同位素质谱分析
同位素比例质谱
同位素比例质谱1 同位素有关概念同位素：两个原子质子数目相同，但中子数目不同，则他们仍有相同的原子序，在周期表是同一位置的元素。
同位素可分为两大类：放射性同位素（radioactive isotope）和稳定同位素（stable isotope）。
放射性同位素指某些同位素的原子核很不稳定，会不间断地、自发地放射出射线，直至变成另一种稳定同位素。
稳定同位素指某元素中不发生或极不易发生放射性衰变的同位素，常用的有34种，已实现规模生产的稳定同位素及化合物有235U、重水、6Li、10B，而常用于质谱分析的主要是12C和13C、18O和16O、34S和32S、D/H等。
2 同位素丰度绝对丰度：指某一同位素在所有各种稳定同位素总量中的相对份额，常以该同位素与1H（取1H＝1012）或28Si（28Si＝106）的比值表示。
相对丰度：指同一元素各同位素的相对含量。
例如12C＝98.892％，13C＝1.108％。
大多数元素由两种或两种以上同位素组成，少数元素为单同位素元素，例如19F＝100％。
3 R值和δ值同位素比值R为某一元素的重同位素原子丰度与轻同位素原子丰度之比. 例如 D/H、13C/12C、34S/32S等，由于轻元素在自然界中轻同位素的相对丰度很高，而重同位素的相对丰度都很低，R值就很低且冗长繁琐不便于比较，故在实际工作中通常采用样品的δ值来表示样品的同位素成分。
样品（se）的同位素比值Rse与一标准物质（st）的同位素比值（Rst）比较，比较结果称为样品的δ值。
其定义为：δ（‰）=（Rse/Rst －1）×1000（即样品的同位素比值相对于标准物质同位素比值的千分差）。
氢同位素标准物质：分析结果均以标准平均大洋水（Standard Mean Ocean Water，即SMOW）为标准报导，这是一个假象的标准，以它作为世界范围比较的基点，其D/H SMOW =（155.76±0.10）×10－6。
同位素质谱分析
ConFloⅢ
氧化炉
TC
仪器外观
CombustionⅢ
GC 控制电脑
DELTAplus XL 质谱主机
仪器的三种基本配置
① 双流进样系统 + 质谱 ② 气相色谱 HP6890 - 燃烧界面 Ⅲ(氧化炉型和高温热转变型 ) + 质谱
③ 元素分析仪EA1112-连续流界
面Ⅲ + 质谱
1、双流进样系统 + 质谱
同位素的表示：在元素符号的前面，下脚标为质子数， 17 18 上脚标为质量数。如氧的同位素： 16 O , O , 8 8 8O 13 又如碳的同位素 12 C, 6 6 C 等。由于某一元素的质子 数是固定的，所以下脚标质子数可以忽略不写；如 16O、17O、18O、12C、13C等。 每一个同位素又统称为核素，其总数目接近1700种， 但只有约260种是稳定的。许多元素有两种或多种同 位素。 同位素可分为稳定同位素和不稳定同位素两类。大部 分放射性同位素并不自然存在，因为与太阳年龄相 比，它们的衰变速率太快，但它们可以在实验室中 用核反应的方法人工产生。 同位素含量用同位素丰度来表示，即一定元素的某一 同位素在诸同位素总原子数中的相对百分含量。如 1H为99.9852%，2H为0.0148%。
第一节 同位素的概念
原子由原子核和核外电子组成，原子的重量主要集 中在原子核中，核外电子的重量非常小。原子核 包含大量的基本粒子，其中质子和中子被看作是 原子核的主要构成，反映了原子核的质量和电荷。 质子是一种带正电的离子，一个质子的电荷与一 个电子的电荷大小相同，极性相反。中子的质量 与质子的质量相近而略偏重，不带电荷。一个中 性原子的核外电子数与质子数相等，因此，当原 子处于电中性时，原子核的质子数决定了该原子 所拥有的核外电子数，核外电子及其分布决定原 子的化学性质。 同位素：指原子核内质子数相同而中子数不同的一 类原子。
第二讲B 同位素分析实验技术_质谱
当质量为m、电荷为e的粒子受到电位差为V的加速作用，其所获得的能量为： E=eV=1/2m 2 此时粒子的运动速率为: =2eV/m Be=m2/r m/e=B2r2/2V 通过移项，可获得以下关系： (a) (b) 运动的粒子进入磁场，受到磁场作用，其发生偏转的关系为： 式中B为磁场强度，r为偏转半径。联立a、b两式，可获得：
样品发 生电离 样品导入 Inlet
同位素发 生分离 电离源区 Source Region 质量 分析器 Mass analyzer
离子计数
检测器 Detector
数据系统 Data System
样品引入 如气态样品
真空系统 Vacume System
减少离子碰撞 与相互干扰
数据收 集处理
同位素质谱基本组成结构示意图
该式表明，当加速电压和磁场的强度不变时，进入磁场的粒子因受劳伦斯力 作用而发生圆周运动，其半径取决于粒子的质量/电荷比值，质量数大的粒 子的运动圆周(轨道)半径大于质量小的粒子的半径。
2.3 质谱仪的结构
质谱仪是对元素或化合物的同位素组成进行测量的专用仪器，主要 由下列系统构成： 样品导入系统：将分析样品依序导入仪器进行分析； 电离系统：也称离子源，将被分析样品进行电离； 分析器系统：将电离后的样品按其质量/电荷比值大小进行分离； 接收器系统：将分离后的不同同位素分别用单个接收器顺序测量或 用多个接收器同时进行测量，即进行离子计数； 真空系统：将仪器的离子源、分析器和接收器部件抽真空，以防止 样品离子-分子间发生碰撞和相互干扰，提高分析数据的质量； 收集系统：对离子信号进行放大和模-数转换，对原始数据进行统计 处理； 控制系统：现代质谱采用计算机系统，对仪器的工作状态、测量行 为和数据处理方式等进行程序监督和控制。
同位素分析法的原理及应用
同位素分析法的原理及应用一、同位素分析法的原理同位素分析法是一种利用同位素比例测定物质中同位素含量的方法。
同位素是具有相同化学性质但质量不同的原子，它们的核外电子结构相同，但核内的中子数不同。
同位素丰度是指某一同位素在自然界或者某个特定环境中的相对丰度。
同位素分析法利用同位素的特殊性质，通过测量同位素的丰度和同位素间的相对比例来揭示物质的来源、演化、运移等信息。
同位素分析法的原理主要包括以下几个方面：1.质谱分析原理：同位素分析法常常利用质谱仪来测定同位素丰度。
质谱仪通过将样品分子离子化后，利用磁场将离子按照质荷比进行分离，最后通过检测器进行测量和分析。
2.原子吸收光谱原理：原子吸收光谱可以用于测定同位素的丰度。
原子吸收光谱是通过物质中某种特定同位素的吸收光谱特征来测定同位素的含量。
3.放射性同位素测定原理：放射性同位素的衰变可以用来测定同位素的丰度。
通过测量样品放射性同位素的衰变速率，可以推算出不同同位素的丰度。
同位素分析法的原理基于同位素的稳定性和特殊性质，通过仪器分析和物理化学方法来测定同位素的含量和比例。
二、同位素分析法的应用同位素分析法具有广泛的应用领域，在环境科学、地球科学、生物医学、材料科学等领域有着重要的作用。
下面列举了一些同位素分析法的应用：1.环境科学：通过分析不同环境中的同位素含量，可以研究大气、水体、土壤中的环境变化及其对生态系统的影响。
例如，利用氢氧同位素分析法可以确定降水来源和水文循环过程。
2.地球科学：同位素分析法在地质学和地球化学研究中具有重要作用。
利用同位素分析可以追踪地球内部物质的来源和演化过程，如地质年代、矿床成因、地球化学循环等。
3.生物医学：同位素分析法在生物医学领域用于研究生物体代谢和疾病诊断。
例如，利用碳同位素分析法可以追踪药物在体内的代谢途径和药物的排泄机制。
4.材料科学：同位素分析法可以用于研究材料的合成、成分分析和质量控制。
例如，利用同位素分析法可以确定材料中不同同位素的比例，从而研究其物理和化学性质。
化学物质的同位素分析
化学物质的同位素分析同位素分析是一种重要的化学分析方法，通过对元素同位素的测定和分析，可以帮助科学家们深入了解化学物质的性质和变化规律。
同位素分析在地球科学、环境科学、生命科学以及工业制造等领域都有广泛的应用。
本文将介绍同位素分析的原理、常用技术和应用领域。
一、同位素分析的原理同位素是指具有相同原子序数但质量数不同的同一元素的不同核型形式。
同位素之间的质量差异导致了它们在化学反应中的行为上的差异，从而为同位素分析提供了理论基础。
同位素分析主要基于同位素质谱技术，包括质谱仪的使用，通过测定样品中同位素的质量特性来进行分析。
同位素质谱技术一般分为稳定同位素质谱和放射性同位素质谱两种类型。
稳定同位素质谱技术是利用质谱仪测量样品中稳定同位素的相对丰度。
常用的稳定同位素有碳同位素、氢同位素、氧同位素等。
稳定同位素在自然界中存在丰度不同的多种同位素，利用质谱技术可以精确测定它们的相对含量，从而进行同位素分析。
放射性同位素质谱技术是基于放射性同位素的放射性测量。
放射性同位素分析广泛应用于地质学、生物学、医学等领域。
通过放射性同位素的测定，可以确定样品的放射性剂量、年龄以及物质的迁移和循环等信息。
二、同位素分析的常用技术1. 质谱技术：质谱技术是同位素分析中最常用的方法之一。
质谱仪可以对样品中的同位素进行准确的分析和测量。
常见的质谱仪有质谱质谱仪（MS/MS）、电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）等。
2. 中子活化分析：中子活化分析是利用中子轰击样品，使样品中的原子核发生变化，从而实现对同位素的测量和分析。
中子活化分析技术在地质、环境、生物等领域具有广泛的应用。
3. 放射性同位素测定：通过测定放射性同位素的衰变速率和放射线特性，可以确定样品中放射性同位素的含量。
这种方法在核物理、地球科学等领域被广泛应用。
三、同位素分析的应用领域1. 地球科学：同位素分析在地质学、气象学和地质化学等领域具有重要应用。
通过测量不同同位素的含量和比例，可以揭示地球演化、地质过程、气候变化等方面的信息。
第四章同位素质谱分析
（三）离子接收器
• 由一个有限制狭缝板和金属杯（法拉第圆筒组 成）。调节B，V，可使被分开的几个离子束依 次先后到达接收器，记录得到的是一系列峰和 谷，这就是被分析样品的质谱图。
五
• • • • • •
有关质谱计性能的几个概念
• • •
（一）质量数范围 （二）质量色散 D=△x/△M △ △ 即单位质量差所分开的距离。 （三）质量分辨率 R.P.(resoloving power)=M/△M △ （四）灵敏度 绝对灵敏度指仪器可检测出的最小样品量。相对 灵敏度指的是仪器可同时检测出的大组分与小组 分的含量之比。 丰度灵敏度=IM/△IM 丰度灵敏度 △ （五）精密度和准确度 S=[∑（xi-x）2/(n-1)]1/2 （ ）
第四节 稳定同位素地质应用
一 稳定同位素分馏概念 • 指在一系统中，某元素的同位理过程中： P141 • 分馏指数 α= RA/ RB RA：A物中 重/轻 物中 轻 RB：B物中 重/轻 物中 轻 • 同位素组成 δ=（K样品-K标样）/ K标样 α= （ RA/ RB=δA+1000/δB+1000
六 同位素比值测定方法 • （1）单接收法 • （2）双接收法： I1/ I2= （V1/ V2）*（R1/ （ R 2） • （3）多接收法 • （4）双进样法
第三节 稳定同位素样品制备与质谱 分析及应用
一 样品的制备 • C、H、O 、S 等同位素测定，须先将样品转变为 相应的气体。 • H－氢气 C、O—CO2气体 S－SO2 或SF6 （一）氢同位素制样 （1）还原法 制备水样通常采用还原法，还原剂为金属U、Zn、 Mg等。 （2）H2－H2O平衡法 H2—H20平衡法是一种在铀催化剂存在的条件下 用高纯度的氢气与水进行氢同位素平衡交换来测 定水中氢同位素组成的方法。
同位素质谱分析
•
离子源的种类主要有：电子轰击、表面热电 离、二次离子化等。
（2）磁分析器（质量加速器）：是质量分析 器的一种，目的是把不同质量的离子分开 。主要由精心设计的电磁铁和置于其间的 飞行金属管道组成。
（3）离子接收器：由一个有限制狭缝板和金 属杯（法拉第筒）组成。现代质谱计有多 个接收器，可同时接收、记录被分开的几 束离子及其强度
•
•DELTA plus XL 气体同位素比值质谱
•生产商：美国菲尼根玛特质谱公司 •制造地：德 国 •前处理设备： •① 双流进样系统 •② 气相色谱HP6890-燃烧界面Ⅲ •③ 元素分析仪EA1112-连续流界面Ⅲ •基本功能：H/D, 13C/12C, 15N/14N, 18O/16O, 34S/32S 五种元素的气体同位素比值的测定
原理：
•气体、液体 •含氮有机混合物
•H2O+CO2+Ny OX
•还原炉还原 •Cu；600℃
•N2+H2O+CO2
•GC分离
•GC
•N2+CO2
•Combustion Interface
•MS
•N2 •德瓦液氮罐
•冷冻CO2
•
• 气相色谱-高温热转变型燃烧界面-质 谱(GC-High Temperature Conversion Interface-MS; i. e. GCTCMS) ： •允许液体和气体样品中单体化合物 18O/16O, H/D的测定
•
二、稳定同位素样品质谱分析
1、氢同位素质谱测定
同位素检测方法
同位素检测方法同位素检测方法是一种利用同位素的特殊性质来检测和分析样品中元素组成和化学反应过程的方法。
同位素是指具有相同原子序数但质量数不同的原子，它们具有相同的化学性质，但在物理性质上存在一定的差异。
同位素检测方法广泛应用于地质学、化学、生物学、环境科学等领域，为科学研究提供了重要的实验手段。
在同位素检测方法中，常用的手段包括同位素质谱分析、同位素定量测定、同位素示踪等多种技术。
以下将针对其中的几种常见的同位素检测方法进行详细介绍。
1.同位素质谱分析同位素质谱分析是通过测量同位素相对丰度来确定样品中同位素的含量和比例。
这种方法基于同位素质量光谱仪的使用，该仪器能够将样品中的原子或分子离子化，并通过磁场分离不同质量数的同位素，最后利用检测器测量它们的丰度比例。
同位素质谱分析广泛应用于地质样品、生物样品、环境样品等领域的同位素测定和示踪分析。
2.同位素定量测定同位素定量测定是通过测量同位素在样品中的含量来确定元素的绝对浓度。
这种方法根据同位素稀释原理，将已知浓度的同位素溶液与待测样品混合，通过比较待测样品中同位素的丰度与已知浓度同位素的丰度之间的关系，最终计算出元素的绝对含量。
同位素定量测定在地质学、环境科学、生物学等领域中得到了广泛应用。
3.同位素示踪同位素示踪是利用已知同位素的特定性质，将其标记在化合物或物质中，通过追踪同位素的运动轨迹和变化过程来研究其在化学反应、生物转化等过程中的行为和变化。
常见的同位素示踪方法包括放射性同位素示踪、稳定同位素示踪等。
放射性同位素示踪常用于放射性元素的测定和研究，而稳定同位素示踪则广泛应用于生物转化、地球科学、环境科学等领域的研究。
除了以上几种常见的同位素检测方法外，还有其他一些特殊的同位素检测方法。
例如：4.同位素示踪质谱同位素示踪质谱是一种将同位素示踪和质谱分析相结合的方法。
通过将待测样品中的化合物标记为特定同位素，然后使用质谱仪测量其同位素丰度比例的变化，从而研究化合物的代谢途径、反应机理等。
质谱分析.doc
质谱分析1、同位素质谱分析2、无机质谱分析3、有机质谱分析基本裂解方式：1、α-裂解：C-X和C=X基团周围α键的裂解，产物是偶数电子离子2、β-裂解：苄基裂解：具有侧链的芳香化合物进行β键的裂解，产物是偶数电子离子烯丙裂解：双键的β键的裂解，产物是偶数电子离子麦氏重排裂解：C=X键的β键的裂解，同时转移γ-氢原子到X原子上，产物是奇数电子离子RAD裂解：具有环已烯基团的化合物进行环已烯环内双键的双β裂解，产物是奇数电子离子八元环过渡态氢转移β-裂解：具有1，2和5，6双键的链状或环与链的化合物进行3，4键和7，8键的裂解，同时转移7位原子到1位原子上，产物是奇数电子离子上述6种基本裂解方式，其裂解强度大致如下：苄基裂解>α-裂解>麦氏重排裂解、RAD裂解、八元环过渡态氢转移β-裂解>烯丙裂解这6种基本裂解方式除了烯丙裂解较弱外，其他均较强烈，称为定向裂解基团。
质谱名词与术语离子原（ion sourse）出现电位（appearance potential）由给定分子产生某一特定离子，并伴有一定中性碎片出现所需的能量。
电离电位（ionization potential）给定分子电离产生特定离子所需的能量，是特殊情况下的出现电位。
电离效率曲线（ionization efficenicy curve）选定离子的离子强度随提供的能量大小变化的曲线。
质量分析器（mass analyzer）质谱基本方程（equation for maee spectrometer）研究磁偏转质谱仪器推导出的反映离子运动状态的基本方程：m/z=H2R2/2V.其中M/Z表示离子质荷比，H表示磁场强度，R表示离子运动的曲率半径，V表示加速电位质量色散（mass scatter）质量色散是描述质量分析器对不同离子分散效果的一个参数。
由质量差⊿M所引起的两个离子被分开的距离D被定义为质量色散能量聚焦（energy-focusing）将质量相同但能量（速度）不同的离子会聚到一起称为能量聚焦。
第二讲B同位素分析实验技术_质谱
第二讲B同位素分析实验技术_质谱同位素分析是一种重要的实验技术，主要应用在地质学、天体物理学、生物学等领域。
质谱仪作为同位素分析的主要实验仪器，起到了关键的作用。
本文将介绍同位素分析中质谱仪的原理和应用。
质谱仪的原理是基于同位素的质谱仪。
同位素是同一元素的不同原子核，具有相同的化学性质，但质量不同。
质谱仪通过将待测样品蒸发成离子，然后根据离子的质量-电荷比分别进行分离和检测，从而确定待测样品的同位素组成和相对丰度。
质谱仪主要由四个部分组成：样品装置、前处理装置、质谱仪主体和数据处理系统。
其中，样品装置用于蒸发样品成离子，前处理装置用于去除干扰物质，质谱仪主体用于离子分离和检测，数据处理系统用于处理和分析实验数据。
在同位素分析实验中，常用的质谱仪有质谱计和飞行时间质谱仪。
质谱计是根据离子在磁场中运动轨迹的不同来进行质量分离和检测的。
离子在磁场中受到洛伦兹力的作用，轨迹成为半径受质量-电荷比影响的圆周运动。
质谱计可以通过测量离子在磁场中运动的半径和离子的电荷量来确定离子的质量，从而得到同位素的相对丰度。
飞行时间质谱仪是利用离子在电场中的加速、飞行和检测的时间差来进行质谱分析的。
离子在电场中加速后，根据其质量-电荷比的不同，飞行时间也不同。
通过测量离子飞行到检测器的时间差，可以得到离子质量的信息。
飞行时间质谱仪具有分辨率高、灵敏度高、测量速度快的优点，广泛应用于同位素分析。
总之，质谱仪是同位素分析中的关键实验仪器，通过质谱仪可以获得待测样品的同位素组成和相对丰度。
质谱仪的原理有质谱计和飞行时间质谱仪两种，分别适用于不同的实验需求。
同位素分析在地球科学、环境科学和生物科学等领域具有广泛的应用前景。
同位素分析技术的不断发展和改进，将为相关领域的研究提供更加准确和可靠的数据支持。
化学元素的同位素分析方法
化学元素的同位素分析方法同位素分析是一种重要的化学分析技术，用于确定化学元素的同位素组成。
同位素是指具有相同原子序数但质量数不同的原子核。
同位素分析方法对于地球科学、环境科学、生物科学等领域都具有重要意义。
本文将介绍几种常见的化学元素同位素分析方法。
一、质谱法质谱法是同位素分析中常用的一种方法。
它利用质量光谱仪对化学元素的同位素进行检测和分析。
质谱法可以通过测量同位素的相对丰度来确定样品中同位素的含量。
在质谱法中，首先需要将样品转化为气态或溶液状态，然后通过离子化的方式将样品分子转化为离子，并使离子通过电场或磁场加速，进入并相互作用的质量分析器中。
质量分析器可以根据离子的质量/荷比值将同位素进行分离和鉴定。
二、同位素比值质谱法同位素比值质谱法是一种用于确定同位素比值的分析方法。
该方法可以通过测量同位素的相对丰度以及与标准物质的同位素比值，来确定样品中同位素的含量。
同位素比值质谱法的原理是利用质谱仪测量不同同位素的相对丰度，并将其与已知同位素比值的标准物质进行比较。
通过对比测量结果和标准物质的同位素比值，可以计算出样品中同位素的含量。
三、同位素稀释质谱法同位素稀释质谱法是一种分析稀释样品中同位素含量的方法。
该方法通过在待分析样品中加入同位素标准物质，将其同位素含量稀释到适当的范围，然后利用质谱法对样品进行分析。
同位素稀释质谱法的原理是通过测量待分析样品与标准物质的同位素峰面积或峰高的比值，从而确定待分析样品中同位素的含量。
由于待分析样品中同位素的含量经过稀释，使得分析结果更准确可靠。
四、同位素示踪法同位素示踪法是一种用于研究化学反应、代谢过程以及物质迁移的方法。
该方法利用稳定同位素标记的化合物，通过测量样品中同位素的含量变化，来研究反应过程或物质迁移的动力学。
同位素示踪法的原理是将待研究物质中的某种原子或原子团替换为稳定同位素标记物质，使得待研究物质具有可测量的同位素特征。
通过测量标记物质与待研究物质同位素含量的变化，可以了解物质的转化和迁移过程。
利用质谱仪进行同位素定量分析的步骤与注意事项
利用质谱仪进行同位素定量分析的步骤与注意事项质谱仪作为一种高精度的仪器，广泛应用于各个领域的分析和研究中。
其中，利用质谱仪进行同位素定量分析是一项常见的实验技术。
同位素定量分析可以帮助我们了解物质的组成和变化，对于环境科学、生物医学和地质学等领域的研究具有重要意义。
本文将介绍利用质谱仪进行同位素定量分析的步骤与注意事项，以帮助读者更好地进行实验研究。
首先，进行同位素定量分析前，需要准备好实验所需的样品和仪器设备。
样品的准备包括采集样品、样品前处理和样品制备等步骤。
采集样品要注意保持样品的原始状态，避免因外界因素污染或干扰；样品前处理包括样品的破碎、溶解、过滤等处理过程，以获得纯净的样品溶液；样品制备包括溶液的配制和固体样品的制备，确保样品完整、稳定和可靠。
仪器设备的准备包括质谱仪的调试、校准和测量等步骤。
质谱仪的调试要保证仪器各组件的正常工作，如电离源、质量分析器、探测器等；校准是为了确保质谱仪的准确性和精度，通常通过标准物质的测量进行校准；测量过程中，要保持实验环境的稳定和干净，避免外界干扰对实验结果的影响。
其次，进行同位素定量分析时，需要选择适当的离子化方法和离子传输方法。
离子化方法包括电子轰击离子化、化学离子化和电喷雾离子化等，根据样品的性质和化学组成选择合适的离子化方法；离子传输方法包括直接接口传输和间接接口传输等，选择合适的离子传输方法可以提高分析的敏感性和准确性。
对于有机物质的分析，常采用液相色谱质谱联用技术，将液相色谱与质谱相结合，可提高分离和检测的灵敏度和选择性。
然后，进行同位素定量分析时，需要选择适当的质量分析器和探测器。
常用的质量分析器有磁扇形质量分析器、四极杆质量分析器和飞行时间质量分析器等，选择合适的质量分析器可以提高分析的分辨率和灵敏度；常用的探测器有多极电子倍增器、单电子倍增器和微信道电子倍增器等，选择合适的探测器可以提高离子的检测效率和信噪比。
最后，进行同位素定量分析时，需要进行数据处理和结果分析。
质谱 同位素峰
质谱同位素峰
质谱同位素峰是指在质谱图上的峰，它们代表了化合物中不同同位素的相对丰度或相对存在比例。
质谱同位素峰的形成是因为同一种分子离子会因为不同同位素的存在而产生不同的质量。
在质谱图上，同位素峰通常以母峰为基准，以其相对丰度比例的形式表示。
例如，在氧分子的质谱图中，氧分子的母峰为32，而由于存在17O同位素，会形成一个33的同位素峰，其相对丰度比例为0.04%。
质谱同位素峰在化学分析中具有重要的应用，可以用于确定化合物的分子结构和成分，以及分析样品中同位素的相对存在比例等。
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化学元素的同位素分析技术
化学元素的同位素分析技术化学元素是构成物质的最小基本单位，它们可以通过同位素的存在而出现不同的形态。
同位素是一种具有相同原子序数但质量数不同的原子，它们在物理、化学和生物学等领域中有着广泛的应用。
同位素分析技术是一种利用同位素的特性研究物质性质和反应机制的方法，广泛应用于石油、化工、医药等领域。
同位素的分析方法可以分为质谱法、放射性同位素法和非放射性同位素法三种。
质谱法是使用质谱仪分析样品的同位素组成，从而获得样品分子的质量谱。
质谱法因其灵敏度高、选择性好和分析速度快等优点而广泛应用于同位素分析。
质谱法可以通过质谱仪的电子轰击源或者激光解离源对样品进行分析。
电子轰击源通过电子撞击样品产生离子，而激光解离源则是使用激光对分子进行解离。
相对于质谱法而言，放射性同位素法能够通过放射性同位素的衰变来记录测量结果。
利用同位素放射性特性来确定浓度和存在的形态，这种方式主要应用于放射性同位素的测量、代谢和分析等方面。
不同的放射性同位素有不同的衰变方式，衰变速率与活度成正比。
测量样品辐射计数率即可测得其中放射性核素的活度。
非放射性同位素法主要通过分析不同同位素的化学、物理性质的差异，来对样品进行分析。
这种方法主要包括稳定同位素稀释法、化学振荡法和手机质谱法等。
常用的同位素分析技术是稳定同位素稀释法，该法是使用特定的同位素比值来记录一个化合物分子的相对浓度。
例如，使用碳同位素比值（13C/12C）来确定有机化合物的起源和代谢方式。
当有机分子中含有不同比例的13C/12C同位素时，经过质谱分析可得出它们的相对比例。
另外，同位素的分馏效应是利用同位素在分馏过程中的分布变化来分析样品的。
例如，氧同位素分馏通常用于分析气候变化、地质发展等领域。
总之，同位素分析技术的不断发展和创新，对于了解自然界和生命体系的工作有极其重要的作用。
随着技术的进步，同位素分析技术在各个领域的应用也将不断地扩大，为人们更好的认识物质的性质和构成提供更为准确的数据和方法。
同位素内标作用
同位素内标作用
同位素内标（Isotope Internal Standard，IIS）是质谱分析中常用的
一种定量分析技术。
同位素内标是指在待测样品中加入一定量的同位
素标准物质，在质谱仪的质量光谱中以同位素峰的形式检测其存在量，以此计算出待测物质的含量。
同位素内标作用主要有以下三个方面：
一、提高准确性
在质谱分析中，人为因素和仪器误差对结果的影响难以避免。
为了消
除这种影响，需要利用同位素内标来提高分析结果的准确性。
在实际
分析中，加入同位素内标后，得到的检测结果不仅可以计算待测物质
的含量，还可以检测质谱仪的响应变化，消除干扰等问题，保证结果
的准确性。
二、提高灵敏度
同位素内标可以提高质谱分析的灵敏度。
与传统的定量方法相比，同
位素内标具有更高的精度和灵敏度。
通过添加内标物质，可以在检测
到非常低浓度的物质时，提高信号峰的信噪比，提高质谱分析的灵敏
度。
同时还可以避免样品中微量杂质对质谱仪的影响，从而获得更为准确的结果。
三、提高可比性
同位素内标可以提高不同样品之间的可比性。
不同的样品可能会受到不同的影响，导致分析结果的误差增加。
利用同位素内标作为定量标准物质，可以消除不同样品之间的差异，提高分析的可比性。
总之，同位素内标作为一种高精度、高灵敏度、可比性强的质谱分析技术，在生化、制药、环境保护、食品安全等领域都有广泛的应用。
在实际分析中，需要根据具体测试对象和所需精度等多种因素选择适当的同位素内标，以获得最为准确的结果。
同位素质谱分析
二、质谱分ห้องสมุดไป่ตู้----2.基本原理 扇型磁场
离子源 信号接收器
信号接收器
二、质谱分析----3.主要性能指标
3.主要性能指标：
可测质量范围
分辨本领：M/△M 灵敏度 精密度 准确性
二、质谱分析----4.进样系统
二、质谱分析----4.进样系统
（1）双进样系统
常规的双进样系统
质量数为45的离子数 13C16O16O12C16O17O R45 ＝ 12 16 16 质量数为44的离子数 C O O
定义：
C R13 12 C
13
O17O R17 16 16 O O
16
R45( sd ) R17 ( sd ) 18 45 改写为： 13C m O R 2 R 13( sd ) 13( sd )
氢同位素的质谱测定有两个困难
由于H2和HD的相对质量差很大，同位素分馏 效应明显，因此为防止测量过程中质量分馏 效应，需采用粘滞流进样 在离子源形成 H2+ 和 HD+ 的同时，还由于 H2+ +H H3+形成副产品H3+，大多数质谱计难以 分辨HD+和H3+，因此必须对H3+进行校正 通常采用双进样比较法进行校正，即在进气 压力相同的情况下，交替引入待测样品和标 准样品，用标准样品的测定值和真值对待测 样品进行校正，求得待测样品的δD值
稳定同位素样品制备
用同位素质谱计测定样品的C、H、 O、S等同位素组成之前，须先将样 品转变为相应的气体，如H同位素 分析采用氢气，C、O同位素分析采 用CO2气体，S同位素分析采用SO2 或SF6气体
化学反应的同位素质谱分析
化学反应的同位素质谱分析同位素质谱分析是一种利用同位素特定质量差异的物理技术来研究化合物结构和反应机制的方法。
它通过测量样品中同位素的相对含量和分子离子的质量谱峰来确定反应发生的路径和速率。
本文将介绍同位素质谱分析的原理和应用。
一、同位素质谱分析原理同位素质谱分析是建立在同位素的存在和相对丰度差异的基础上的。
同位素是指在原子核内质子数相同，但中子数不同的一类元素核素。
同位素的存在使得不同同位素的化合物在质谱中会产生不同的质量谱峰。
同位素质谱分析的基本原理是将化合物样品分子离子化，并通过质谱仪对离子进行质量筛选和检测。
具体来说，样品经过电离产生正离子，正离子经过加速和聚焦后进入质谱仪的磁场区域。
在磁场中，具有不同质量的离子会受到不同的离心力，从而形成质量谱峰。
二、同位素质谱分析应用1. 确定反应路径同位素质谱分析可以用于研究化学反应发生的具体路径。
在反应过程中，不同同位素的位置会影响化学键的形成和断裂，从而导致相对含量的变化。
通过测量各同位素的离子峰比例，可以推断出反应中关键化学键的破裂和重组。
2. 跟踪同位素标记物同位素质谱分析还可以用于跟踪同位素标记物在生物系统中的行为。
在生物医学研究中，将药物或标志物中的特定原子替换为同位素，可以通过测量标记物的质谱峰来确定它们在生物体内的动态分布和代谢途径。
3. 探究元素循环同位素质谱分析对于研究地球系统中元素循环也有重要意义。
比如，利用氧同位素质谱分析可以追踪水的来源和河流与海洋中的交换过程；利用碳同位素质谱分析可以研究生物质来源和降解过程。
通过测量不同环境样品中同位素的相对含量，可以探究元素的迁移和转化机制。
4. 分析文化遗产同位素质谱分析还可以应用于文化遗产的研究和鉴定。
利用同位素质谱分析技术，可以确定物质的来源和年代。
例如，可以通过分析古代陶瓷中的同位素组成来确定其产地；通过分析古文献中的油墨中的同位素组成来确定其年代。
三、同位素质谱分析的进展与挑战随着科学技术的不断发展，同位素质谱分析技术也得到了长足的进步。
临床质谱同位素内标法
临床质谱同位素内标法
同位素内标法是一种常用的质谱分析方法，可以用于确定样品中化合物的相对丰度或纯度。
在同位素内标法中，使用一种已知同位素丰度的化合物作为内标，将其混合到待测样品中，并同时进行质谱分析。
由于内标和待测样品中的化合物都具有相同的质荷比，因此它们会在相同的质谱峰上出现。
通过计算内标峰和待测样品中化合物峰的相对强度，可以确定待测样品中化合物的相对丰度或纯度。
临床质谱同位素内标法通常用于确定蛋白质或代谢产物的相对丰度或纯度。
例如，在蛋白质组学研究中，可以使用同位素标记的氨基酸或其他代谢产物作为内标，以确定蛋白质或代谢产物的相对丰度或纯度。
此外，临床质谱同位素内标法还可以用于确定药物代谢产物的相对丰度或纯度，以及评估药物代谢动力学和药效学参数。
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气体、液体 气体、 有机混合物
GC分离 分离
MS GC
Combustion Interface
外 精 度 (n=5 ， std.dev ； FID MIX 标 样 300 ng/µl=45 ng H2；无分流 ：5.0‰ 无分流)
3、元素分析仪-连续 元素分析仪流界面Ⅲ+ 流界面Ⅲ+ 质谱
气相色谱-高温热转变型 燃烧界面 气相色谱 高温热转变型燃烧界面 质 高温热转变型 燃烧界面-质 谱 (GC-High Temperature Conversion Interface-MS; i. e. GCTCMS) ： 允许液体和气体样品中单体化合物
18O/16O,
H/D的测定 的测定
单体化合物中18O/16O, H/D测定基本原理 测定基本原理(1) 测定基本原理
DELTA plus XL 气体同位素比值质谱
生产商： 生产商：美国菲尼根玛特质谱公司 制造地： 制造地：德 国 前处理设备： 前处理设备： ① 双流进样系统 气相色谱HP6890-燃烧界面Ⅲ 燃烧界面Ⅲ ② 气相色谱 燃烧界面 元素分析仪EA1112-连续流界面Ⅲ 连续流界面Ⅲ ③ 元素分析仪 连续流界面 基本功能： 基本功能：H/D,
电脑—— 电脑——ISODAT 软件 ——
数据处理与ISODAT 数据处理与ISODAT 软件
• REAL32操作系统下的应用软件，但支持鼠标； 操作系统下的应用软件，但支持鼠标； 操作系统下的应用软件 • 能控制上述多种配置，包括质谱和样品前处理 能控制上述多种配置， 设备（Duel inlet system，GC，EA etc.）； 设备（ ， ， ）； • 多任务操作软件，如在样品采集的同时，可对 多任务操作软件，如在样品采集的同时， 已做过的样品进行数据处理。 已做过的样品进行数据处理。
第三章 同位素质谱分析
第一节 同位素的概念
原子由原子核和核外电子组成， 原子由原子核和核外电子组成，原子的重量主要集 中在原子核中，核外电子的重量非常小。 中在原子核中，核外电子的重量非常小。原子核 包含大量的基本粒子， 包含大量的基本粒子，其中质子和中子被看作是 原子核的主要构成，反映了原子核的质量和电荷。 原子核的主要构成，反映了原子核的质量和电荷。 质子是一种带正电的离子， 质子是一种带正电的离子，一个质子的电荷与一 个电子的电荷大小相同，极性相反。 个电子的电荷大小相同，极性相反。中子的质量 与质子的质量相近而略偏重，不带电荷。 与质子的质量相近而略偏重，不带电荷。一个中 性原子的核外电子数与质子数相等，因此， 性原子的核外电子数与质子数相等，因此，当原 子处于电中性时， 子处于电中性时，原子核的质子数决定了该原子 所拥有的核外电子数， 所拥有的核外电子数，核外电子及其分布决定原 子的化学性质。 子的化学性质。 同位素： 同位素：指原子核内质子数相同而中子数不同的一 类原子。 类原子。
第二节 质谱仪器的组成及结构
质谱仪器是用于测定物质的分子量、 质谱仪器是用于测定物质的分子量、原子量 及其丰度和同位素组成的仪器。 及其丰度和同位素组成的仪器。按检测离 子的方式，质谱仪器可分为两类：一类是 子的方式，质谱仪器可分为两类： 用照像法同时检测多种离子， 用照像法同时检测多种离子，称为质谱仪 （mass spectrograph），另一类是用电子 ），另一类是用电子 ）， 学方法检测离子，称为质谱计（ 学方法检测离子，称为质谱计（mass spectrometer），后者目前已被广泛用来精 ），后者目前已被广泛用来精 ）， 确测定元素的同位素组成。 确测定元素的同位素组成。
质谱 DELTA plus XL
瞬间燃烧 T=~1800℃ ℃
连续流界面 ConFlo Ⅲ
混合气体产物 CO2、N2、NyOx、 、 SO2、H2O、O2… 、
依次流出N 依次流出 2、CO2、SO2
由分析流程串起的基本结构
1
液体、 液体、气体样品
2
氧 化 炉 13 12 C/ C，15N/14N ， 燃烧界面Ⅲ 燃烧界面Ⅲ Combustion InterfaceⅢ Ⅲ
1、双流进样系统 + 质谱
允许样品气体或标准气体的同位素比 测量和标定， 值的 测量和标定，如 CO2, N2, SO2, HD等 等 绝对灵敏度：<1500 分子 离子； 分子/离子 离子； 绝对灵敏度： 内精度(std.error×t) ： 内精度 × CO2 [13C] ：0.006‰ CO2 [18O] ： 0.012‰ H2, >200 bar µl ：0.25‰
18
双流进样系统 Duel Inlet System
CO2, N2, SO2, HD
气相色谱 HP6890 +分流 无分流、冷柱头进样口 分流/无分流 分流 无分流、 TC O/ O，H/D ，
16
固体、 固体、液体样品
质 谱 DELTAplusXL MS
3
元素分析仪 CE EA 1112 + 自动进样器 连续流界面Ⅲ 连续流界面Ⅲ ConFlo Interface Ⅲ 13 12 15 34 C/ C， N/14N， S/32S ， ，
34S/32S 13C/12C, 15N/14N, 18O/16O,
五种元素的气体同位素比值的测定
ConFloⅢ
氧化炉
TC
仪器外观
CombustionⅢ
GC
控制电脑
DELTAplus XL 质谱主机
仪器的三种基本配置
① 双流进样系统 + 质谱 ② 气 相 色 谱 HP6890- 燃 烧 界 面 Ⅲ(氧化炉型和高温热转变型 ) + Ⅲ( 氧化炉型和高温热转变型) 氧化炉型和高温热转变型 质谱 元素分析仪EA1112-连续流界 ③ 元素分析仪 面Ⅲ + 质谱
离子源的种类主要有：电子轰击、 离子源的种类主要有：电子轰击、表面热电 二次离子化等。 离、二次离子化等。 ）：是质量分析 （2）磁分析器（质量加速器）：是质量分析 ）磁分析器（质量加速器）： 器的一种，目的是把不同质量的离子分开。 器的一种，目的是把不同质量的离子分开。 主要由精心设计的电磁铁和置于其间的飞 行金属管道组成。 行金属管道组成。 （3）离子接收器：由一个有限制狭缝板和金 ）离子接收器： 属杯（法拉第筒）组成。 属杯（法拉第筒）组成。现代质谱计有多 个接收器，可同时接收、 个接收器，可同时接收、记录被分开的几 束离子及其强度
单体化合物中13C/12C 测定的基本原理
氧化炉氧化 CuO；940℃ ； ℃ H2O+CO2
气体、 气体、液体 有机混合物
水阱除H2O 水阱除 NAFIONTM GC分离 分离
CO2
MS GC
Combustion Interface
烷烃， 外精度 (n=10， std.dev； n-C14 、 C15 、 C16 烷烃 ， ， ； 每次1 进入柱内) 每次 nmol C,即12ng进入柱内 ：0.2‰ 即 进入柱内
同位素的表示：在元素符号的前面，下脚标为质子数， 同位素的表示：在元素符号的前面，下脚标为质子数， 上脚标为质量数。如氧的同位素： 上脚标为质量数。如氧的同位素： 16 O, 17 O, 18 O 8 8 8 又如碳的同位素 12 C, 13 C 等。由于某一元素的质子 6 6 数是固定的，所以下脚标质子数可以忽略不写； 数是固定的，所以下脚标质子数可以忽略不写；如 16O、17O、18O、12C、13C等。 、 、 、 、 等 每一个同位素又统称为核素，其总数目接近1700种， 每一个同位素又统称为核素，其总数目接近 种 但只有约260种是稳定的。许多元素有两种或多种同 种是稳定的。 但只有约 种是稳定的 位素。 位素。 同位素可分为稳定同位素和不稳定同位素两类。 同位素可分为稳定同位素和不稳定同位素两类。大部 分放射性同位素并不自然存在， 分放射性同位素并不自然存在，因为与太阳年龄相 它们的衰变速率太快， 比，它们的衰变速率太快，但它们可以在实验室中 用核反应的方法人工产生。 用核反应的方法人工产生。 同位素含量用同位素丰度来表示， 同位素含量用同位素丰度来表示，即一定元素的某一 同位素在诸同位素总原子数中的相对百分含量。 同位素在诸同位素总原子数中的相对百分含量。如 1H为99.9852%，2H为0.0148%。 为 ， 为 。
2、气相色谱-燃烧界面Ⅲ+ 质谱 气相色谱-燃烧界面Ⅲ+
气相色谱-氧化炉型燃烧接口 质谱 气相色谱 氧化炉型燃烧接口-质谱 氧化炉型燃烧接口 (GC-Oxidation Reactor Interface-MS; i. e. GCCMS)： ：
允许液体和气体样品中单体有机化合物 13C/12C，15N/14N 测定 ，
在地球科学中，研究最多的同位素包括： 在地球科学中，研究最多的同位素包括： 稳定同位素包括： 、 、 、 、 、 、 稳定同位素包括：1H、2H、12C、13C、14N、15N、 16O、18O、32S、34S等。 、 、 、 等 放射性同位素及放射成因同位素包括： 放射性同位素及放射成因同位素包括： 87Rb→87Sr、147Sm→143Nd、238U→206Pb、 、 、 、 235U→207Pb、232Th→208Pb等。 、 等 宇宙射线成因的放射性同位素10Be、14C等。 、 等 应用： 应用： 稳定同位素在地质过程中有分馏现象， 稳定同位素在地质过程中有分馏现象，从而对地 质过程有示踪效果； 质过程有示踪效果； 放射性同位素的衰变可以作为地质体的年龄测定； 放射性同位素的衰变可以作为地质体的年龄测定； 放射性同位素与稳定同位素的比值往往对地质过 程也有示踪效果。 程也有示踪效果。
DELTA 2H HD 0.015%
n-y x/2 Cn Hx Oy GC/TC y
C
H2 99.985%
H2 CO
DELTA 18O/16O
12C18O 12C16O