王军团队测定硒原子量被采纳为新国际标准,的元素周期表改动

王军团队测定硒原子量被采纳为新国际标准

国家科技支撑计划“高准确度化学计量溯源技术研究”项目顺利通过验收

流言:
加拿大科学家指出某些元素具有一种以上的稳定同位素,也就是说,它们可能在自然界的不同环境中,以不同原子量的型态出现。化学元素周期表的变动将是2006年冥王星失去行星资格以来,最震撼科普界的。

记者今天从中国计量科学研究院获悉,日前在土耳其召开的国际纯粹与应用化学联合会同位素丰度与原子量委员会会议上,该院化学分析所王军创新团队建立的硒同位素丰度校正质谱法测量工作被评为最佳测量,采用该方法测量的硒原子量(78.9711被采纳为新的硒原子量国际标准值。元素原子量是自然科学中的基本常数,原子量测量对化学学科的发展具有基础性促进作用,同时也是其他一些重要基本常数的数据来源和基础。此前硒原子量是元素周期表中最老的数据,新的测量结果的不确定度比原有国际标准提高了两个数量级。据介绍,硒原子量测量是通过国家“十一五”科技支撑计划项目《以量子物理为基础的现代计量基准研究》课题“同位素丰度基准的研究”完成的。经过4年努力,课题组测量了来自美国、中国、比利时等地的7种高纯硒样品的同位素丰度组成及其原子量,研制了11种硒同位素比值溶液国家一级标准物质(GBW04447-GBW04457),填补了国内外硒同位素计量标准的空白;在此基础上成功申报了5项硒同位素校准与测量能力。硒有6种同位素,并以多种不同的化学形态和氧化还原转换形式存在于生态环境、人体和动物体内,使硒同位素成为生态环境、地球化学和生物发展进程研究中很好的示踪剂。但由于硒元素的难电离、形态复杂、测量中干扰因素多等问题,使得硒同位素的准确测量一直难以实现。
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近日,国家科技支撑计划“高准确度化学计量溯源技术研究”项目顺利通过验收。项目针对有机纯物质,建立了有机纯物质定值技术体系和不确定评定模型,覆盖了小分子、大分子、C肽等不同分子量有机物的纯度测量,研制有机纯物质国家一级标准物质20种;针对高纯金属,创建了高纯金属全杂质元素扣除的纯度测量方法和不确定度评定模式,研制高纯金属纯度国家一级标准物质2种;针对高纯气体,通过超高纯气体标准发生系统的研制及高准确度分析方法的建立,研制了氮气、氩气和氦气6种高纯和超高纯气体国家一级标准物质;针对同位素测量,通过建立高准确度HR-ICP-MS测量新技术,28Si摩尔质量的测量不确定度达到1×10-8,取得国际等效;建立了基于全校正机制钼同位素绝对质谱测量技术,并完成6种天然钼样品的同位素组成及原子量测量,不确定度比现有国际标准值降低一个数量级。

来源:
流言是一条微博的内容,其中让人咋舌的是“化学元素周期表的变动将是2006年冥王星失去行星资格以来,最震撼科普界的”这句话。这会是怎样的变动?竟然会有如此高的地位?又为什么主流媒体上一片风平浪静呢?

项目针对新材料、食品安全、临床检验、生物医药以及环境监测等领域发展对高准确度化学计量溯源技术新需求,攻克了高准确度核磁共振定量技术、质量平衡技术、高纯金属纯度定值技术、高纯气体纯化制备技术、同位素质量偏移校正技术等共性关键技术,构建了较为完善的覆盖高纯有机、高纯无机、高纯气体以及同位素等高准确度测量的溯源技术体系;研制了一批溯源源头典型高纯度国家基标准物质,为解决我国纯物质纯度的准确测量提供了溯源支撑;通过主导和参加国际比对,开展了国际合作研究,实现我国在物质纯度和同位素丰度高准确度测量方面的国际等效一致与国际互认,提升了中国在国际计量界等相关领域的国际影响力和话语权。

顺着这条微博,可以找到更详细的一篇博文[1],标题使用了“炸闻”来描述这个改动。除了流言的内容,还提及“研究人员举例说明:硫的原子量传统被定为32.065,但事实上,因硫存在的地点不同,其实际原子量可能介于32.059至21.076之间。”我们知道硫的质子中子数之和为32,精确的原子量也只是在小数点后的数值上的不同。这个硫的原子量“介于32.059至21.076之间”的改动确实很惊人,颠覆我们的化学知识。

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这篇博文的内容来自一个美国的中文报纸《世界日报》的一篇报道,标题更为耸动《震撼科普界:化学元素周期表要大“洗牌”》[2],报道里出现了“美国科技资讯网站CNET说,这是2006年冥王星失去行星资格以来,最震撼科普界的变动”的内容。在CNET的文章《元素周期表的原子重量更新》(Periodic
table gets weighty update)[3]里的原文是,“In the biggest development
to rock the popular-science world since Pluto got demoted, 10 elements
will see their atomic weights changed on the periodic
table”。看来是此文作者对这次的改动深有感触,将它拔到如此高的位置。同时,对比这两篇文章可以发现,所谓的硫的原子量“介于32.059至21.076之间”,只是数据的笔误,硫的新原子量范围其实是[32.059,
32.076]。

CTV的文章《化学家修改元素周期表》[4] (Chemists alter periodic table
of elements)
显得靠谱多了,采访了报告的主要作者之一——加拿大卡尔加里大学的Michael
Wieser博士,内容及观点都更客观严肃。

真相:
事情的原委是这样的。2010年12月12日,国际纯粹及应用化学联合会(IUPAC)照例发表了2009年度的元素原子量报告《Atomic
Weights of the Elements
2009》[5],与往年报告中总是试图缩小误差范围不同,该报告描述某些元素的原子量时用到了范围——这是国际上第一次用范围而非常数来表示原子量。涉及改动的元素包括:氢、硼、锂、碳、氮、氧、硅、硫、氯、铊。

由于某些元素具有多个稳定同位素,不同的同位素具有不同的质量,以往测量元素原子量的时候都是根据各种同位素的丰度(即自然界中某种同位素的相对含量)取平均值,而科学家们意识到不同条件、不同环境下,同位素的丰度可能会发生变化,导致某些条件下元素的原子量偏离平均值,例如针钠钙石(一种硅酸盐矿物)中所含的氢元素比海水中的氢原子量小0.00006,而合成试剂中的氢元素最大可能比海水中的氢原子量大0.00012。因此,科学家们提出,将以往单一明确的原子量改为原子量范围这样的表达方式。例如,硼元素在2007年的报告[6]中的原子量为10.811(7),在这份报告里的原子量范围是[10.806,
10.821]。新原子量的上下限相差0.015,和旧原子量的±0.007很接近,但却有着不同的意义。