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。
南京大学现代分析技术之同位素质谱分析及其地质应用
g
a
e
质 8 子 7 数 6 Z 5
4 3 2 1
1 1H 9 6C 5 8B 10 6C 9 8B
13 14 15 16 17 18 19 20 8O 8O 8O 8O 8O 8O 8O 8O 12 7N 11 6C 10 8B 13 7N 12 6C 11 8B 14 7N 13 6C 12 8B 15 7N 14 6C 13 8B 16 7N 15 6C 17 7N 16 6C 18 7N
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。放射性同位素的衰变可以用
作地质体的年龄测定。放射成因同位素与同一元 素的稳定同位素的比值往往对地质过程也有示踪
效果。
第二节 质谱学(Mass Spectrometry) 1. 质谱仪器发展简史 简单来说，质谱仪器是用于测定物质的分子 量、原子量、及其丰度以及同位素组成的仪器。 按检测离子的方式，质谱仪器可分为两类：
每一个同位素又可称为核素(Nuclide)，核素的
总数目接近1700种。但只有264种是稳定的，
还有少量自然界存在的不稳定或放射性核素， 两者构成元素周期表的元素。
同位素可分为稳定同位素和不稳定或放射性同位
素两类。大部分放射性同位素在自然界已不存在，
因为与太阳系年龄相比，它们的衰变速率很快， 但它们可在实验室用核反应的方法人工生产。
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：例如1H 99.9852%，2H 0.0148%。
在地球科学中，研究得最多的稳定同位素包括： 1H，2H；10B,11B; 12C，13C；14N，15N；16O， 18O；32S，34S 等。 放射性同位素及放射成因同位素包括： 87Rb87Sr、147Sm143Nd、238U206Pb、 235U207Pb、232Th208Pb、 187Re187Os 等等。 宇宙射线成因的放射性同位素如10Be10B、 14C14N 等
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。
质谱中同位素离子峰_c3h8_概述说明以及解释
质谱中同位素离子峰c3h8 概述说明以及解释1. 引言1.1 概述同位素离子峰在质谱分析中扮演着重要的角色。
C3H8是丙烷分子的化学式，由于其结构上包含C和H两种元素，因此会存在多种同位素形式。
本文将对C3H8同位素离子峰进行概述、解释和详细解析，并探讨它们在质谱应用中的意义和用途。
1.2 文章结构本文共分为五个部分：引言、正文、实验方法和技术参数、结论与展望。
具体而言，引言部分将对文章进行概述介绍；正文部分包括同位素离子峰定义、C3H8的分子式和结构以及同位素离子峰在质谱中的生成原理等内容；接下来是C3H8同位素离子峰的详细解释，包括主要同位素种类和丰度分布特点、各同位素离子峰的质谱图解析以及在质谱应用中的意义和用途；实验方法和技术参数部分将介绍样品制备与质谱仪器设备、质谱参数设置与操作流程说明以及数据处理与结果解读方法简述；最后，结论与展望部分将总结实验结果及主要发现，讨论C3H8同位素离子峰研究的启示与意义，并展望未来的研究工作。
1.3 目的本文旨在全面探讨C3H8同位素离子峰在质谱分析中的重要性和应用价值。
通过对其定义、分子式和结构说明以及生成原理的阐释，进而详细解释C3H8同位素离子峰的特点，并介绍它们在质谱应用中的意义和用途。
同时，本文还将介绍实验方法和技术参数，为读者提供了解如何进行相关研究所需的基础知识。
最后，结论与展望部分将对实验结果进行总结并讨论C3H8同位素离子峰研究的启示，为未来研究工作指明方向。
通过本文内容，读者将能够深入了解和应用C3H8同位素离子峰在质谱领域中的重要性和潜力。
2. 正文：2.1 同位素离子峰的定义同位素离子峰是指在质谱仪中通过将样品分解成离子并对这些离子进行分析检测时，各种同位素的离子所形成的特征峰。
每一个元素都存在多种同位素，其原子核内的中子数不同，从而导致了相应元素的同位素离子峰。
质谱仪可以根据不同的同位素质量对电荷比选择性地进行检测和记录。
2.2 C3H8的分子式和结构C3H8是正丙烷的分子式，即由三个碳原子和八个氢原子组成。
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
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。
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。
稳定同位素质谱与同位素光谱结合的方法分析氧同位素１７Ｏ／１６Ｏ
２０１３年６月Ｊｕｎｅ２０１３岩 矿 测 试ＲＯＣＫＡＮＤＭＩＮＥＲＡＬＡＮＡＬＹＳＩＳＶｏｌ．３２，Ｎｏ．３３９２～３９７收稿日期：２０１２－１２－０３；接受日期：２０１３－０２－２０基金资助：中国地质大调查项目（１２１２０１１１２０２７６，１２１２０１１３０１５１００）作者简介：李立武，博士，研究员，主要从事气体地球化学分析测试与研究。
Ｅ ｍａｉｌ：ｌｌｗｕ＠ｌｚｂ．ａｃ．ｃｎ。
文章编号：０２５４５３５７（２０１３）０３０３９２０６稳定同位素质谱与同位素光谱结合的方法分析氧同位素１７Ｏ／１６Ｏ李立武１，王 广２，李中平１，杜 丽１，曹春辉１（１．中国科学院油气资源研究重点实验室，甘肃兰州 ７３００００；２．国家地质实验测试中心，北京 １０００３７）摘要：传统的氧同位素分析方法一般将各种形式的氧转化为ＣＯ２，再通过稳定同位素质谱测定其氧同位素组成，由于二氧化碳中的１７Ｏ和１３Ｃ在质谱中有相同的质荷比ｍ／ｚ，这种方法不能测得１７Ｏ同位素的丰度，三氧同位素（１６Ｏ、１７Ｏ、１８Ｏ）丰度分析的关键是１７Ｏ同位素丰度的分析。
为了测量１７Ｏ同位素丰度，一般需要先将各种形式的氧转化为Ｏ２，然后利用稳定同位素质谱进行分析，转化过程复杂或者有危险。
本文提出了一种新思路，应用稳定同位素质谱与碳同位素光谱相结合的方法分析１７Ｏ／１６Ｏ。
先采用传统方法将各种形式的氧转化为ＣＯ２，再由多接收器稳定同位素质谱计测得ＣＯ２的质谱峰高比４５／４４（记为Ｒ４５），同位素光谱如光腔衰荡光谱测得１３Ｃ／１２Ｃ（定义为Ｒ１３），计算其同位素比值１７Ｏ／１６Ｏ＝（Ｒ４５－Ｒ１３）／２，方法的分析精度好于±０．０８‰（１σ）。
该方法是在传统方法的基础上，增加一个ＣＯ２碳同位素光谱分析步骤，通过简单的数据处理就可以获得１７Ｏ同位素组成，而无需将各种形式的氧转化为Ｏ２，１８Ｏ同位素样品制备方法成熟，无危险性，且分析精度优于或相当于其他测试方法。
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。
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。
地球化学中的同位素分析
地球化学中的同位素分析地球化学是研究地球化学成分、地球化学过程、地球化学循环和地球化学环境的一门学科。
其中的同位素分析是地球化学中的重要分支之一。
同位素是指具有相同原子序数但不同质量数的单质，在自然界中广泛存在。
同位素分析可用来研究岩石、矿物、水体、大气等自然现象，也可用来解决环境、生物和人类问题。
同位素分析的原理是依据同位素在化学和物理活动中的差异性。
同一元素的同位素化学性质相同，但物理性质不同。
例如，具有同位素^12C和^13C的二氧化碳分子在光谱分析技术中可以被分辨，从而得到不同的信号。
利用这些信号，就可以分析样品中同位素的含量和同位素比值。
同位素分析的方法主要包括质谱法、光谱法、放射性测量法等。
其中，质谱法是同位素分析中最常用的方法之一。
该方法基于质谱仪的原理，利用精确的磁场和电场对离子进行分析，得出不同离子的质量-电荷比，从而测定样品中的同位素含量。
同位素分析在地球化学中有许多应用。
以下介绍几个例子：1.同位素示踪法同位素示踪法是同位素分析中使用最广泛的应用之一。
当同位素被注入到一个系统中时，同位素浓度会随着时间变化而发生变化。
通过测量不同时间点的同位素浓度，可以了解系统中各种物质的来源、分布和移动方式。
地球化学中常用的同位素示踪法包括放射性示踪法和稳定同位素示踪法。
放射性示踪法是将一种有放射性同位素标记注入样品中，通过测量标记同位素的衰变速率和产生的辐射量来示踪样品中物质的分布和运动。
稳定同位素示踪法则是利用稳定同位素测定样品中物质的来源、变化和转移。
2.同位素地球化学同位素地球化学是利用同位素在地球科学中的广泛应用，包括地质学、气候学、生物学和环境科学。
通常情况下，地球化学家使用不同的同位素分析方法来研究样品的化学成分和样品的起源。
例如，根据岩石中铀、钍、锶等放射性同位素的衰变速率，研究岩石的时代和成因；利用碳同位素分析技术，研究生物的食物链变化和生物地球化学过程；通过测量气体中气体同位素的含量和同位素比值，可以研究大气的物理和化学特性。
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。
同位素质谱分析
3、碳同位素制样
自然界中旳碳可分为无机碳和有机碳，不论以什么 形式存在，都要把它们转化为CO2后才干供质谱 分析。
对于无机碳矿物一般采样磷酸法，对于有机碳或元 素碳，将其在高温（1000℃）氧气流中燃烧，使 之转变为CO2气体。
4、硫同位素制样
GC分离
H2O+CO2
水阱除H2O NAFIONTM
GC
Combustion Interface
CO2
MS
外精度 (n=10，std.dev；n-C14、C15、C16烷烃， 每次1 nmol C,即12ng进入柱内) ：0.2‰
单体化合物中15N/14N 测定旳基本原理：
氧化炉氧化 CuO；940℃
氧化炉
气体、液体 有机混合物
H2+CO
TC
18O/16O : 1250℃ （Pt/Ni）
D/H : 1450℃
GC分离
GC
Combustion Interface
MS
外精度 (n=5，std.dev；FID MIX 标样300 ng/μl=45 ng H2；无分流) ：5.0‰
3、元素分析仪-连续 流界面Ⅲ+ 质谱
在同位素比值测定中，常给出丰度敏捷度。若大丰 度旳M质量峰旳离子流强度为IM，该峰旳“拖尾” 对于相邻旳低小丰度旳若离子质量峰强度旳贡献 为ΔIM，则 丰度灵敏度＝ IM
I M
所以， ΔIM越小，丰度敏捷度越大。 5、精密度和精确度
精密度表达仪器所进行旳反复测量旳符合程度。以
原则偏差S表达：
S
(Xi X )2
• REAL32操作系统下旳应用软件，但支持鼠标； • 能控制上述多种配置，涉及质谱和样品前处理
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。
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。
气候变化监测 土壤有机碳氧同位素分析 质谱法-最新国标
气候变化监测土壤有机碳氧同位素分析质谱法1范围本文件规定了气候变化监测中土壤有机碳氧同位素质谱分析样品的富集提取步骤、监测分析方法和质量要求。
本文件适用于历史气候变化及气候生态环境监测中各种类型土壤及江河、湖、海底部淤泥中的土壤有机碳氧同位素的分析。
2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T6682—2008分析实验室用水规格和试验方法SY/T5238—2019有机物和碳酸盐碳、氧同位素分析方法3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
土壤有机碳soil organic carbon赋存于各种类型土壤中或江河、湖、海底泥中的天然腐殖物质。
氧同位素oxygen isotope原子序数为8，质子数为8，中子数分别为8、9、10的化学元素互为氧同位素。
物质的氧同位素组成δ18O由18O/16O来描述，单位为‰。
质谱法mass spectrometry质谱分析法的简称，是利用质谱仪测定元素同位素质量和其相对丰度的方法。
4基本要求仪器设备要求a)离心机1)转速：≥4000r/min2)离心管：100mlb)二氧化碳离线制样装置1)前炉温度：970±10℃2)后炉温度：830±10℃3)银丝管段温度：400~500℃c)气体稳定同位素质谱仪1)灵敏度：S≥10A/Pa2)分辨率：m/△m≥95(10%峰谷)d)元素分析—同位素质谱联用仪1)质量数范围：1~80Dalton at3KV2)绝对灵敏度：1500分子/离子3)分辨率：m/△m=110(10%峰谷)试剂材料要求a)标准物质：苯甲酸(Benzoic Acid)IAEA–601b)氢氟酸（40%）：分析纯（AR）c)盐酸（36%~38%）：分析纯（AR）d)无水乙醇：化学纯（CP）或分析纯（AR）e)纯净水：GB/T6682规定的二级水f)混合酸溶液Ⅰ：氢氟酸100ml+盐酸100ml+纯净水800mlg)混合酸溶液Ⅱ：氢氟酸200ml+盐酸200ml+纯净水600mlh)混合酸溶液Ⅲ：氢氟酸400ml+盐酸400ml+纯净水200mli)氦气：纯度大于99.99%j)氧气：纯度大于99.99%k)二氧化碳气：纯度大于99.99%l)液氮5分析与测定测定原理利用18O和16O质荷比的差异在质谱仪中进行分离检测，得到18O丰度与16O丰度之比即氧同位素比值R。
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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。
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,
34S/32S
13C/12C, 15N/14N, 18O/16O,
五种元素的气体同位素比值的测定
MS
GC分离
GCN2+Fra bibliotekO2Combustion Interface
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
气相色谱-氧化炉型燃烧接口-质谱 (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
单体化合物中13C/12C 测定的基本原理
氧化炉氧化 CuO；940℃ 气体、液体 有机混合物 H2O+CO2
水阱除H2O NAFIONTM GC分离
CO2
MS GC
Combustion Interface
外精度 (n=10，std.dev；n-C14、C15、C16烷烃， 每次1 nmol C,即12ng进入柱内) ：0.2‰
单体化合物中15N/14N 测定的基本原理：
氧化炉氧化 CuO；940℃ 还原炉还原 Cu；600℃ N2+H2O+CO2 气体、液体 含氮有机混合物 H2O+CO2+Ny OX
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
允许样品气体或标准气体的同位素比 值的 测量和标定，如 CO2, N2, SO2, HD等
绝对灵敏度：<1500 分子/离子； 内精度(std.errort) ： CO2 [13C] ：0.006‰ CO2 [18O] ： 0.012‰ H2, >200 bar μl ：0.25‰
2、气相色谱-燃烧界面Ⅲ+ 质谱
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、原子量 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 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 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 确测定元素的同位素组成。
质谱仪器是一类能使物质粒子（原子、分子）离子 化并通过适当稳定的或者变化的电场、磁场将它 们按空间位置、时间先后或者轨道稳定与否来实 现质荷比分离，并检测其强度后进行物理分析或 同位素分析的仪器。 质荷比：是指每某带电粒子（原子和分子）的重量 与其电荷的比值。 现代质谱计主要由3大系统组成：分析系统、电学系 统和真空相同。其中分析系统由3个必需的部分组 成：单能级离子源、质量分析器、离子接收器。 （1）离子源：在这部分，中性原子和分子被电离成 离子，然后通过高压电场加速并通过一系列夹缝 使之形成具有一定速度和形状的粒子束，以进入 磁分析器进行质量偏转分析。
在地球科学中，研究最多的同位素包括： 稳定同位素包括：1H、2H、12C、13C、14N、15N、 16O、18O、32S、34S等。 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。 宇宙射线成因的放射性同位素10Be、14C等。 应用： 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； 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。