同位素质谱应用.PPT

在自然界中，不同地域、不同植物类型、不同岩石类型的样品中C的同位素都有这明显的差别，例如欧洲饮食和北美的饮食中存在很大的差别，C3植物和C4植物存在很大差别，石油和陆地碳酸盐以及海洋碳酸盐中C同位素也存在很大的差别，大气中CH4和CO2中C同位素比值也存在很大差别。其中C3植物和C4植物的差别也是后面我们要讲到的蜂蜜掺假鉴别的重要基础。三个碳链和四个碳链的在最初光合作用的分馏碳的产物的系数是不同的，这个分馏系数就留存在食物链中。 * 稳定同位素质谱IRMS是Isotope Ratio Mass Spectrometer的缩写，它包括两个方面的意思，一是稳定，IRMS字分析化学稳定的同位素，这些元素必须转化成相应的气体才能引入IRMS被准确分析；第二是比值，IRMS实际上测量的是一个比值，是较重同位素对较轻同位素的比率。以CO2为例，我们知道C有两个稳定同位素12C和13C，O有两个主要稳定同位素16O和18O，因此，一个12C和两个16O组成的CO2离子其质荷比为44,一个13C和两个16O组成的CO2离子其质荷比为45,一个12C一个16O和一个18O组成的CO2离子其质荷比为46。稳定同位素质谱分析的比率实际上是45/44和46/44 * 刚才我们说到CHNOS等元素必须要转化成相应的气体才能引入同位素质谱中进行分析。其中C、S和N是在高温通氧的情况下是C燃烧转换成CO2,S燃烧转换成SO2,N转化成NO化物后经还原成N2; 而O和H则是在无氧的环境下通过于还原碳高温裂解生CO和H2从而被分析。 * 不同同位素按荷质比在磁场、电场的作用下偏转分离 * 在IsoPrime100之前的仪器均是采用的10V的前置放大器，可以满足一般的分析需要，对某些特殊的应用则无能为力。IsoPrime100研发过程中对仪器电路部分进行了优化设计，采用了100V的设计，使得仪器分析范围增加了10倍，拥有目前所有IRMS系统最大的线性范围。这样设计好处是在保证分析精度的前提下可以轻松分析微量样品；不需要稀释即可直接分析高C:N:S比的样品。与此配套的是，仪器采用自动增益转换，进行附近同位素样品分析无需转换放大器；可升级多接收杯，实现对Br、Cl等特殊特殊同位素进行分析。还可以选择放大器抽真空系统，获得极低的噪声。 IsoPrime100的前置放大器是目前最具智能化的前置放大器。 * IsoPrime和Waters的质谱起源于VG公司，因此其软件和waters有些类似，使用起来简单灵活。 * 随着同位素质谱测试技术的改进，大大拓宽了稳定同位素的研究领域。除了人们所熟知的“稳定同位素地球化学”已形成一门独立的学科外，稳定同位素技术还应用于农业、医学和环境科学研究领域。通过同位素分析，可以得知农作物施肥的最佳配方比和时间；了解植物如何有效利用水分；通过C、H等同位素的不同，可以进行食品掺假、兴奋剂服用、法医鉴定，诊疗病症等；通过稳定同位素可以了解样品的组成和来源，推断古气候及古环境条件特征，因此在地质相关的行业得到了广泛应用。 * 陆地生态系统中稳定碳同位素也存在很大的不同，例如煤中C同位素比值约为－25‰，天然气中C同位素比值约为－40‰，石油中C同位素比值约为－30‰，这些化石燃料燃烧后的CO2稳定同位素比值约为－26‰；沉积物C * 上图显示的是δ15N在生态系统中的分布情况。稳定性同位素技术同分子生物学技术相结合而发展起来的稳定性同位素探测技术．在对各种环境中微生物群落组成进行遗传分类学鉴定的同时，还可以确定其在环境过程中的功能．提供复杂群落中微生物相互作用及其代谢功能的大量信息。是研究氮素在土壤一植物一微生物体系中氮转化和迁移的有效方法。 * 纬度效应：纬度增加大气降水的δD和δ18O值都减少。 随着从海面蒸发的水汽的不断降雨的过程，剩余的水汽中越来越亏损D和18O，其雨水和雪水中的δD和δ18O值也越低。赤道附近：δD和δ18O值都接近0‰。南极的冰雪：δD值可达-428.5‰，δ18O值可达-55.5‰。 大陆效应：越向内陆，大气降水的δD和δ18O值越降低。 海拔高度效应：海拔高度增加，大气降水δD和δ18O值降低 季节效应：冬季相对夏季，大气降水亏损重同位素。 H同位素和纬度、地势等有很大的关系，研究大气中水汽稳定同位素变化对解释水汽来源及水汽输送过程有着重要的指示意义 * 光和途径的判定：传统方法，不但需要了解植物叶肉细胞和维管束细胞中是否含有叶绿素，观察细胞排列是否具有“花环型”结构，而且还需要通过复杂的生化过程鉴定植物光合碳同化产物是=三碳化合物(3一磷酸甘油酸，C3途径)还是四碳化合物(草酰乙酸，C4植物光合作用途径），而利用稳定性碳同位素方法，根据C3、C4植物对CO2排斥(isotope discriminati