Методы анализа стабильных изотопов

масс- спектрограф – регистрация на фотопленку;
масс-спектрометр – электрометрическая регистрация ионных токов.

По типу анализатора:
статические – рассеяние ионов происходит в постоянном магнитном и электрическом полях;
динамические – используется фактор времени или переменные электрические поля.

масса более тяжелого изотопа;
Δm – разница масс изотопов;
l – расстояние между пиками;
Δl – ширина пика

разрешающей способности масс-спектрометра.

Ртуть имеет 7 изотопов с атомными массами:
М=196, 198, 199, 200, 201, 202, 204.

Если элемент имеет только 2 изотопа, то обычно определяют относительную интенсивность ионных токов (R).

Пример: Литий имеет два изотопа – 6Li и 7Li.

элемента.

Квазиатомарный случай

Для многоатомных молекул полезно сначала теоретически определить распределение изотопов в молекулах. В большинстве случаев при этом принимается равновероятностное распределение.

В качестве противоиона удобно выбирать моноизотопный элемент – F или I

Пример 1. Определение изотопного состава германия ионам GeF4+

F ⇒ Ar = 19

Ge ⇒ Ar = 70, 72, 73, 74,76

GeF4+ ⇒ М= 146, 148, 149, 150, 152.

числа 12СО и 13СО равны 28 и 29, тогда

НО : В природе [16 O] = 99,763 ат.%, [17 O] = 0,037 ат.% , [18 O] = 0,2 ат.%.

Если для окисления углерода использовали природный кислород, то

= 5,485799⋅10-4 а.е.м.
масса протона: mp = 1,007276 а.е.м.
масса нейтрона: mn = 1,008665 а.е.м.

12С17О: Σе= 6+8=14; Σр= 6+8=14; Σn= 6+9=15

13С16О: Σе= 6+8=14; Σр= 6+8=14; Σn= 7+8=15

Δm = 0

Пики 12С17 О и 13С16О
разрешить нельзя!

по ионам N2+:

У азота есть два стабильных изотопа 14 N и 15 N (в природе [15 N]≈0,36 ат.%) .
N2 ⇒ 14 N14 N (М=28), 14 N15N (М=29) и 15 N15 N (М=30)

В области малых концентраций [15N] →0, то I30 ≈ 0

достаточно измерять два пика вместо трех в любой области концентрации изотопов.

14N2 +15N2 ⇔ 2 14 N 15 N, К∞=4
Условия: Т>200 оС + катализатор

Пусть [15 N]=у, тогда [14 N]=1-у.

M=28 [14 N 14 N] = (1-у)2;
M=29 [14 N 15 N] = 2у (1-у);
M=30 [15 N 15 N] = у2.

Отношение I28/I30 используется в случае, когда анализируют смесь N2 и СО, т.к. пик I29 складывается из молекул 12С17О, 13С16О и
14N 15 N.

по ионам О2+:
В природе у кислорода 3 стабильных изотопа: 16О, 17О, 18О:

I32 I33 I34 I35 I36
16О16О 16О17О 16О18О+ 17О17О 17О18О 18 О18О

где I34’ – доля пика I34 за счет молекул 16О18О

Т.к. α(16О-18О)> α(16О-17О) и [17 O]прир=0,037 ат.% < [18 O]прир=0,2 ат.% ⇒ [17 O2] ≈0

В области малых концентраций 18О

I33, I34.

Обозначим [18 O]=u, [17 O]=v, [16 O]=1-u-v.

Для упрощения расчета обычно для изотопного анализа кислорода используют аналитическую форму СО.

всегда больше числа изотопов элемента

Пример: Определение состава 37Cl по анализируемой форме CCl4+

Хлор имеет два стабильных изотопа – 35Cl и 3Cl, углерод – 12C и 13 С.
Для упрощения примем, что [13С]=0, тогда

Полная формула: