铅同位素示踪方法应用于考古研究的进展

放射性同位素的应用-同位素示踪法同位素示踪法（isotopic tracer method）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，示踪实验的创建者是Hevesy。

Hevesy于1923年首先用天然放射性212Pb研究铅盐在豆科植物内的分布和转移。

继后Jolit和Curie于1934年发现了人工放射性，以及其后生产方法的建立（加速器、反应堆等），为放射性同位素示踪法的更快的发展和广泛应用提供了基本的条件和有力的保障。

一、同位素示踪法基本原理和特点同位素示踪所利用的放射性核素（或稳定性核素）及它们的化合物，与自然界存在的相应普通元素及其化合物之间的化学性质和生物学性质是相同的，只是具有不同的核物理性质。

因此，就可以用同位素作为一种标记，制成含有同位素的标记化合物（如标记食物，药物和代谢物质等）代替相应的非标记化合物。

利用放射性同位素不断地放出特征射线的核物理性质，就可以用核探测器随时追踪它在体内或体外的位置、数量及其转变等，稳定性同位素虽然不释放射线，但可以利用它与普通相应同位素的质量之差，通过质谱仪，气相层析仪，核磁共振等质量分析仪器来测定。

放射性同位素和稳定性同位素都可作为示踪剂（tracer），但是，稳定性同位素作为示踪剂其灵敏度较低，可获得的种类少，价格较昂贵，其应用范围受到限制；而用放射性同位素作为示踪剂不仅灵敏度，测量方法简便易行，能准确地定量，准确地定位及符合所研究对象的生理条件等特点：1.灵敏度高放射性示踪法可测到10^(-14)－10^(-18)克水平，即可以从10^(15)个非放射性原子中检出一个放射性原子。

它比目前较敏感的重量分析天平要敏感10^(8)-10^(7)倍，而迄今最准确的化学分析法很难测定到10^(-12)克水平。

2.方法简便放射性测定不受其它非放射性物质的干扰，可以省略许多复杂的物质分离步骤，体内示踪时，可以利用某些放射性同位素释放出穿透力强的r射线，在体外测量而获得结果，这就大大简化了实验过程，做到非破坏性分析，随着液体闪烁计数的发展，14C和3H等发射软β射线的放射性同位素在医学及生物学实验中得到越来越广泛的应用。

同位素示踪法的应用
同位素示踪技术是利用放射性同位素或经富集的稀有稳定核素作为示踪剂，研究各种物理、化学、生物、环境和材料等领域中科学问题的技术。

示踪剂是由示踪原子或分子组成的物质。

示踪原子（又称标记原子）是其核性质易于探测的原子。

含有示踪原子的化合物，称为标记化合物。

理论上，几乎所有的化合物都可被示踪原子标记。

一种原子被标记的化合物，称为单标记化合物，两种原子被标记的化合物，则称为双标记化合物。

自然界中组成每个元素的稳定核素和放射性核素大体具有相同的物理性质和化学性质，即放射性核素或稀有稳定核素的原子、分子及其化合物，与普通物质的相应原子、分子及其化合物具有相同的物理和化学性质。

因此，可利用放射性核素或经富集的稀有稳定核素来示踪待研究的客观世界及其过程变化。

通过放射性测量方法，可观察由放射性核素标记的物质的分布和变化情况，对经富集的稀有稳定核素或者可用质谱法直接测定，亦可用中子活化法加以测定。

岩石、矿物中微量铅的同位素组成的测定
1微量铅的测定
微量元素铅是一种信息量丰富的指标，可以用于研究岩石、矿物中各成分间的相互作用和动力学演化过程，从而推断上层大气和地温的演变及其与古微环境变化的关系。

但是，目前大多数微量铅的测定方法存在乱加标和装置复杂的问题，因此如何准确、简便的测定岩石、矿物中微量铅已成为当今科学家、工人们共同思考的课题。

2微量铅的同位素组成测定
微量铅的同位素组成是衡量岩石、矿物成分物质和微环境变化之间关系的最佳指标。

在此基础上，准确快速、省力的测定岩石、矿物中微量铅的同位素组成显得尤为重要。

3同位素示踪法
目前，示踪及实验室调查等分析技术在测定岩石、矿物中微量铅的同位素组成方面发挥着重要作用。

其原理是将通过经典仪器，以同位素示踪法，结合放射化学和活性自身测定，进行样品中微量铅示踪和测定。

4重要方法
同位素组成测定技术具有准确性高、分析快速等优点，已经成为研究微量铅地球化学的重要手段。

常用的方法包括：X射线荧光分析和
中子谱分析、电感耦合等离子体发射光谱法、原子光谱法、热原子化学分析法和电感耦合等离子体质谱法等。

5结论
测定岩石、矿物中微量铅的同位素组成仍然是研究微量铅地球化学的重要手段，目前常用的重要方法包括X射线荧光分析和中子谱分析、电感耦合等离子体发射光谱法、原子光谱法、热原子化学分析法和电感耦合等离子体质谱法等，在改善这些测定方法的基础上，为研究岩石、矿物中微量铅提供有力支撑，进而推断上层大气和地温的演变，为地质环境的研究和保护事业添砖加瓦。

铅污染的原位环境同位素示踪技术齐孟文中国农业大学背景铅是5种生物毒性显著重金属汞、镉、铬、铅及砷中之一，对人的神经系统、免疫系统、心血管系统及生殖系统等均具有毒性。

由于人类活动的加剧，因采矿、工业及交通粉尘、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致铅环境污染日益受到关注，对铅污染的来源及负担通量分析，有利于从源头对污染进行治理。

铅污染的铅同位素组成具有原位指纹特征，为污染的溯源性分析提供一种便捷的分析技术。

原理自然界的铅有4种稳定同位素，其中204 Pb的半衰期为1.4 ×1017a ,远大于地球形成的年龄4.6 ×109 a ,因而可以看作是稳定同位素, 绝对含量不随时间而变化。

其它3 种是放射性成因稳定性核素206 Pb、207 Pb 和208 Pb，分别是238U、235U、232Th衰变的最终产物, 其同位素丰度随着时间而增加。

铅同位素分子的质量数大, 同位素分子之间相对质量差小, 一旦形成后在次生演化过程，几乎不产生同位素分馏作用，其同位素组成主要受起源区的始铅含量及放射性铀、钍衰变反应的制约, 次生作用过程中即使所在系统的物理化学条件发生改变，同位素组成一般也不会发生变化。

不同的环境介质、成因机制及时间上形成物质具有不同的同位素组成特征,或者说特定的“地球化学指纹”。

因此根据污染样品的铅同位素组成, 结合铅同位素的地球化学背景值, 就可以确定污染来源，进而可以用同位素比率方程求的各主要污染源的贡献。

计量N个端源的同位素比率或核素含量混合的计量方程推导如下。

设其某一元素的一对同位素核素的质量浓度分别记为和，其中i 表示元素,表示来源（）。

令，表示合物中第源所占的质量分数，且和为混合物中该对同位素核素的质量浓度，则有质量平衡定律有ij a ij b j n 1j i ⋅⋅⋅=，，∑=j j j A /A f j A j i a i b in n i22i11i a f a f a f a +⋅⋅⋅++=in n i22i11i b f b f b f b +⋅⋅⋅++=令，移相合并同类项得i i i /a b x =0f b -x (a f b -x a f b -x a n i2i in 2i2i i21i1i i1=+⋅⋅⋅⋅⋅++））（）（用行列式表示方程等价为0f f b -x a b -x a b -x a b -x a b -x a b -x a n 2nn n nn n2n n2n11112n 22n 2222221221=⎥⎥⎥⎥⎦⎢⎢⎢⎢⎣⋅⋅⋅⎥⎥⎥⎥⎦⎢⎢⎢⎢⎣⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅f b -x a b -x a b -x a 11n 11n 1221211111⎤⎡⎤⎡因为∑ , 该方程组有不全为零的解的充要条件是系数行列式为零,即=1f j 0b -x a b -x a b -x a b -x a b -x a b -x a b -x a b -x a b -x a nn n nn n2n n2n11112n 22n 22222212211n 11n 1221211111=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅上式即为同位素或微量元素的n元混合方程的一般形式。

同位素的概念及用途同位素是指具有相同原子序数（即具有相同原子核中质子的个数）的元素，但具有不同质子数（即原子核中中子的个数）的原子。

同位素的概念最早由英国化学家弗雷德里克·索代在1912年提出。

同位素的存在是由于在一些元素的原子核中，质子数是固定的，但中子数却可以有多个不同的取值。

同位素之间的化学性质非常相似，但物理性质可能会有所不同，如密度、熔点、沸点等。

同位素在许多领域中都有重要的应用。

下面列举了一些主要的用途：1.放射性同位素的用途：放射性同位素可以用于医学诊断、治疗和研究。

例如，放射性同位素碘-131被广泛用于治疗甲状腺疾病。

放射性同位素还可以用于放射性示踪技术，用于研究物质的代谢过程和内部结构。

3.同位素的年代测定：同位素的衰变规律可以用于测定物质的年龄。

例如，放射性碳-14的半衰期为5730年，可以用于测定古代物质的年代，如古代遗骸、古文物等。

4.同位素的示踪和标记：利用同位素标记的方法可以对物质进行追踪和追踪研究。

例如，用稳定同位素标记的化合物可以用于追踪化学反应的路径和速率，或者用于追踪地下水流动的路径。

5.同位素地球化学：同位素地球化学研究通过测定地球上不同地方或不同时间的同位素组成，揭示了地球和太阳系的起源和演化过程。

例如，氧同位素比值可以用于研究古气候，硫同位素比值可以用于研究火山喷发和地壳活动，铅同位素比值可以用于追踪污染源。

6.生物和生物地质学应用：同位素技术在生物和生物地质学研究中发挥了重要作用。

例如，碳同位素和氮同位素的比值可以用于研究食物链和生态系统结构，氧同位素的比值可以用于研究鱼类洄游和动物迁徙，锶同位素比值可以用于鱼类和鸟类迁徙的追踪。

总之，同位素在化学、物理、生物学、地球科学等众多领域都具有重要的应用。

同位素技术不仅帮助科学家们深入了解原子核的结构和性质，还为人类社会带来了许多重要的科学和技术进展。

同位素示踪技术在地质学中的应用地质学一直以来都是一个非常重要的学科，它关注地球及其构成，研究确保我们的环境，改进我们的生活和保护我们的安全。

其中最常用的方法之一是同位素示踪技术。

同位素示踪技术利用放射性同位素、稳定同位素或其他标记物，在地球化学、生物地球化学、矿物学和环境科学等领域中的应用如今已变得越来越广泛。

同位素示踪技术的基本原理是根据元素的同位素比例的变化来追踪元素或任何有机或无机分子在环境中的流动和替代过程。

例如，钙有两种同位素分别为钙40和钙44，其比例可以通过分析样品中这两种同位素比例的变化来推断这些元素在环境中的运动、交换过程和来源。

此外，稳定同位素是非放射性的，因此在很大程度上可以避免放射性同位素使用中的安全风险。

地质学中，同位素示踪技术广泛应用，可以用于诸多方向。

例如在陆地生态系统中，稳定同位素分析是研究营养物质循环和能量流动的重要工具。

在黄土高原，岩石矿物中的稳定同位素可以用于重建过去的气候和环境。

同时，同位素示踪技术也可以用于了解河流、泥石流和洪水等自然灾害的历史活动记录。

岩石矿物中的同位素示踪技术应用得最为广泛。

因为岩石矿物在地球形成过程中，各自保留有着特殊的同位素组成，可以指示不同时期地球的历史和演化。

例如，锆石中的铀-铅同位素可以提供岩石形成时间、地壳变形历史和岩浆作用等信息。

锆石的铀-铅测年技术被广泛用于研究地球历史，包括陆地和海洋的生物演化和地球化学循环、大地构造及其演化等领域。

此外，离子探针等同位素示踪技术的发展，使得有一系列坠积物和深海沉积物的研究也成为了可能。

利用长时间的辐射效应，它们周围海水中反应至稳定同位素中，通过分析这些同位素比例，还可以揭示深海沉积物中植物和动物的生态演化过程。

由此看来，同位素示踪技术是地质学中非常重要的应用之一。

借助于同位素示踪技术，我们可以更加全面地了解地球历史的演化、生态系统的变化，以及灾害等自然事件的历史记录。

同时，同位素示踪技术的研究，也可以为相关学科的创新和发展提供有力的支持。

U-Pb同位素测年方法及应用综述引言同位素测年是地球科学中非常重要的一种测年手段，能够精确地确定地质事件的发生时间。

U-Pb同位素测年方法是一种常用的测年方法之一，可以用于研究地质年代、研究岩石成因及地壳演化等方面。

本文将对U-Pb同位素测年方法进行综述，介绍其原理和应用，并对其在地质研究中的意义进行探讨。

一、U-Pb同位素测年方法的原理U-Pb同位素测年方法是利用铀-铅同位素体系进行测年的一种方法。

铀在自然界中存在两种稳定同位素：铀238和铀235，它们都会通过放射性衰变逐渐转变成铅同位素。

铀238的衰变系列包括13个同位素，最终转变成稳定的铅206，而铀235的衰变系列包括7个同位素，最终转变成稳定的铅207。

这两种衰变系列中的每一个同位素的衰变速率都是已知的，因此可以利用这一特性来测定岩石的年龄。

U-Pb同位素测年方法主要包括两种技术：同位素比值法和同位素成分法。

同位素比值法是通过测量同位素的比值来确定岩石的年龄，而同位素成分法则是通过测量样品中铀和铅的含量来确定年龄。

这两种方法都需要使用质谱仪等仪器进行测量，以获得高精度的测年结果。

二、U-Pb同位素测年方法的应用U-Pb同位素测年方法可以应用于各种不同类型的岩石，包括火成岩、变质岩和沉积岩。

通过对不同类型岩石中的铀-铅同位素进行测量，可以确定它们的形成时间，从而推断地质过程的发生时间和演化历史。

1. 火成岩的年代测定火成岩是地球表面最常见的岩石类型之一，它的形成与地球内部的岩浆运动密切相关。

利用U-Pb同位素测年方法可以精确地确定火成岩的形成时间，从而揭示地壳演化和板块构造的历史。

三、U-Pb同位素测年方法的意义和前景U-Pb同位素测年方法在地质学、矿产学和环境地质学等领域都具有重要的应用价值，可以帮助科学家们解决地球演化和地质资源开发等方面的重大科学问题。

随着测年技术的不断改进和仪器设备的不断更新，U-Pb同位素测年方法的精度和应用范围还将不断扩大，为地质研究提供更多的有力支持。

同位素示踪技术的应用同位素示踪技术应用及详解简介同位素示踪技术是一种基于同位素的分析方法，在各个领域被广泛应用。

通过替换原有物质中的同位素，利用同位素的不同特性对物质进行追踪和分析，从而得到宝贵的信息。

以下是一些同位素示踪技术的应用及详解：环境科学•土壤污染研究：示踪技术可以追踪土壤中污染物的来源、传输途径和行为规律。

例如，通过添加稳定同位素标记物质到土壤中，可以了解污染物在土壤中的迁移和转化过程。

•水体生态系统研究：利用示踪技术可以追踪水体中的溶解物、营养物质和微生物的来源、转移和变化。

这有助于评估水体健康状况，并为水资源的合理利用提供数据支持。

•大气环境研究：同位素示踪技术可用于了解大气中污染物的源和传输途径。

通过测量同位素的比值，可以判断不同来源的气溶胶对大气的影响程度，为大气污染治理提供依据。

地质科学•地质历史研究：同位素示踪技术被广泛应用于地质历史研究中，特别是岩石和矿石的形成过程。

通过测量不同同位素元素的比值，可以了解岩石和矿物的起源和演化历史。

•地球动力学研究：利用同位素示踪技术可以追踪地球内部物质的运动和流动路径。

例如，可以观测地震期间地下水体中同位素的变化，以评估地壳运动和岩石变形的程度。

•古气候研究：通过测量古生物和古环境中同位素的比值，可以重建古气候的变化过程。

例如，通过测量冰芯中的氧同位素比值，可以了解过去几千年的气温变化情况。

生物医学•药物代谢研究：同位素示踪技术可以用于研究药物在生物体内的代谢过程。

通过标记药物中的同位素，可以追踪药物的吸收、分布、代谢和排泄情况，以评估药物的安全性和药效。

•分子生物学研究：同位素示踪技术在分子生物学研究中也有广泛应用。

例如，通过标记DNA和蛋白质中的同位素，可以追踪它们在细胞中的合成、降解和相互作用过程，以揭示基因表达和蛋白质功能等方面的机制。

•疾病诊断与治疗：同位素示踪技术在肿瘤诊断和治疗中具有重要作用。

例如，通过注射放射性同位素示踪剂，可以观察肿瘤的位置和大小，为手术切除和放疗提供指导。

同位素追踪法
同位素追踪法是一种用于研究物质在自然界中的转化过程的方法。

它基于同位素的不同原子量，通过标记物质中特定同位素的含量来追踪和分析其在环境中的运输、转化和积累情况。

同位素是一种具有相同原子序数但质量不同的原子，即拥有相同的电子结构和化学性质。

同位素追踪法利用同位素在物理、化学和生物过程中的不同反应速率和分布特征，可以定量分析物质在环境中的迁移和转化过程。

在同位素追踪法中，首先选择适合研究对象的同位素，如放射性同位素或稳定同位素。

然后，通过人工或自然的方式将特定同位素标记到研究物质中。

标记后的物质被释放到环境中，随后可以通过采集样品，使用各种仪器和技术来测量同位素的含量。

通过分析不同时间或空间点上的同位素含量变化，可以获得物质在环境中的迁移路径、速率和转化机制。

同位素追踪法已经广泛应用于地质学、环境科学、生物学、医学等领域的研究中。

同位素追踪法的优势在于其高分辨率、高灵敏度和准确性。

它可以避免传统研究方法中的干扰因素，并提供关于物质来源、迁移途径和转化动力学等重要信息。

通过同位素追踪法，人们可以更深入地了解和预测自然界中物质的行为和影响，为环境管理、资源利用和生态保护提供科学依据。

按图索骥锶同位素研究在考古学中的应用按图索骥｜沉心研锶引｜我们在生物课上曾学过——碳是构成生命体最基本的元素之一。

小编之前看过一本书叫《杂食者的困境》(The dilemma of omnivores) 。

书中有一个部分探讨的是玉米对人类的征服，其中提到了一个有趣的知识点——C3植物 (如小麦、水稻、大豆) 和C4植物 (如小米、高粱、玉米) 在被人类食用后，其含有的不同类型的碳同位素（δ13C）会被人体储存起来。

千百年后，考古学家可以利用碳同位素检测的方法来分析古人的饮食结构——比如这个人是吃C3植物比较多，还是C4植物比较多。

那么，除了我们熟悉的碳氮以外，人体内还有什么元素可以帮助我们了解人类自身的饮食情况呢？在我们抛出问题后，科技考古学家又前来悉心解答啦！今天，我们再次请到了中科院地质与地理物理研究所的唐自华老师，他将为我们介绍一位于他而言熟悉已久的老朋友——锶同位素。

中国科学院地质与地球物理研究所唐自华欢迎大家来到爱考古。

我是中国科学院地质与地球物理所的唐自华，今天给大家介绍一下锶同位素比值的底图以及它在考古学中的应用。

『老规矩，视频戳这里』为何· 为锶对生物考古来说，我们经常会面临一个问题，就是我们在分析地质考古中的生物体的时候，通常会使用地球化学手段，而地球化学手段能够得出的元素在这个元素周期表里以有色的斑块显示出来了。

生物元素周期表在更多的场合，我们看到的主要是骨骼。

而骨骼里最多的元素是钙，它形成了骨骼和牙齿。

在钙的同一个主族里，地球化学性质相似、离子半径相当的是锶。

它可以部分地替代骨骼或牙齿里面的钙，形成羟基磷酸钙里面的替代品，固定在骨骼和牙齿里面，并且保存下来，成为我们现在在考古发掘现场最常见的目标之一。

羟基磷酸钙 Hydroxylapatite Ca5(PO4)3OH做化学考古学的人，会专门去留意锶同位素。

锶（Sr）在自然界里面有4种稳定的同位素，锶88、锶87、锶86和锶84。