激光分离同位素的原理与进展

自从第一次提出用激光进行同位素分离的新方法以来,迄今已经有十年了.由于此法具有极高的选择性和较低的能量消耗等突出优点,因而获得极其迅速的发展.到目前为止,应用激光已成功地分离了氢、氧、氮、硼、碳、硅、氯、溴、硫、钠、钙、铝、钨、铷、锇、铀、钚、钛等同位素.而在上述诸同位素中,最为吸引人的是氢和铀的同位素--氘和铀235的分离,因为它与核能源的开发利用是密切相关的[1].近年来,这方面的研究有了令人兴奋的进展.本文就激光分离同位素的基本原理、方法和最近有关进展作一扼要介绍. 一、光谱中的同位素位移效应 与激光分离原理 …     

同位素的分离

同位素的发现是在1910年以前,自从它发现后,对近代物理学的发展,起了很大的作用。由于近些年来,原子核物理学的进展,研究同位素已成为科学界十分感兴趣的事。不但研究原子核物理需要同位素;而且和平利用原子能事业的发展,使同位素在各门科学中得到了广泛的应用,这更是需要大量的同位素。因此同位     

同位素~(15)N光电光谱分析

氮在自然界中有两种稳定性同位素,~(14)N(99.635%)和~(15)N(0.365%)。由于同位素~(15)N具有非放射性的特点,已被广泛用作标记原子,进行农业、土壤、生物、医学等过程研究。在各种同位素~(15)N分析方法中,光谱法由于仪器简单,操作方便,灵敏度和准确度较高,已成为一种广泛应用的重要方法,并生产了专门分析仪器。     

高考物理命题热点——质谱仪

质谱仪是将物质粒子转换成离子并通过适当的电场、磁场将它们按空间位置、时间先后、飞行轨道稳定与否实现荷质比分离,并检测强度后进行物质成分分析的仪器。质谱仪主要由进样系统、真空系统、电学系统、检测系统和数据处理分析系统组成。质谱方法最早于1913年由J,J,汤姆逊确定,以后经FW-阿斯顿等人改进完善。现代质谱仪经过不断改进,仍然利用电磁学原理,使离子束按荷质比分离。质谱仪的性能指标是它的分辨率,如果质谱仪恰能分辨质量m和m＋△m,分辨率定义为m／△m。现代质谱仪的分辨率很高,可测量原子质量精确到小数点后7位数字。     

激光分离同位素的进展

一、引 言 在发现同位素和原子及分子光谱具有同位素效应后不久,就有人试图用光化学方法分离氯同位素[1].但只有激光器发明后,才实际上提供了用光分离同位素的远景.1967年A.L.Schaw Low等人用红宝石激光辐照 Br2的试验是最初的分离尝试[2],1970年S.W.Mayer等人用红外光化学的方法引发CH3OH与Br2的反应,取得可观测的CH3OH与CD3OD的分离[3].此后,在激光分离同位素方向上已取得大量进展,近年来已有若干评述性文章[4-8].近两年,我国采用红外多光子法分离B、S等同位素也取得实验结果,中国科学院物理研究所与盐湖研究所合作并已取得宏观…     

金属稳定同位素标记生物分析进展

细胞和组织的很多特定功能都由其在不同的生理条件下的生物分子含量决定,极少数分子的改变就有可能影响细胞生物功能并触发疾病生理过程,因此高灵敏的生物分子检测技术在疾病机理研究和疾病早期诊断方面具有重要作用。金属稳定同位素和放射同位素化学性质相近,借鉴放射同位素标记的成功经验,通过金属稳定同位素标记多组分生物分子,可以用原子质谱高灵敏地检测多组分生物分子。作为灵敏准确的金属元素检测工具,电感耦合等离子体质谱检出限低、基体效应低、线性范围广、同位素谱线分辨率高,因此适用于金属元素标记生物分子检测。金属稳定同位素标记已经被广泛应用到蛋白质、核酸、酶活性、生物小分子、甚至单个细胞的检测中,取得了一些可喜的进展,并展现了广阔未来应用前景。金属稳定同位素标记生物分析方法有三个特性：高灵敏度-大多数金属的稳定同位素有较高的标记灵敏度,并且可以通过纳米材料标记等方法实现信号放大;多组分同时分析-质谱仪同位素谱线高分辨率提供了多组分分析能力;高准确度-同位素稀释法提供了可溯源到SI国际单位制的高准确度检测结果。为了更好的推动相关研究,简要介绍金属稳定同位素标记生物分析的进展,主要内容包括以下几个部分：金属稳定同位素检测工具-无机质谱、金属稳定同位素标记高灵敏度分析、金属稳定同位素标记多组分同时分析、金属稳定同位素标记高准确度分析、金属稳定同位素标记单细胞分析的进展。     

基体分离/MC-ICP-MS测定树皮表层235U/238U同位素比率

分别从日本广岛和京都采集了香樟树(Cinnamomum camphora)树皮样品共12份,用X射线能谱仪研究了树皮表层基体元素组成,并用扫描电镜观察了树皮表层微观形貌.将树皮表层样品进行干灰化法处理后,采用DOWEX(R)1-X8型阴离子交换树脂分离基体元素,然后用多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)测定了树皮表层235U/238U同位素比率.研究结果表明:树皮表层主要基体元素为Al,Ca,Fe,K,Mg,Si和C,O,S;采用不同浓度硝酸淋洗DOWEX(R) 1-X8型阴离子交换树脂可实现树皮表层痕量U与基体元素的有效分离.与京都树皮表层相比,广岛树皮表层不仅U含量显著偏高(P=0.012),而且部分样品235U/238U同位素比率亦略高于其自然丰度比.     

光谱分析方法在同位素检测中的研究和应用进展

同位素在核工业为主的各种工业生产中受到广泛的关注,并推动着地质学、材料科学、化学等相关学科的发展。近年来,基于光谱分析原理的同位素分析方法的开发逐渐受到关注。虽然多接收杯电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）、热电离质谱（TIMS）和气体同位素质谱（IRMS）等质谱技术是同位素分析的标准方法,但是这些质谱方法通常需要复杂的样品前处理流程以及频繁的仪器维护。光谱分析方法在这些方面有着自身独特优势,甚至可以满足现场实时快速的同位素分析,并在核工业同位素分析和传统稳定同位素分析领域已经取得了日益广泛的应用。随着光谱仪器关键部件和数据处理方法的进一步发展,极大地改善了光谱法同位素分析的性能（灵敏度、分辨率和精密度）,使光谱分析方法被逐渐开发并应用于环境和地质同位素分析领域。综述了光谱分析方法在同位素分析（定量或定性）领域的主要进展,从光谱分析原理的角度归类为发射光谱（原子发射、分子发射、拉曼光谱）和吸收光谱（原子吸收、分子吸收）两大类。着重讨论了光谱法进行同位素分析的基本原理、发展历程以及重要进展,简述了与质谱法相比的优缺点。针对仍然有待突破的技术难点,展望了光谱法应用于同位素分析的发展前景。该综述可为光谱分析方法在同位素检测中的发展方向提供重要参考。     

微光高速成象系统的微通道板

玻璃微通道板最初是为夜视研制的,现己广泛用于阴极射线管、质谱仪、紫外分光仪和望远镜以及等离子诊断方面。微通道板设计和制造领域的近期进展已能提供一种保证空间侦察所需象面、空间分辨率、灵敏度和响应时间的微通道板。     

激光分离轻同位素座谈会简讯

中国科学院青海盐湖研究所、物理研究所和中国科学技术大学,受中国科学院有关领导部门的委托,于1978年7月4日至12日,在安徽省合肥市召开激光分离轻同位素座谈会.参加会议的有院内外十五个单位,三十多名代表. 与会各单位介绍了近年来的工作情况,作了学术报告和工作报告,并进行了专题讨论. 代表们对会上报告的高气压(12大气压)连续调频CO2激光器和百万次脉冲的TEACO2激光器的成绩给予高度评价. 利用TEACO2激光脉冲进行同位索分离实验,是会议报告中最活跃的部分.其中硼同位素的分离工作在实验技术和规律探索方面均有显著进展;硫同位素的分…     

红外光谱探测离交色谱分离硼同位素的树脂柱吸附机理

研究离交色谱法分离硼同位素的过程机理对于实现~(10)B同位素高效富集与分离具有重要的意义。针对前人工作提出的树脂柱吸附10B同位素过程机理无法解释盐酸洗脱过程中的耗酸量与实验现象不符的问题,本文提出一种新的硼同位素吸附过程机理。研究结果表明,Amber IRA 743树脂官能基团中的氨基可能与硼酸根离子发生反应,生成新的物种。实验采用红外光谱法证实了在1 467cm~(-1)处有新峰(N—B键)的生成。研究为深入认识硼同位素吸附-洗脱过程的分子层次行为规律奠定了基础。     

双共振多光子电离光谱的新进展

分子的多光子电离光谱是超灵敏激光光谱的一种,它产生于七十年代中期.最近几年,由于将多光子电离和双共振跃迁过程结合起来,使这种双共振多光子电离光谱技术的探测灵敏度和选择性都大大提高了.目前,它已广泛应用于研究气态分子的激发态、三重态和高里德堡态,包括研究这些态的光谱、能级结构,寿命,弛豫以及化学反应.这些研究所获得的新信息和数据对于探寻新激光体系和新的激光分离同位素方法,对于了解高层大气化学和天体物理过程等都具有重要意义.本文将介绍此种光谱的原理、实验技术及其若干应用..一、共振多光子电离(REMPI)光谱 的原理和…     

汞同位素分离及其应用

本文报导了汞位素分离的三种方法及国外对汞同位素分离及其应用研究的进展。     

高激发态原子及其与辐射的相互作用

高激发态原子广泛存在于星球内部、宇宙空间、地球大气、高温等离子体以及各种气体激光器内。航天、激光、受控核聚变、同位素分离等科技事业的发展，以及可调谐激光器和高分辨率光谱技术的应用，促使原子高激发态的研究工作蓬勃开展。高激发态的原子结构，高激发态与辐射的强相互作用及其在外场中呈现的性质，成为原子分子物理学的一个重要研究内容，并在近年来取得了巨大的进展和成就。本文简述这一领域的主要研究内容和发展概况。     

对质谱仪的教学拓展

在大学物理的电磁学教学中,基本上都会涉及电力和磁力在科学技术中的应用,质谱仪作为一例必不可少。由于教材中篇幅较小,往往不把它作为重要知识点,导致部分学生出现认识上的模糊。又由于质谱仪被广泛的应用于各个领域,人们需要对质谱仪有所了解,而通常见到的相关资料内容单一,如果对此有所拓展,就需要查找大量文献,费时费力,为了方便教学和科普的需用,本人对此进行了深入研究,现将部分结果叙述如下。     

激光线宽和光强对同位素原子选择光电离的影响

本文研究了非单色(有限带宽)激光场与同位素原子体系相互作用的激发光电离过程. 采用混沌场随机模型描述激光场,用密度矩阵理论和Fokker-Planck方程方法首次给出了非单色激光场与多能级原子相互作用的激发动力学方程. 针对三能级同位素原子体系,讨论了激光线宽和激光光强对同位素原子电离概率和激光同位素分离过程中分离选择性的影响. 关键词： 激光同位素分离 激发动力学方程 激光线宽 Rabi频率     

应用显微激光拉曼光谱测定CO_2气体碳同位素值δ~(13)C的定量方法研究

单个流体包裹体同位素在研究岩矿古流体成因、矿床、油气和大地构造演化动力学等多个领域具有十分重要的意义,激光拉曼光谱是一项可以分析单个流体包裹体同位素的有效方法。本文提出应用显微激光拉曼光谱法来计算CO_2气体碳同位素值δ~(13)C。利用自行设计的装置将~(12)CO_2和~(13)CO_2按比例分别与N2混合,对混合气体样品进行显微激光拉曼测试分析后确定~(12)CO_2和~(13)CO_2的拉曼参数,这为用激光拉曼分析碳同位素值δ~(13)C奠定了理论基础。通过对不同比例的~(12)CO_2/~(13)CO_2人工合成CO_2包裹体样品和胜利油田CO_2天然气藏样品进行激光拉曼光谱分析,发现CO_2气体碳同位素摩尔分数比N_(13)/N_(12)与拉曼参数之间存在数学关系式,由此建立了根据碳同位素计算公式δ~(13)C=[(C_(13)/C_(12))_(样品)/(C_(13)/C_(12))_(标准)-1]×1 000‰,用激光拉曼分析获得的CO_2气体有关激光拉曼参数来计算δ~(13)C值的方法。按照该方法,应用显微激光拉曼光谱对胜利油田CO_2天然气藏样品分析计算其δ~(13)C值为-5.318‰,与用质谱仪分析测出的δ~(13)C值(-5.6‰)比较,其相对误差较小(≈5%),可以初步建立起应用显微激光拉曼光谱测定CO_2气体碳同位素值δ~(13)C的定量方法。     

西门子S7-200 PLC在SISAK快化分离装置中的应用

SISAK是国内外目前应用最广泛的短寿命同位素快化分离技术之一,在裂变产物、超重元素、远离β稳定线的非稳核研究方面有着广泛的应用。SISAK技术最新的发展主要集中在配套设备和计算机控制上。我们研制了一套以S7-200 PLC为核心的SISAK自动控制系统,其组成和控制方案简单可靠,已在冷实验中取得了很好的效果。     

海水中不同价态锑含量的分析方法研究

室温下柠檬酸在水溶液中可与Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)形成稳定络合物,使用高效液相色谱与电感耦合等离子体质谱仪联用,以5mmol·L-1乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)和3mmol·L-1邻苯二甲酸(调pH为4.5)为流动相,Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的柠檬酸络合物在PRP-X100阴离子交换柱上达到基线分离,从而实现了海水中Sb(Ⅲ)与Sb(Ⅴ)的分离检测。     

质谱仪的发明者阿斯顿半

英国实验物理学家阿斯顿因发明质谱仪分离同位素而获得1922年诺贝尔化学奖.他只拥有学士学位,这在诺贝尔奖的获得者中是不多见的.他是怎样取得成功的,又为何能取得成功?是值得我们去探究的.文章着重介绍了阿斯顿的研究历程,并分析其成功经验,以为今天所倡导的创新研究提供借鉴.