Трофимов, А.

Electronic Library Pavel Sukhoi State Technical University of Gomel (GSTU)

Доклады Академии Наук СССР 1949. Том LXVI, № 2АСТРОНОМИЯА. ТРОФИМОВИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ СЕРЫ В МЕТЕОРИТАХ И В ЗЕМНЫХ ОБЪЕКТАХ(Представлено академиком В. Г. Фесенковым 23 Ш 1949)После работ Астона С1), впервые установившего сложный состав серы, и работы Нира(2), который определил изотопный состав серы с гораздо большей точностью и полнотой, не было опубликовано никаких новых материалов об изотопном составе этого элемента. Вопрос об устойчивости и колебаниях состава серы совершенно не изучался до настоящего времени. В то же время в отношении мно­гих других элементов проделана большая работа для выяснения возможных и реальных колебаний изотопного состава их в природе. Водороду и кислороду было посвящено, пожалуй, наибольшее число работ, но в большей или меньшей мере было изучено также более десяти других элементов (С, К, Cl, Si, Fe, Ni, В, Sb, Sr, Pb, Ar). Особый интерес при этом был проявлен к изотопному составу эле­ментов в метеоритах.Но до сих пор все попытки найти какие-либо различия между метеоритными и земными элементами были тщетны. Тщательными химическими анализами было установлено, что атомный вес земных и метеоритных элементов совершенно одинаков (3). Позднейшие масс-спектральные исследования показали, что не только средний атомный вес, но и все изотопные отношения, т. е. детали атомного состава, элементов метеоритов и Земли неразличимы в пределах точности масс-спектрального метода. Наиболее точные и полные данные, полученные для углерода (’), показывают, что изотопные отношения этого элемента колеблются в пределах 5°/0, но эти коле­бания одинаково велики и в земных, и в метеоритных объектах.До настоящего времени проведено сравнительное изучение разны­ми методами всего около 10 метеоритных элементов, именно: Fe, Ni, Cl, Si, С, О, К40(4), Си, Ga. Из них наиболее тонким — масс-спект­ральным методом охвачена лишь половина: О(5), С(7), Fe(6), Cu(8), Ga(9), причем для меди и галлия сделаны лишь одиночные опре­деления.В настоящей работе сообщаются первые результаты, полученные при масс-спектральном изучении изотопного состава природных со­единений серы, преимущественно метеоритной. В первую серию изуча­емых объектов вошли четыре образца троилита, извлеченного из двух каменных метеоритов (Саратов и Гросслибенталь) и из двух железных метеоритов (Августиновна и Сихотэ-Алинь), и четыре образца земной серы. Последние были таковы: вода Гренландского моря, вулканическая элементарная сера (Ключевская сопка), пирит и реактивная серная181Для изотопного анализа из всех восьми образцов были приготовлены пробы сернистого газа SO2. Для этого сера сперва осаждалась в виде сульфата стронция: сульфидная — после окисления ее азотной кислотой и перекисью водорода, сульфатная — непосредственно осаждением ее раствором нитрата стронция. Навеска промытого и прокаленного осадка Sr SO4 (50 — 70 мг) смешивалась в эквимолярном отношении с восстановленным металлическим железом и смесь прокаливалась в струе чистого сухого азота в течение 40 мин. при 1050—1100°. Око­ло 80% серы сульфата восстанавливалось при этой операции до SO2, который задерживался в охлаждаемой жидким воздухом ампуле. Охлажденная ампула затем откачивалась, запаивалась и хранилась в таком виде до анализа в масс-спектрометре. Элементарная вулкани­ческая сера для очистки перегонялась в вакууме, после чего сжига­лась в струе сухого кислорода. Выделяющийся SO2 собирался в стеклянную ампулу вышеописанным способом.Изотопный анализ образцов производился с помощью масс-спект­рометра секторного (90°) типа, построенного в Институте геохимии им. В. И. Вернадского по образцу аналогичных приборов Нира (10) и Хипла(п). Ионная трубка спектрометра была сделана из молибде­нового стекла и имела 90-градусный изгиб с радиусом закругления г — 115 мм. Гибкий экран для ионного луча внутри этой трубки был сделан из плотно навитой немагнитной нихромовой проволочной (диа­метром 1 мм) спирали, внутренний диаметр которой был 12 мм. Ис­точник ионов и коллекторное устройство сделаны из немагнитной нержавеющей стали; конструкция ионного источника такая же, как в спектрометре Нира(10).Измерение ионных токов производилось с помощью лампового усилителя с электрометрической лампой Т-114. Применялся комбини­рованный отсчетно-компенсационный метод измерения; изменения потенциала сетки, превосходящие 30 мв, компенсировались потенцио­метром, чтобы получаемые данные не искажались нелинейностью характеристик лампы или сеточного сопротивления. Предельная чув­ствительность усилителя была—1-10"15ана 1 мм шкалы зеркального гальванометра.Питание всего прибора, кроме усилителя, т. е. электромагнита, нити накала и всех электрических полей, производилось от сети пе­ременного тока с помощью электронных стабилизаторов. Для стаби­лизации электронной эмиссии было построено особое стабилизирующее устройство, подобное описанному Ниром (12), полностью устраняющее ощутимые колебания эмиссии. Управление ионным лучом производи­лось посредством изменения ускоряющего поля {U = 650 — 750 в); ошибки от „вольт-эффекта“, получаемые при таком способе управле­ния прибором, были определены и в окончательные данные введена соответствующая поправка. Откачка прибора производилась двумя последовательно соединенными масляными насосами Хикмена с апие- зоновым маслом. Только после прогрева всей трубки в течение не­скольких часов при ~ 400° можно было получить необходимый высо­кий вакуум в системе (% 10’ 6 мм) и полное отсутствие фона в широком диапазоне масс от 30 до 70 атомных единиц.Сернистый газ вводился в прибор через стеклянную диафрагму (диаметром 0,05 мм) из стеклянного шара, в котором создавалось давление в 0,2 — 0,3 мм рт. ст. Скорость тока газа при этих условиях была около 1 норм, см3 в сутки.При ионизации SO2 медленными электронами (~ 60 eV) образуются три группы ионов: молекулярные ионы SO2+, которые являются доминирующими ионами, и осколочные ионы SO+ и S+(13). Каждый из этих ионов дает группу пиков, соответствующих всем возможным комбинациям изотопов серы и кислорода (для S+—только серы). В 182нашем случае только ионы SO+ оказались пригодными для изотоп- . анализа серы, так как в диапазоне масс от 48 до 52 атомных Алинин, В котором укладываются все измеримые изотопные комбина- ий этого иона, вакуумный фон оставался всегда чистым даже при очень длительной работе прибора.В диапазонах масс 64 — 68 и 32 — 36, соответствующих молекуляр­ным ионам SO/ и ионам S+, после введения газа возникал стойкий тоудно откачиваемый фон, который сильно и нерегулярно искажал результаты, получаемые по этим ионам. Данные же, получаемые по пикам ионов SO+, были хорошо воспроизводимы при повторных опре- делениях. При откачке спектрометра пики SO+ убывали пропорциональ­но убыванию газа в подающей газ системе.6 И!547Рис. 1.48 49 50 5/ 52 ат. ед.М--------—Пики изотопных ионовНа рис. 1 приведена типичная масс- спектрограмма ионов SO, скопирован­ная с фотозаписи ее двумя последо­вательными зеркальными гальвано­метрами усилителя. Чувствительность усилителя соответствует — 1,2- К)-1* а/мм для нижней кривой и — 1,2 • 10~15 а/мм для верхней.В табл. 1 приведены результаты изотопного анализа ионов SO+ для всех перечисленных проб. Эти дан­ные — средние из двух независимых анализов, произведенных в разное время. При каждом анализе контро­лировался вакуумный фон, делались многократные визуальные отсчеты и производилась фотозапись ионных пи­ков. Судя по расхождению параллель-SO+. Записаны двумя гальвано­метрами с соотношением чувстви- тельностей 1 :10. Пик S32 О16 = 48 редуцирован в 15 раз переключе­нием сеточного сопротивленияных определений, относительная ошиб­ка средних для отношения S34: S32 не превышает 1°/0. Точность определения отношения S33: S32 в два-три раза меньше. Редкий изотоп серы Sse не мог быть измерен сколь­ко-нибудь точно. Порядок его величины был одинаков во всех пробах.Таблица 1Соотношение изотопов метеоритной и земной серыОбъектыS8‘: S” : S38 jОбъекты S34 . S33 . S3JМетеориты*Саратов...........................Г росслибенталь ....Августиновна...............Сихотэ-Алинь...............4,53 : 0,78 : 1004,56:0,79: 1004,56:0,79: 1004,54 : 0,79 : 100Земные объектыМорская вода ....Вулканическая сера . .Пирит....................... ...Серная кислота . . .4,60 : 0,81 : 1004,56 : 0,81 : 1004,56 : 0 80 : 1004,56 : 0,79 : 100Средн. . . 4,55 : 0,79 : 100 Средн. . . 4,57 : 0,80 : 100б таг* Метеориты коллекции Академии наук СССР. Описаны Е. Л. Криновым (и), годаря любезному содействию которого были получены образцы троилитов.183В данные табл. 1 введены поправки на кислородные изотопы ионов SO и на влияние ускоряющего поля (явольт-эффект“); следовательно, их можно считать близкими к абсолютным изотопным отношениям.Выводы1. Средний состав серы метеоритной и земной одинаков, так же как вполне одинаков состав ее в отдельных метеоритах. Никакого заметного изменения изотопов серы в межпланетном пространстве не происходит. Вывод, таким образом, тот же, что и для всех других ранее изученных элементов.2. Морская вода слегка отличается от всех других объектов табл. 1: в ней наблюдается небольшое обогащение серы тяжелым изотопом S34. Эго обогащение хотя и не превосходит 1°/0, но, неви­димому, реально, так как наблюдалось при всех определениях. На­сколько этот второй вывод количественно правилен, покажет дальнейшее детальное изучение земных объектов.3. Среднее абсолютное соотношение изотопов серы, вычисленное из всех полученных данных, S32: S33: S34 — 100:0,80 :4,56, несколько отличается от найденного Ниром (2) для этих трех изотопов соотно­шения 100 :0,78 :4,4. Процентный изотопный состав серы, приводимый во всех атомных таблицах, вычислен из этих данных Нира, который оценивал точность своих анализов в + 2°/0 (2).Повидимому, наши данные несколько уточняют данные Нира, так как, во-первых, в них введена поправка на изменение ускоряющего поля, не учтенная Ниром, и во-вторых, они основаны на сравнительно большом числе определений.Институт геохимии и аналитической химии Поступилоим. В. И. Вернадского 21 II 1949ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРАХФ . Астон, Масс-спектры и изотопы, М., 1948. 2 A. N i е г, Phys. Rev., 53,282 (1938). 3 С. Baxter and F. Н 111 о п, J. Am. Chem. Soc., 115. 694 (1923).1 W. Schumb, R. Evans and W. Leaders, ibid., 63, 1203 (1941). 6 W. В i e a li­ne у and J. Hippie, Phys. Rev., 47, 800 (1935). 6 G. Valley and H. Anderson,ibid., 59, 113(1941). 7B. Murphey and A. N i e r, ibid., 59, 771 (1941). ‘Н Brownand M. Inghram, ibid., 72, 347 (1947). 8M. Inghram, D. H e s s, H. Brownand E. Coldberg, ibid., 74, 343 (1941). 10 A. N i e r, R. Sc. Instr., 11, 212 (1940).11 J. H i p p 1 e, J. Appl. Phys., 13, 551 (1942). 12 A. N i e r, R. Sc. Instr., 18, 398 (1947).13 H. Smyth and D. Mueller, Phys. Rev., 43, 121 (1933). 14 E. Кринов, Ката­лог метеоритов АН СССР, 1947.184

Изотопный состав серы в метеоритах и в земных объектах

https://elib.gstu.by/bitstream/220612/38628/1/181-184.pdf

Изотопный состав серы в метеоритах и в земных объектах

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic Library Pavel Sukhoi State Technical University of Gomel (GSTU)