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News2021.06.21

The “Breaking Bad” isotope effect

来源:【高维度稳定同位素】公众号(ID:HDStableIsotope)

自然界同位素分馏的过程绝大多数遵循质量依赖的分馏。只有少数例外。例外的也有特征,比如自由基,单原子,气态光化学,气态电离等能量分布不经典的体系。像蒸发这样的过程是不会有非质量依赖的分馏的。
但是,市场上有18O含量高于99%的水出售。主要被用于制作18F,多用于医学上的正电子放射断层造影术(Positron emission tomography)。生产这样的18O富集的水所用的技术相当简单,基本就是靠蒸发。但是,99% 18O的水是个远远地偏离了正常质量依赖分馏的产物。那为什么一个完全是质量依赖分馏的蒸发过程能产生这么巨大的非质量依赖分馏的产物呢?

 

我们把这种连接不同尺度的过程,比如,从分子水平的基元反应到规模化生产的产品,而产生的效应叫做“库-传输”效应(Reservoir-transport effect)。把一个蒸馏装置改装一下,蒸出来的水汽就会有很大的非质量分馏信号(Bao et al., 2015)。

自然界的过程往往杂乱错综,“库-传输” 效应一般不会把正常质量依赖分馏的基元反应步骤叠加成非质量分馏的最终产物。人工设计的过程往往可以。

 

2008-2014年美国很火的一部电视连续剧叫《Breaking Bad》, 大陆译名是 《绝命毒师》 。讲的是一个完全正常的普通人人,一步一步地做了正常人谁都会做的合理的选择。但是几年下来,回头一看,一个善良的中学化学老师已经成了一代冷血毒王。

 

Credit: baidu

所以,完全是质量分馏的基元反应,由于库-传输效应,产生了非质量分馏信号。这样的效应可以叫做“Breaking Bad” effect。

 “Breaking Bad” effect在自然界应该有。比如张一宁&刘耘推测的W同位素在地幔分馏的一种情况(Zhang and Liu, 2020)。但是我相信自然过程中应有更多例子,只是大家还很少这么想这么看。

这会是个很原创的方向。

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