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ウィーン標準平均海水（VSMOW）は、水の同位体標準であり、水素と酸素の異なる同位体の割合が正確に分かっている特定の水サンプルです。VSMOWは海水から蒸留され、塩分やその他の不純物を含みません。 1968年にウィーンに本部を置く国際原子力機関によって発行・配布されたこの標準と、ほぼ同一の後継標準であるVSMOW2は、現在も参照物質として使用されています。
水素と酸素の異なる同位体で構成される水サンプルは、物理的性質がわずかに異なります。極端な例として、通常の軽い水素-1 ( 1 H ) の代わりに2 つの重水素( 2 H ) 原子を含む重水は、融点が3.82 °C (38.88 °F)、沸点が101.4 °C (214.5 °F)です。[ 1 ]蒸発速度の違いにより、水循環の異なる場所からの水サンプルには、同位体の比率がわずかに異なります。海水 (重同位体が多い) と雨水 (重同位体が少ない) は、地球上で見られる 2 つの極端な例をほぼ表しています。IAEA は VSMOW と同時に、雨水の類似標準である標準軽南極降水 (SLAP) を発表し、最終的にはその後継の SLAP2 を発表しました。SLAP は、 VSMOW より酸素 18が約 5 % 少なく、重水素が 42.8 % 少なくなっています。
酸素18と重水素の濃度を報告するために、VSMOWとSLAPに基づくスケールが使用されます。2005年から2019年に再定義されるまで、ケルビンは、特にVSMOWの三重点における温度の1/273.16として指定されていました。
物質中の特定の同位体の存在量は、通常、何らかの基準物質に対する相対値として、基準物質からの千分率（‰ ）のデルタ値で表されます。例えば、物質x中の重水素（ 2 H ）と水素 1の比率は、次のように表されます。
どこはxにおける絶対濃度を表す。[ 2 ]
1961年、カリフォルニア州サンディエゴのスクリップス海洋研究所のハーモン・クレイグは、重水素と酸素18の濃度を測定および報告するための標準を追求し、抽象的な水標準を提案した。彼は、エプスタインとマエダ（1953）が世界中の海水から採取したサンプルの測定値に基づいて比率を決定した。[ 3 ]クレイグは、彼らの測定値の平均を近似して、米国国立標準局に保管されているNBS-1と呼ばれる水サンプル（ポトマック川から採取されたもの[ 4 ] ）を基準として、「標準平均海水」（SMOW）を定義した。具体的には、SMOWはNBS-1に対して以下のパラメータを持っていた。
その後、カリフォルニア工科大学の研究者たちは、酸素18濃度に関する別の抽象的な基準（「SMOW 」とも呼ばれる）を定義し、彼らが所有するポツダム砂岩のサンプルはδ18O砂岩/SMOW = 15.5‰を満たした。[ 5 ]
混乱を解消するため、ウィーンに本部を置く国際原子力機関(IAEA) の 1966 年 11 月の会議で、2 つの水の同位体標準、ウィーン SMOW (VSMOW、当初は単に「SMOW」であったが、後に曖昧さが解消された[ 5 ] ) と標準軽南極降水 (SLAP)の作成が推奨された[ 6 ] 。クレイグは、蒸留した太平洋の海水と少量の他の水を混合して VSMOW を作成した。VSMOW は、SMOW 標準にできるだけ近いものになるように意図されていた。クレイグの測定では、18 O 濃度は同一で、 2 H 濃度は0.2 ‰ 低いことがわかった[ 7 ] 。SLAP標準は、南極のプラトー基地の溶融した積雪サンプルから作成された[ 7 ]。酸素 18 と重水素の濃度が VSMOW と SLAP の中間の標準、グリーンランド氷床降水 (GISP) も作成された。[ 7 ] IAEAは1968年にサンプルの配布を開始し、ゴンフィアンティーニ（1978）は世界中の45の研究所からVSMOWとSLAPの分析をまとめた。[ 8 ] VSMOWサンプルは窒素雰囲気下でステンレス鋼容器に保管され、1977年にガラスアンプルに移された。 [ 7 ]
VSMOW 中の重水素と酸素 18 の濃度は天然物質の上限に近く、SLAP 中の濃度は下限に近い。[ 2 ]複数の水標準に関する混乱のため、同位体存在量および原子量委員会は1994 年に、酸素 18 ( 18O ) および重水素 ( 2H ) の今後のすべての同位体測定は、VSMOW に対する SLAP のδ18Oが-55.5‰、SLAPのδ2Hが -428‰ となるようなスケールで、VSMOW を基準として報告することを推奨した。 [ 9 ] [ 10 ]したがって、SLAP は VSMOW の酸素 18濃度の 94.45 % と重水素濃度の 57.2%を含むと定義されている。 [ 9 ] 2つの定義済みサンプルを用いたスケールを使用することで、研究室間の結果の比較が改善される。
1996 年 12 月、VSMOW の供給が減少したため、IAEA は代替標準 VSMOW2 を作成することを決定しました。1999 年に発行されたこの標準は、ほぼ同一の同位体混合物を含んでいます。約 300 リットルは、蒸留水、イタリアのブラッチャーノ湖、イスラエルのガリラヤ湖、エジプトの井戸の水を、VSMOW の同位体比に達するように選択された割合で混合して調製されました。IAEA はまた、南極の 4 つの掘削地点からの溶融水から得られた SLAP2 と呼ばれる SLAP の後継標準も発行しました。[ 11 ]新しい標準の17 O と18 O の古い標準からの偏差は、測定誤差の範囲内でゼロです。[ 12 ] SLAP2 の2 H 濃度は SLAP からわずかに測定可能な偏差があり、δ 2 H SLAP2/VSMOW は−428 ‰ ではなく −427.5 ‰ と定義されていますが、VSMOW2 では VSMOW から偏差はありません。[ 13 ] IAEA は、測定値は引き続き VSMOW–SLAP スケールで報告することを推奨しています。[ 14 ]
すべての測定値は標準不確かさとともに報告されます。水分子は常に原子を交換し合っているため、酸素と水素の同位体の特定の組み合わせを測定する必要はありません。
放射性崩壊によって放出されるヘリウムガスによって測定されたトリチウムを除き、これらの測定は質量分析法を用いて行われた。
ゴンフィアンティーニ（1978）の結果に基づき、IAEAはデルタスケールをSLAPで定義し、18Oについては-55.5 ‰ 、 2Hについては-428‰とした。つまり、SLAPはVSMOWよりも酸素18が約5.55%少なく、重水素が約42.8 %少ないことが測定され、これらの数値がスケールを2つの点で固定するために使用された。[ 8 ]実験数値は以下に示す。
17Oと18Oの濃度は、VSMOWとVSMOW2の間、およびSLAPとSLAP2の間で区別がつかない。仕様書には、これらの測定値の標準誤差が記載されている。[ 21 ] 2Hの濃度もVSMOW2では変化していないが、SLAP2ではわずかに増加している。IAEAは次のように報告している。
2007年7月6日、トリチウム濃度は VSMOW2では3.5 ± 1.0 TU 、 SLAP2では27.6 ± 1.6 TUであった。 [ 23 ]
VSMOW–SLAP スケールは、USGS、IUPAC、および IAEA によって、あらゆる物質中の重水素および18O濃度の測定に推奨されています。 [ 25 ] [ 26 ] [ 9 ] 18Oについては、Vienna Pee Dee Belemniteに基づくスケールも使用できます。[ 9 ] IAEA および米国国立標準技術研究所によって配布される物理サンプルは、同位体測定機器の校正に使用されます。[ 27 ]
同位体含有量の変動は、水文学、気象学、海洋学において有用である。[ 28 ]海洋の異なる場所では、同位体濃度がわずかに異なる。δ 18 O 値は、グリーンランド沖の水では -11.35 ‰ から北大西洋では +1.3 ‰ まで、深層水の δ 2 H 濃度は、南極付近ではおよそ -1.7 ‰ から北極では +2.2 ‰ までである。変動は、深層水よりも表層水の方がはるかに大きい。[ 29 ]
1954 年、国際度量衡委員会(CIPM) は、ケルビンを水の三重点の絶対温度の 1/273.16 と定義しました。同位体組成が異なる水は、三重点がわずかに異なります。そのため、国際度量衡委員会は2005 年に[ 30 ] 、ケルビン温度スケールの定義はVSMOW の公称仕様の組成の水を参照すると規定しました。[ 31 ]この決定は、2007 年に第 23 回 CGPM の決議 10 で歓迎されました。[ 32 ]三重点は、水を三重点に保持し、周囲と平衡に達するまで放置する三重点セルで測定されます。通常の水を使用すると、三重点の研究所間測定の範囲は約250 μKになります。[ 33 ] VSMOWでは、三重点の測定値の研究所間範囲は約50 μKである。[ 34 ]
2019年のSIの改訂後、ケルビンはボルツマン定数によって定義され、その定義は水の特性に完全に依存しなくなりました。ボルツマン定数の定義値は、測定可能な精度内で、VSMOW三重点の測定値が以前の定義値と同一になるように選択されました。[ 35 ]三重点セルは、温度計を校正する実用的な方法であり続けています。[ 34 ]
国際度量衡委員会（CIPM）は[...]ケルビンの定義を、特定の同位体組成の水に言及するものと決定した。
