稳定性同位素示踪法

700℃ CuO 、 CaO 使 用 前 用 700℃ 高 温 12烘 干 除 去 CO2 ， H2O ， 并 在 122 压力下制成棒状 , 备光谱 18Kg/cm 18Kg/cm 压力下制成棒状, 分析
通电予热仪器10分钟，打开光电倍增管高压 通电予热仪器10分钟，打开光电倍增管高压 10分钟
大气中的氮气
大气中的氧气
氮的同位素表
射线种类 β+ β+ ββ半衰期 0.011S 9.96m 7.1S 4.15S 99.635 0.365 自然丰度
同位素
12N
13N
14N
15N
16N
17N
1978年国际纯化学和化学联合会 年国际纯化学和化学联合会IUPAC的命名 年国际纯化学和化学联合会 的命名 法: 1. 结构式 15[N]HCl 结构式: 物质不存在) 物质不存在
4.“Y”型管及内部反应抽气须彻底 ， 型管及内部反应抽气须彻底， Y 型管及内部反应抽气须彻底 防其它气体干扰。 防其它气体干扰。
以下在光谱仪上进行, 以下在光谱仪上进行 , 可用液体样 品也可用干样品
(2).杜马法（Dumas） (2).杜马法（Dumas） 杜马法
—光谱分析中常用法 光谱分析中常用法
峰高。 峰高。
求得平均峰高，计算15N丰度。 求得平均峰高， 丰度。 平均峰高
15N实验结果计算 七．
14、15的质量比28、29、30的小10倍 的质量比28 的小10 14、15的质量比28、29、30的小10倍 不参加运算
15N丰度小于5%: 当 丰度小于5
质量为28离子流强度/质量为29 28离子流强度 R = 质量为28离子流强度/质量为29 子流强度
放电管装入燃烧室固定架上 放电管装入燃烧室固定架上。 装入燃烧室固定架上。
高频发生器电源， 开高频发生器电源，使放电管中样品放电发
选择适宜放大倍数对 选择适宜放大倍数对 28N 、29N 、30N 峰分别进 2970A 2990A 之间扫描。 ，在2970A0-2990A0之间扫描。
28N 、 29N 放下记录笔 接通扫描开关 记录笔， 扫描开关， 放下 记录笔 ， 接通 扫描开关 ， 划出
适用于含N量低（少于100 适用于含N量低（少于100 g） 的样品，光谱测量。 的样品，光谱测量。
方法： 方法：
在放电管中装入样品 氧化剂（ 样品， A． 在放电管中装入样品， 氧化剂（ CuO 吸收剂（ CaO） 抽真空， 及 吸收剂 （ CaO ） 抽真空 ， 抽完后熔封 电管。 电管。
在马福炉中燃烧0 560℃ 在马福炉中燃烧 0.5-3h （ 560℃ ） 样 CaO吸收 吸收CO O)以产生 以产生N （CaO吸收CO2和H2O)以产生N2气。
素
同位素
1H 2 H(D) 10B 11B 12C 13C 14N 15N 16O 17O 18O
自然丰度 99.985 0.0147 18.46 81.54 98.892 1.108 99.635 0.365 99.759 0.0374 0.2039
样品来源 新鲜的表面淡水
意大利天然硼酸盐
捷克扑利兹石灰石
在生物学和医学中应用”专题讨论会， 在生物学和医学中应用”专题讨论会，从此开始
6. 近20年，稳定性核素示踪技术迅速发展，分离分析 年 稳定性核素示踪技术迅速发展，
法取得了较大突破， 、 、 、 广泛应用于生 法取得了较大突破，13C、2H、18O、15N广泛应用于生
学、医学、环保、农药、农学、微生物等研究领域。 医学、环保、农药、农学、微生物等研究领域。
15N原理 五、质谱和光谱测定
14N和15质量不同
均匀磁场中发生不同角度偏转 均匀磁场中发生不同角度偏转 2
28N-N ， 29N-N 30N-N 谱 ： 把 N2 离子化为 2 2 ， 2
使
28N-N ：谱线波长为2976.8埃 谱线波长为2976 2976. 谱： 2 29N-N ：谱线波长为2982.9埃 谱线波长为2982. 2982 2 30N-N ：谱线波长为2988.6埃 谱线波长为2988 2988. 2
稳定性同位素示踪法的特点： 二. 稳定性同位素示踪法的特点：
1.无放射性，无辐射效应及不良影响。 无放射性，无辐射效应及不良影响。 无放射性 2.安全、对人无伤害。 安全、对人无伤害。 安全 3.无污染，不受环境条件限制。 无污染，不受环境条件限制。 无污染 4.无衰变，实验时间不受限制。 无衰变，实验时间不受限制。 无衰变
一.稳定性同位素示踪法的基本依据 稳定性同位素示踪法的基本依据
1.自然界中一种元素同位素组成是相对恒 自然界中一种元素同位素组成是相对恒 自然界中一种元素同位素组成是
2.同一元素的同位素具有相同的化学性质 同一元素的同位素具有相同的化学性质 同一元素的同位素具有 3.同一元素的同位素之间存在质量差异 同一元素的同位素之间存在质量差异 同一元素的同位素之间存在
1800的均匀磁场
出口 入口
对待测样品的要求： 1.对待测样品的要求：
(1) 因为测量的是不同质量离子流的相对含 因此， 保证有一定的N 量即可。 ， 因此 ， 保证有一定的 N 量即可 。 一般要求 mg/ml最少不低于 最少不低于0 mg。 N量1mg/ml最少不低于0.5mg。 仪器的本底检查。 (2) 仪器的本底检查。
第六章
稳定性同位素示踪法
概述： 概述：
1、1912年，Thomson首发现稳定性核素20N 、 年 Thomson首发现稳定性核素 22Ne（氖）。 和 （
15N。 2、1929年，Naude发现了 。 、 年 发现了
3、1937年，Urey等首次报道人工生产15N的 、 年 等首次报道人工生产 的 方法。 方法。
或15NHCl（这样純的 （
2. 单标记化合物 单标记化合物: 的丰度可为5%， 例如15N的丰度可为5%，10%，15%…… 的丰度可为 ，
15N H2 N-CO-NH2
15N-尿素， 尿素， 尿素
3. 双标记化合物 一个同位素 H215N-CO-15NH 双标记化合物(一个同位素 一个同位素): 尿素 4. 混合标记化合物: 混合标记化合物: (
注意事项： 注意事项：
.同位素交换反应 ： 在一定条件下 ， 标记 同位素交换反应：在一定条件下， 的铵盐可与大气发生反应： 的铵盐可与大气发生反应：
5N丰度高时应注意。 丰度高时应注意。
15NH+ 水溶液 +14NH →14NH+ 水溶液 +15NH 水溶液+ 水溶液+ 3 4 4
ห้องสมุดไป่ตู้
. 同位素效应 ： 藻类对 14C 、 13C 、 12C 的吸 同位素效应： 收依次递减。 收依次递减。
此步骤将NH 转变成了NH 铵态N 此步骤将NH3-N转变成了NH4+-N（铵态N） 仪器分析适宜量1mgN/样品 样品2 ml(浓缩或 仪器分析适宜量1mgN/样品2-3ml(浓缩或
以下在质谱仪上进行
+-N转化为N 气 C.将NH4 转化为N2
:
在真空条件下， 在真空条件下，将上述样品与次溴酸钠
样品予处理：水杨酸—硫酸法 硫酸法： 样品予处理：水杨酸 硫酸法：5g干土
植样+12ml水杨酸：硫酸为50 ml水杨酸 50g 或 0.5g 植样 +12ml 水杨酸 ： 硫酸为 50g ：
1000ml 溶液中放置 30min 再加2 1000ml溶液中放置 30min ， 再加 2.5g 硫 ml 溶液中放置30min，
质谱分析常用法
样品的消化： 05g A. 样品的消化 ： （ 例 ： 0.05g 植样
gSe: +10ml 浓 H2S04+3.3gSe:CuSO4:K2SO4 为 10ml
1:10:100混合催化剂→ 样液清亮再消煮 混合催化剂→ 10:100 混合催化剂
h(植 温度120 140℃ 1205h （ 土 ） 或 2h( 植 ) ， 温度 120-140℃ 。
15N标记化合物就有 余 标记化合物就有30余 标记化合物就有
国先后分离了25种元素的100多种稳定性核素 例如： 多种稳定性核素， 国先后分离了 种元素的100多种稳定性核素，例如： 种元素的 种。
几个概念
稳定性同位素（ isotope） 稳定性同位素（Stable isotope） 丰度（ 丰度（Abundance） A ） 即某核在该组同位素中浓度(通常指人工加 即某核在该组同位素中浓度 通常指人工加 了 的)。 。 自然丰度（ abundaa） 自然丰度（Natural abundaa） A自(AO) 15N：0.365%、18O:0.204% ： 、 原子百分超（ excess） 原子百分超（Atom percent excess） a a = A-A自 又称富集度（Enrichment） 又称富集度（ ） N） 富集15N（Enriched15N） （
4、1940年，先后获得具生物意义的15N、18O 、 年 、 3H大量生产。 大量生产。 和 大量生产
5. 1947年9月在美国Wisconsin大学召开了“同位 月在美国Wisconsin大学召开了 大学召开了“ 年 月在美国
稳定性核素示踪技术应用的新纪元。 了稳定性核素示踪技术应用的新纪元。
2.N素在不同部位分布的不均匀性
分析测定技术所能达到的精度。 3.分析测定技术所能达到的精度。
15N 示 踪 法 引 入 N 素 肥 料 的 丰 度 计 算
参考公式 af = Wp Rp ap/Nf RN
式中： 式中： af：N素肥料的原子百分超 植物总重量（待测） Wp：植物总重量（待测） ap：植物样品中原子百分超 Rp：植物样品中含N百分率 植物样品中含N 施纯N Nf：施纯N量