稳定同位素比例质谱(irms)的应用

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1、IRMS在食品检测中的应用及前景摘要：同位素溯源技术是国际上目前用于追溯不同来源食品和实施产地保护的有效工具之一,在食品安全污染物溯源领域有着广阔的应用前景,一些发达国家纷纷开展此领域的研究。本文阐述了同位素溯源技术的基本原理,比较了同位素溯源技术与其他溯源技术的区别与联系,综述了国内外研究进展,提出了我国在同位素溯源技术方面应开展的研究工作,旨在推动我国食品安全追溯制度的建立与完善,保障食品安全,保证消费者身体健康。关键词:稳定同位素比例质谱仪法（IRMS）；食品检测；产品溯源；IRMS联用同位素质谱最初是伴随着核科学与核

2、工业的发展而发展起来的，同位素质谱是同位素地质学发展的重要实验基础。当前我国同位素质谱技术已深入到矿床同位素地球化学、岩石年代学、有机稳定同位素地球化学、无机稳定同位素地球化学等各个方面，并在国家一系列重大攻关和研究课题中发挥重大作用，如金矿和石油天然气研究、水资源开发等。稳定同位素技术的出现加深了生态学家对生态系统过程的进一步了解，使生态学家可以探讨一些其它方法无法研究的问题。与其它技术相比，稳定同位素技术的优点在于使得这些生态和环境科学问题的研究能够定量化并且是在没有干扰（如没有放射性同位素的环境危害）的情况下进行。有些

3、问题还只能通过利用稳定同位素技术来解决，现在，有许多农业研究机构和大学，已经开始使用高精度同位素质谱计从事合理用肥、果实营养、固氮分析、农药毒性、家畜气候对作物的影响以及食品质量控制等多方面的研究工作。与原子能和地质研究工作相比较，在农业和食品方面应用同位素方法从事科研和检测工作，正处于方兴未艾阶段，随着人类社会发展，对农业的要求越来越高，今后大力开展和普及用现代化方法研究农业增产、改善果实质量以及进行食品质量控制检测的工作前途无限广阔[1]。1稳定同位素比例质谱仪（IRMS）工作原理1.1IRMS的基本原理同位素比例质谱仪

4、是利用离子光学和电磁原理，按照质荷比（m/e）进行分离从而测定同位素质量和相对含量的科学实验仪器。其原理是首先将样品转化成气体（如CO2，N2，SO2或H2），在离子源中将气体分子离子化（从每个分子中剥离一个电子，导致每个分子带有一个正电荷），接着将离子化气体打入飞行管中。飞行管是弯曲的，磁铁置于其上方，带电分子依质量不同而分离，含有重同位素的分子弯曲程度小于含轻同位素的分子[2]。在飞行管的末端有一个法拉第收集器，用以测量经过磁体分离之后，具有特定质量的离子束强度。由于它是把样品转化成气体才能测定，所以又叫气体同位素比例质

5、谱仪。以CO2为例，需要有三个法拉第收集器来收集质量分别为44、45和46的离子束。不同质量离子同时收集，从而可以精确测定不同质量离子之间的比率。带电粒子在磁场中运动时发生偏转，偏转程度与粒子的质荷比m/e成反比。带电离子携带电荷e'，通过电场时获得能量e'V，它应与该离子总动能相等：1/2m'v'2＝e'V（1）式中m'和v'分别为粒子的质量和速度，e'为粒子电荷，V为电压。带电粒子沿垂直磁力线方向进入磁场时，受到洛仑兹力作用，此力垂直于磁场方向和运动方向，力的大小为：F=e'VB/c（2）式中B为磁场强度，c为光速。合并

6、（1）和（2）式，得到：F＝（3）显然，F为粒子质量的函数，确切来说是荷质比的函数。据此，带电粒子在磁场中运动时因洛仑兹力而偏转，导致不同质量同位素的分离，重同位素偏转半径大，轻同位素偏转半径小。实际测定中，不是直接测定同位素的绝对含量，因为这一点很难做到；而是测定两种同位素的比值，例如O18/O16或S34/S32等。用作稳定同位素分析的质谱仪是将样品和标准的同位素比值作对比进行测量。1.2IRMS的基本测量过程[2]在稳定同位素分析中均以气体形式进行质谱分析，因此常有气体质谱仪之称。同位素质谱分析仪的测量过程可归纳为以下

7、步骤：①将被分析的样品以气体形式送入离子源；②把被分析的元素转变为电荷为e的阳离子，应用纵电场将离子束准直成为一定能量的平行离子束；③利用电、磁分析器将离子束分解为不同m/e比值的组分；④记录并测定离子束每一组分的强度；⑤应用计算机程序将离子束强度转化为同位素丰度；⑥将待测样品与工作标准相比较，得到相对于国际标准的同位素比值。1IRMS分析技术的应用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

8、过同位素分析，可以得知农作物施肥的最佳配方比和时间；诊疗病症；了解物品组成成分与来源；推断古气候及环境条件特征总结它的应用主要分为两个方面：①各种物质同位素δ值存在着天然的差异。②稳定同位素示踪方法。2.1IRMS在食品检测中的应用近年来，食品安全时间频繁发生，“三聚氰胺奶粉”、“地沟油”