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为了更清晰地表达这些微小差异,许多研究(尤其是早期或高精度工作)使用 ε 值(epsilon notation),单位为 parts per ten thousand(万分之一),公式为:
ε = [(R_sample / R_standard) - 1] × 10,000
或等价:
ε = (R_sample - R_standard) / R_standard × 10,000
这相当于把 δ 的 1000 换成 10,000。
因此,ε 值 ≈ 10 × δ 值(数值上,1‰ δ ≈ 10 ε)。
例如:如果 δ⁵⁶Fe = +0.3‰,则 ε⁵⁶Fe ≈ +3(常写成 ε = +3,没有‰符号)。
| 表示方式 | 公式核心乘数 | 单位 | 典型数值范围(非传统元素) | 常见元素示例 | 为什么用这个? |
|---|---|---|---|---|---|
| δ | × 1000 | ‰ (permil) | -5 ~ +5‰(多数 < ±3‰) | δ⁶⁵Cu, δ⁵⁶Fe, δ⁶⁶Zn, δ2⁶Mg | 现代主流,统一与轻同位素;高精度 MC-ICP-MS 后普遍采用 |
| ε | × 10,000 | parts per 10,000 (无符号) | -50 ~ +50(多数 < ±30) | ε⁵⁴Fe, ε⁵3Cr, ε1⁴3Nd, ε1⁷⁶Hf | 早期文献或极小变异时用;数值更整数化,便于比较 |
| 103 ln(α) | ≈ ε (‰) | ‰ | 类似 δ | 高温分馏模型 | 理论计算常用(近似 ε ≈ δ 当 δ 小) |
作为分馏因子(enrichment factor / fractionation factor)的 ε最常见于描述两个相/组分之间的分馏(类似于 α 的 permil 形式):ε_{A-B} = (α_{A-B} - 1) × 1000 (‰ 单位,与 δ 一致) 或有时直接用 ε ≈ 1000 × ln(α)(高温或小分馏近似)。 这在传统和非传统同位素中都用,但非传统领域更常强调 ε 来突出小分馏。
直接对样品-标准的偏差用 ε(万分之一单位)特别是在重元素(如 Fe、Cr、Nd、Hf、Sr 的某些同位素对)中,因为相对质量差小(% difference in mass 小),自然变异极小,用 ε 更方便(避免小数点过多)。 经典例子:
ε⁵⁴Fe 或 ε⁵3Cr(相对于标准,常用于行星科学或地球化学)。
早期 Cu、Zn、Fe 同位素文献常报告 ε 值。
现代趋势:自 2000 年代后期以来,非传统稳定同位素领域已高度统一使用 δ 值(‰)(如 δ⁵⁶Fe、δ⁶⁵Cu),因为 MC-ICP-MS 精度提高,δ 值已足够表达微小变化,且与传统同位素数据库一致。ε 现在更多作为分馏因子(ε = (α-1)×1000)或在特定子领域(如核体积效应、质量独立分馏 MIF)出现。
一句话总结: 非传统同位素的分馏很小,所以早期/某些情况下用 ε = (R_sample / R_standard - 1) × 10,000 来让数值更直观(像 +3 而不是 +0.3‰),但现在 δ 值(×1000 ‰)已成为标准主流表示。
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