同位素质谱应用

δ13C = +1‰ 变化 vs PDB δ13C = -1‰ 变化 vs PDB
Delta ‰ （千分值）=(13C/12Csam13C-1/31C2/C1P2DCBPDB) x 1000
自然界碳同位素变化
稳定同位素比质谱仪IRMS
Isotope Ratio Mass Spectrometer
一、同位素的概念和原理
同位素？？
原子、中子和同位素
1 1H
1 质子, 1 电子
2 1H
(D)1 质子, 1 中子, 1 电子
3 1H
(Tritium) 1 质子, 2 中子, 1 电子
同位素？？
一个原子或离子的质量主要在原子核
质子
带一个正电荷并且有一个原子的质量. 它的实际质 量 近似为 10-24g
dilution • 不需稀释，直接分析高CHale Waihona Puke BaiduN:S比的样品
自动增益转换 自动高阻检测
最具智进能行化附近的同I位R素M样S品前分置析无放需大转器换放大器
即插即用的高阻具有优秀的系统弹性
可升级的多接收器阵列
简单增加分析接收通道，实现多接收器应用要求
仪器诊断套件
完整的诊断软件，用户可自定义参数，对测试系统性能
Isoprime 100+EA vario PYRO cube
Elemental 固体和液体的批量分析 Analyser CHNS 顺序分析
CNS & OH 高温分析
EA diluter
GC
d13C, d15N, dD and d18O 单体 烃同位素比值 （ 由 GC分离 得到）
TraceGas
可选择的放大器抽真空系统
可对放大器部分抽真空，获得极低的噪声，并内置压力和温度传 感器
IonVantage 软件
• 新版软件提供给用户最具灵活性的EA-IRMS系统 • IsoPrime100与Elementar研发的新元素分析仪套件相连接 • IonVantage IRMS软件可智能，直观的计算机控制EA • “一次运行”样品程序和分析结果同步功能 • 自动检漏功能和方法设计
中子 电子
.带一个零电荷并且有一个原子的质量. 它的实际质 量 近似为 10-24g
带一个负电荷，只有一个为质子的 onl1/2000th质 量
质子数和中子数的总和 = 原子量 12 13 C, C 66
原子数 = 质子数
稳定同位素的自然丰度
100
80
%
60 40
20
0
Hydrogen
99.984 0.0156
稳定 IRMS只分析化学稳定的同位素，无放射性。主要分析
的稳定同位素有：
2H
13C
15N
18O
34S
上述同位素一般转化为如下气体引入IRMS，所 以也可以叫气体同位素质谱仪：
H2
CO2
N2
CO
SO2
比 IRMS测量‘较重’同位素对‘较轻’同位素的比率，以
CO2为例：
IRMS分析的比率：45/44 和 46/44
1H
1
H H 2
3
1
1
100
80
%
60 40
20
0
Nitrogen
99.635
0.365
N 14 7
N 15
7
100
80
%
60 40
20
0
Carbon
98.892 1.108
C 12 6
C 13 6
C 14 6
100 80
% 60 40 20 0
Oxygen
99.759 0.037 0.204
O 16 8
-13‰
-15‰
-17‰
-3‰
-5‰
δ18O = 0 ‰
纬度效应、大陆效应、海拔效应、季节效应
1、植物光合作用类型的判定； 2、氮分配与利用：15N标记方法； 3、植物水分利用效率的测定； 4、植物水分胁迫程度的指示； 5、植物水分来源的研究； 6、同位素在食物链研究中应用
Ionisation Source
Magnet Separation
100V 前置放大器
IsoPrime
IsoPrime100
0V 10V
50V
100V
所有IRMS系统中最大的线性范围
• 实用的无限制放大器 — 范围增加10倍 • 可轻松分析微量样品，无需对分析精度妥协 • Ability to analyse very high C:N:S ratios without need for
O O 17
18
8
8
100
80
%
60 40
20
0
32
S Sulphur 16
95.02 0.76 4.210
33
S 16
34
S 16
0.014
36
S 16
各种同位素的Delta值的标准
HO:SMOW 大洋水（Standard Mean Ocean Water） D/H=（155.76 ± 0.10）× 10-6 δD,SMOW =0‰（ δDSMOW =0‰ ） 18O/16O=(2005.2 ± 60)× 10-6 δ18O,SMOW=0‰（δ18OSMOW =0‰ ）
S: CDT 选用Canyon Diablo铁陨石中的陨硫铁(Troilite)为标准物质 34S/32S = 0.0450045 ± 93 δ34S,CDT =0‰ （ δ34SCDT =0‰ ）
同位素比值: 非常小的值
13C/12C PDB = 0.011237
国际通用的参考物质(PDB)
举例 13C/12C SAMPLE = 0.011248 13C/12C SAMPLE = 0.011226
痕量N2O, CO2 和 CH4 大气样品分析,
硝酸还原微生物方法
二、稳定同位素质谱的应用
地质
(古环境) 海洋 水文地理
大气 气候变化
土壤 农业环境
生态 生物地球化学循环
食品掺假 兴奋剂检测 法医鉴定 临床生物学 石油化工
陆地生态系统的稳定碳同位素变化
陆地生态系统的稳定氮同位素变化
水气输送过程中氢氧同位素变化
稳定同位素质谱分析—测量过程
氧化燃烧还原 高温裂解
12C16O18O+, 13C16O17O+ 12C16O17O+, 13C16O2+ 12C16O2+
CO2 SO2 N2 H2O
CO
Multiple Detectors 46 45 44
H2 CO2
IsoPrime100 IRMS
Faraday Collectors
C:PDB 美国南卡罗来纳州白垩纪皮狄组层位中的拟箭石化石（Peedee Belemnite）
13C/12C=(11237.2 ± 93)× 10-6 δ13C, PDB=0‰（ δ13CPDB=0‰ ）
N : Air 空气中氮气为标准（ Air ） 15N/14N= (3676.5± 60)× 10-6 δ15N, Air =0‰ （ δ15NAir =0‰ ）