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董琳慧,Nov. 15, 2022
配分函数Q=Σgie−Ei/kT ，其中Ei取决于质量。配分函数也取决于温度，这使得平衡同位素分馏被广泛用作温度计。通常被称为化学动力学同位素分馏。
物理动力学分馏包括由于相内或相间的质量传输过程而引起的同位素分馏，其与温度无关，因此可以在高温下发生并记录事件：D1/D2 =(m2/m1)1/2；D1/D2＝ [m2(m1+M)/m1(m2+M)]1/2。
钙同位素在CaO-Al2O3-SiO2熔体中扩散，有证据表明40Ca的迁移率明显大于48Ca。Richter等人总结了锗和钙同位素自扩散系数的质量依赖性，其关系式为D1/D2=（m2/m1）β。
化学扩散过程中同位素分馏的程度不仅取决于β，还取决于相互扩散熔体之间的浓度比。需要通过实验室实验进一步证明硅酸盐熔体中扩散引起同位素分馏的可能性。锂在熔融玄武岩和熔融流纹岩之间以极快的速度扩散，所有主要元素以及除锂之外的15种微量元素的有效扩散率非常相似。
通过将由天然玄武岩和天然流纹岩制成的牢固填充粉末置于石墨囊中，构建扩散对。实验中的一系列中间成分玻璃是由玄武岩和流纹岩的不同比例的混合物熔融制成的。这些玻璃用于确定主要元素组成对微量元素浓度和锂同位素组成的离子探针测量的基质效应。实验是在高压下进行的，以避免气泡的形成。实验在管状石墨炉内直径为19 mm的组件中以1.2或1.3 GPa进行。将样品冷加压至高于所需运行压力10–20%的值，然后以75°C至270°C的速率加热1分钟。当组件接近运行温度时，在组件松弛后进行最终压力调整。通过切断熔炉电源终止实验，结果在20–30秒内冷却至300°C以下。使用配备有Ox-ford Link ISIS-300能量色散X射线显微分析系统（EDS）的JEOL JSM-5800LV扫描电子显微镜，沿着扩散偶长度测量主要元素浓度的分布。微分析系统能够以高达50000计数/秒的总计数率运行，这在SEM中可以通过8nA的15kV初级束电流实现。
通过实验得到的结论如下：除锂外，所有元素的扩散率都非常相似，而锂的扩散率比其他任何元素的扩散系数都大两到三个数量级；在所研究的温度范围内，锂在含水的流纹岩熔体中的传输几乎比在不含水的黑曜石玻璃中的扩散快一个数量级；化学扩散过程中同位素分馏的程度不仅取决于同位素的相对迁移率（即β），同时取决于相互扩散熔体之间的浓度比；两个值的相似性表明硅酸盐熔体中的βLi对温度或熔体组成的依赖性很小或没有。
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