, 使得沉积岩中的硫稳定同位素变化最为明显, δ34S的变化丰度可达90‰。在开放系统中, 由于细菌还原消耗的硫酸盐可以从上覆的海水中通过扩散而得到不断地补充, 使得硫酸盐的同位素组成基本保持不变, 由这种硫酸盐还原形成的硫化物的δ34S值也相对稳定, 一般比同期海水的δ34S值低40‰~60‰。不同的地质时期海水硫酸盐的δ34S值变化为10‰~30‰, 因此还原硫酸盐形成的硫化物的δ34S值变化于-10‰~-50‰。当沉积物中的细菌还原硫酸盐的速度很快时, 即硫酸盐还原消耗的速度大于补给的速度时, 局部细菌还原硫酸盐形成的硫化物的δ34S值发生明显的变化。在封闭体系中, 还原消耗的硫酸盐得不到补充, 随还原作用的进行, 硫酸盐中的δ32S优先富集在还原形成的硫化物中, 剩余的硫酸盐便相对富集δ34S (Canfield et al., 2001;韩吟文和马振东, 2003) 。

2 稳定硫同位素在沉积学中的应用

2.1 古海水硫酸盐浓度

在地质历史过程中, 硫循环主要集中在两种储库之间, 一种是蒸发硫酸盐 (如C a S O4) 以及溶解在海水中的硫酸盐硫储库, 另一种是生物成因的黄铁矿储库。在地质历史演化过程中, 海水硫酸盐硫同位素值的变化具有阶段性, 如Claypool等 (1980) 利用海相蒸发岩中硫酸盐的硫同位素勾画出了元古代以来海水硫酸盐硫同位素和氧同位素的变化曲线, 在前寒武海水硫酸盐硫同位素具有比较低的值为+15‰~+20‰ (CDT) , 而到了早寒武世快速增大至+30‰~+35‰ (CDT) , 之后逐渐下降到二叠纪末, 达到最低11‰ (CDT) , 而后逐渐增大到现今大洋的+21‰ (CDT) (Claypool et al., 1980) 。这种变化可以是输入 (硫化物的氧化、硫酸盐的溶解、火山岩的风化) 和输出 (蒸发岩的沉积、黄铁矿的埋藏) 海洋的硫酸盐通量发生变化的结果, 也可以是硫酸盐和沉积黄铁矿的硫同位素分馏发生变化的结果, 或者是两者共同作用的结果 (Claypool e t a l., 1980;郑永飞和陈江峰, 2000;Bottrell et al., 2006) 。

由于蒸发岩形成于特定的环境中, 同时易于受到风化作用的影响, 因而也就很难提供连续的高分辨率海水硫酸盐硫同位素, 而且蒸发岩几乎不含有化石, 也就缺少生物地层来限定硫同位素变化时间, 而通过提取碳酸盐中结构硫酸盐可以很好的克服这一缺点。结构硫酸盐 (CAS) 指在碳酸盐岩结晶过程中取代CO32﹣而进入晶格中的微量硫酸盐。它在这一过程中的同位素分馏几乎可以忽略不计, 反应同期海水硫酸盐浓度的特征 (Paytan et al., 1998;Kampschulte and Strauss, 2004;Bottrell et al., 2006) 。由于碳酸盐岩分布极为广泛, 因此, 目前运用碳酸盐岩中的结构硫酸盐硫同位素来分析硫循环已经趋于成熟。如Newton等 (2004) 运用意大利的Siuisi剖面建立了二叠纪-三叠纪之交结构硫酸盐硫同位素变化趋势。在二叠纪末期, δ34S C A S值从+13‰明显快速增加到+27‰ (V C D T) , 随后又快速下降到+15‰ (V C D T) , 而后主要徘徊在+18‰ (±3‰) (VCDT) , 而到了三叠纪, 硫酸盐硫同位素从+16‰逐步增加到+28‰ (VCDT) 。这个时期 (约250M a) 海水硫酸盐的浓度维持在一个比较高的水平, 为约19m M和约22m M (现代海洋的65%和75%) (Horita et al., 2002) , 并认为这种快速降低的海水硫酸盐岩硫同位素并不是由于低的海水硫酸盐浓度所致。此外, 许多学者通过对海相岩盐的流体包裹体的研究结果与上述结果一致 (Kovalevych et al., 2002;Horita et al., 2002;Lowenstein et al., 2005) 。但最近, Luo等 (2010) 通过对Cili剖面中结构硫酸盐硫同位素和碳同位素研究表明, 在二叠纪-三叠纪之交, 海水硫酸盐的浓度特别低, 低于现代海洋的15%, 甚至可达到当今海洋的3%, 并认为这种快速降低的海水硫酸盐岩硫同位素是由于低的海水硫酸盐浓度所致。

2.2 古环境

沉积岩中δ34S常为大的负值和大的正值, 这是由硫的沉积地球化学循环所决定的, 地表硫几乎全部经过了这种循环。造成此循环中硫同位素分馏的最主要原因是细菌还原, 这种作用受到古气候和氧化还原条件的制约, 其次受到不同时代地表不同硫储库 (最主要是海洋硫酸盐) 相对量变化的制约 (郑永飞和陈江峰, 2000) 。

晚二叠世末期δ34SCAS的快速变化以及三叠纪δ34S C A S的全面上升与该时期大洋缺氧的沉积学证据相吻合, 表明在晚二叠世可能仅深部的水体缺氧, 而到了早三叠世的最早期缺氧水体已扩张到浅海陆架 (汪建国等, 2009) 。二叠纪末期, 生物灭绝层位之后的δ34S C A S的急剧降低 (从+27‰到+15‰) 则可能反映了轻硫物质进入到海水中。通过质量平衡计算, 在晚二叠世δ34S C A S从最轻的11.5‰增加到最重的+27‰需要30%海水硫酸盐库 (以二叠纪最小18m M) 发生还原作用。这个过程所形成的H2S远远超过δ34SCAS从+27‰下降+15‰所需H2S再氧化的量, 因此造成硫同位素负偏最有可能的原因就是BSR过程产生的大量H2S进入到表层水体甚至大气中 (汪建国等, 2009) 。这些深部来源的H2S在透光带和 (或) 大气中被重新直接氧化, 进入到硫酸盐储库中, 结构硫酸盐中的氧同位素变化与硫同位素变化相似, 这也进一步佐证了这种H2S释放再被氧化的模式。在这个过程中硫同位素分馏很小, 从而造成该时期硫酸盐硫同位素负偏, 同时这种大量的H2S进入到表层水体和大气也毒害了海相和陆相环境, 从而造成生物灭绝。在晚二叠世末期到早三叠世最早期, δ34SCAS多次来回摆动, 说明该时期这种缺氧水体中形成的H2S释放和再氧化的过程比较频繁, 具有多期特征, 说明当时环境不稳定, 变化频繁。而Riccardi等 (2006) 通过中国的煤山和上寺剖面硫酸盐硫同位素、黄铁矿硫同位素以及Δ34S值研究, Grice等 (2005) 通过西澳大利亚Perth盆地Hovea-3以及中国煤山-1钻孔所获得样品中生物标志化合物的研究, Huang等 (2007) 通过对中国煤山剖面中生物标志化合物的研究均得出了相似的结论。

2.3 沉积矿床

沉积物堆积中硫化物的硫同位素决定于盆地与外海之间水的交换程度。如果水的交换迅速、完全 (开放系统) , 这时, 由于细菌的还原作用只能影响到硫的一部分, 而且尤以32S为主, 所以, 硫的同位素就较轻。相反, 水的交换程度低 (封闭系统) , 细菌就能使进入盆地中的S全部还原, 形成与同期海水相似的正值 (Maynard, 1983;郑永飞和陈江峰, 2000) 。

(1) 静海沉积矿床

静海沉积矿床形成于具有缺氧的水和海底沉积物 (海泥) 盆地内。此时海水中的硫酸盐源源不断地扩散进入海泥, 是一种对硫酸盐开放的体系。曼斯费尔德含C u页岩就是此类矿床的典型实例, 其主要含矿岩石为上二叠统上部沥青泥灰质页岩, 在准平原化和缓慢海侵条件下沉积。其硫化物的δ34S为-25‰~-35‰, 伴生海相硫酸盐的δ34S约为11‰~16‰, 与二叠纪海水的δ34S (约11‰) 相一致, 且整个矿床硫化物的δ34S相当集中, 与图4.a一致 (Maynard, 1983;郑永飞和陈江峰, 2000) 。

(2) 浅海相沉积矿床

浅海相沉积矿床包括各种形成于近海、湖相、泻湖相、三角洲等半咸水和淡水环境的沉积矿床, 其沉积硫化物的δ34S分部具有封闭条件下沉积特征。例如美国密歇根州的白松C u矿床, 根据矿石特点及矿床与地层岩相之间的紧密联系, 以确定为微咸水或咸水中的细菌同生矿床。其δ34S=-10‰~18‰, 且在δ34S=-10‰处有一峰值, 与图4.b十分相似 (Maynard, 1983;郑永飞和陈江峰, 2000) 。

但需要指出, 一个硫化物矿床中并非所有的硫均已同样的方式沉淀。例如Mc Arthur河矿床中, 大部分黄铁矿由海水硫酸盐经细菌还原形成, 但方铅矿、闪锌矿和一部分黄铁矿确是由后期热液形成的, 因此在应用硫同位素技术示踪物质来源时, 要区分不同成因的硫化物。

3 结束语

近年来, 稳定硫同位素已经发展成为地球化学的一个重要分支, 特别在恢复古沉积环境方面已经远远超出了许多传统的方法。它在沉积学中有着广泛的用途, 本文主要探讨了其在反映硫酸盐浓度、古环境以及沉积矿床方面的应用。但仍然存在许多问题。

(1) 硫同位素广泛参与地球物质循环过程, 分馏机制与过程较为复杂多变, 并且由于沉积作用本身的复杂性及成岩、后生阶段的改造作用, 硫稳定同位素组成也势必发生变化, 应用中可能造成与地质事实不相符合或缺乏明确的地质意义。因此应采用多种研究方法, 并结合基础地质资料对比分析以便分析结果更加接近地质事实。

(2) 对于硫还原细菌的活动年代底限仍然存在不确定性, 目前比较共识的看法是硫酸盐还原细菌可能在大约3.5Ga前已经出现, 而全球又一次的大气氧增加事件大约始于新元古代冰期, 可能直到埃迪卡拉纪晚期全球的深部海水才氧化。因此硫还原细菌出现的确切年代还需要进一步的证据支持。

篇9：同位素的应用

关键词同位素;示踪剂;监测技术;稠油潜山油藏

中图分类号TE3文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)032-0220-01

1示踪剂监测方法原理简介

示踪剂井间监测技术是在注水井中注入一种(或两种)水溶性示踪剂,在周围监测井中取水样,分析所取水样中示踪剂浓度,并绘出示踪剂产出曲线,应用示踪剂解释软件对示踪剂产出曲线进行分析,就可以确定油藏非均质情况,了解注采井间油层的连通状况,注入水各方向的推进速度,高渗透水淹条带的分布方向、位置情况等,为注水井的调剖和封堵大孔道提供比较确切的地质依据。示踪剂从注水井注入后,首先随着注入水沿高渗层或大孔道突入生产井,示踪剂的产出曲线会逐渐出现峰值,同时由于储层参数的展布和注采动态的不同,曲线的形状也会有所不同。在注入水没有外流情况下,油层越均质,注水利用率越高,则见示踪剂时间越晚。反之,短时间内见到示踪剂,说明注入水沿高渗层窜流,储层非均质性强,开发效果差。总的来说,在地层参数解释方面,示踪剂方法因为其直观有效的特性,在许多方面有其它方法所不可比拟的优势。

2监测目的

1)通过对草古102-斜16注水井组示踪剂监测,观察潜山油藏的注水井对周围油井的影响,特别是周围馆陶油井的影响。

2)进一步了解潜山油藏的非均质性、寻找剩余油分布,原油流动规律。

3)找出监测井组井间存在的高渗层,应用解释软件计算出高渗层厚度、渗透率、喉道半径等参数,为油田重新认识储层、调剖堵水、区块方案措施调整等提供可靠的科学依据。

3示踪剂井间监测技术的应用

为了掌握 同位素井间示踪技术在潜山油藏中的应用,在草古102-斜16注水井组开展单种同位素示踪井间监测工作。

3.1草古102-斜16注水井组静态数据

表1依次列出了注示踪剂的草古102-斜16井组及其对应监测井的有关数据,表中注采井的数据为2009年3月14日收集。

草古102-斜16注水井有关数据:

注水层位:奥陶;注水井段:979.46-1002.0m;注水厚度:22.54m/1层;注水类型:常压笼统正注;日注量:677 m3/d;注水压力:泵压0.65 MPa。

3.2示踪剂的选择

理想的示踪剂必须具备以下条件:

1)能很好地溶入注入流体,且以流体的速度运移。

2)低检测极限。

3)长期的化学和放射化学稳定性。

4)在岩石表面无吸附或在井筒周围无吸附。

5)同油藏流体无化学反应与同位素交换。

经分析,我们决定在草古102-斜16井组选用示踪剂3H示踪剂。

3.3示踪剂用量的确定

示踪剂的注入量,取决于储层中被跟踪流体的最大体积。同位素示踪剂注入量的计算公式是:Q=A·H·Φ·SW·f

应用上式计算本井组的示踪剂注入量:注剂井:草古102-斜16;注剂层位:奥陶;示踪剂类型:3H;示踪剂用: 18居里。注:1居里=1000毫居里=3.7×1010贝克

3.4草古102-斜16注水井组的示踪剂监测结果:

注水井草古102-斜16于2009年3月24日注入18居里3H,监测井样品,截至2009-8-17有8口井见示踪剂,其余井未检测到示踪剂。

4结论

通过在乐安油田的潜山油藏实施示踪剂井间监测技术,得出以下结论:

1)示踪剂井间监测是反映油层连通情况的有效方法,它可以为油藏调整提供油层平面各方向的流速、高渗透水淹条带的分布、油层非均质性等方面的重要资料。

2)在同层油井之间存在着关系是:从平面上,注入水的方向是以放射状分布,邻井先近后远见到示踪剂。

从纵向上,邻井由构造低部位到高部位先后见到示踪剂。从时间上,由于受油层内裂缝发育状况影响,邻井裂缝较发育、连通性较好的先见到示踪剂。

篇10：Zn同位素分析方法及其地质应用

介绍了Zn同位素组成的表示方法及其化学分离与质谱测定方法,论述了Zn同位素在陨石、沉积物和沉积岩、火成岩、矿床和海水以及生物样品中的组成特征,以及生物有机作用、物理-化学作用对Zn同位素分馏的影响,阐述了Zn同位素在陨石和宇宙化学、古海洋学、全球气候变化研究中的应用现状与前景.

作 者：任邦方 凌文黎 张军波 张永清 段瑞春 REN Bang-fang LING Wen-li ZHANG Jun-bo ZHANG Yong-qing DUAN Rui-chun 作者单位：任邦方,张军波,张永清,段瑞春,REN Bang-fang,ZHANG Jun-bo,ZHANG Yong-qing,DUAN Rui-chun(中国地质大学,研究生院,武汉,430074)

凌文黎,LING Wen-li(中国地质大学,地球科学学院,武汉,430074,中国地质大学,地质过程与矿产资源国家重点实验室,武汉,430074)