Рэлеевское фракционирование - Rayleigh fractionation

Рэлеевское фракционирование описывает развитие системы с несколькими фазами, в которых одна фаза непрерывно удаляется из системы через фракционная перегонка. Он используется, в частности, для описания изотопное обогащение или истощение по мере движения материала между резервуарами в равновесный процесс. Рэлеевское фракционирование имеет особое значение в гидрология и метеорология как модель для изотопная дифференциация из метеорная вода из-за конденсации.

Уравнение Рэлея

Исходное уравнение Рэлея было получено Лорд Рэйли для случая фракционной перегонки смешанных жидкостей. ^[1]

Это экспоненциальная зависимость который описывает разделение изотопов между двумя резервуарами по мере уменьшения размера одного резервуара. Уравнения можно использовать для описания фракционирование изотопов процесс, если: (1) материал непрерывно удаляется из смешанной системы, содержащей молекулы двух или более изотопов (например, вода с ¹⁸O и ¹⁶O или сульфат с ³⁴Песок ³²S), (2) фракционирование сопровождение процесса удаления в любом случае описывается коэффициентом фракционирования a, и (3) a не изменяется во время процесса. В этих условиях эволюция изотопного состава остаточного (реагирующего) материала описывается следующим образом:

${\displaystyle {\frac {R}{R^{0}}}=\left({\frac {X}{X^{0}}}\right)^{a-1}}$

где R = соотношение изотопов (например, ¹⁸O /¹⁶O) в реагенте, R⁰ = начальное соотношение, X = концентрация или количество более распространенного (более легкого) изотопа (например,¹⁶O) и X⁰ = начальная концентрация. Поскольку концентрация X >> Xh (концентрация более тяжелых изотопов), X примерно равен количеству исходного материала в фазе. Следовательно, если ${\displaystyle f=X/X^{0}}$ = доля оставшегося материала, тогда:

${\displaystyle R=R^{0}f^{a-1}}$

При больших изменениях концентрации, например, во время при дистилляции тяжелой воды эти формулы необходимо интегрировать по траектории дистилляции. Для небольших изменений, например, во время транспортировки водяной пар сквозь атмосфера, дифференцированного уравнения обычно бывает достаточно.

Смотрите также

• Изотопный анализ

Рекомендации

1. Кендалл, Кэрол; Колдуэлл, Эрик А. Кендалл, C; Макдонелл, Дж. Дж. (Ред.). Основы геохимии изотопов в изотопных индикаторах в гидрологии водосбора. Амстердам: Elsevier Science.