稳定性同位素示踪法

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1、第六章稳定性同位素示踪法概述：1、1912年，Thomson首发现稳定性核素20Ne和22Ne（氖）。2、1929年，Naude发现了15N。3、1937年，Urey等首次报道人工生产15N的方法。4、1940年，先后获得具生物意义的15N、18O和3H大量生产。5.1947年9月在美国Wisconsin大学召开了“同位素在生物学和医学中应用”专题讨论会，从此开始了稳定性核素示踪技术应用的新纪元。6.近20年，稳定性核素示踪技术迅速发展，分离分析方法取得了较大突破，13C、2H、18O、15N广泛应用于生物学、医学、环保、农药、农学、微生物等研究领域。我国先后分

2、离了25种元素的100多种稳定性核素，例如：15N标记化合物就有30余种。几个概念稳定性同位素（Stableisotope）丰度（Abundance）A即某核在该组同位素中浓度(通常指人工加浓了的)。自然丰度（Naturalabundaa）A自(AO)15N：0.365%、18O:0.204%原子百分超（Atompercentexcess）aa=A-A自又称富集度（Enrichment）富集15N（Enriched15N）贫化15N（Depeled15N)一.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定2.同一元素的同位素具有相同的化学

3、性质3.同一元素的同位素之间存在质量差异重要化学元素的稳定性同位素元素同位素自然丰度样品来源H1H99.985新鲜的表面淡水2H(D)0.0147B10B18.46意大利天然硼酸盐11B81.54C12C98.892捷克扑利兹石灰石13C1.108N14N99.635大气中的氮气15N0.365O16O99.759大气中的氧气17O0.037418O0.2039氮的同位素表同位素射线种类半衰期自然丰度12Nβ+0.011S13Nβ+9.96m14N--99.63515N--0.36516Nβ-7.1S17Nβ-4.15S18Nβ-0.63S稳定性同位素标记物的命

4、名1978年国际纯化学和化学联合会IUPAC的命名法:结构式:15[N]HCl或15NHCl（这样純的物质不存在)单标记化合物:H215N-CO-NH215N-尿素，例如15N的丰度可为5%，10%，15%……双标记化合物(一个同位素):H215N-CO-15NH2尿素4.混合标记化合物:(15NH2)13CO(13C15N)尿素核素A（%）质量数14N99.6351415N0.36515注意：由于同位素之间的质量差异，因此它们的物理、化学、生物化学等性质会有所不同，进行实验时，需注意同位素效应。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。

5、2.安全、对人无伤害。3.无污染，不受环境条件限制。4.无衰变，实验时间不受限制。5.可进行放射性示踪法难以进行的实验。例：N素中T最长的13N：T=9.096m一三.稳定性同位素分析法的基本流程同位素引入生物体动植物原始样品仪器所需的待测样品进样过程质谱分析法光谱分析法记录实验结果分析四.影响15N引入丰度的因素1.实验材料对15N的稀释程度。2.N素在不同部位分布的不均匀性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：af：N素肥料的原子百分超Wp：植物总重量（待测）ap：植物样品中原子百分

6、超Rp：植物样品中含N百分率Nf：施纯N量RN：N肥利用率注意事项：1.同位素交换反应：在一定条件下，标记的铵盐可与大气发生反应：15NH+4水溶液+14NH3→14NH+4水溶液+15NH315N丰度高时应注意。2.同位素效应：藻类对14C、13C、12C的吸收依次递减。3.予测样品测定项目……五、质谱和光谱测定15N原理14N和15质量不同质谱：把N2离子化为28N-N2，29N-N2，30N-N2使其在均匀磁场中发生不同角度偏转2光谱：28N-N2：谱线波长为2976.8埃29N-N2：谱线波长为2982.9埃30N-N2：谱线波长为2988.6埃-入口出

7、口加速电压1800的均匀磁场六.供仪器待测样品的制备、测量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量，因此，保证有一定的N量即可。一般要求含N量1mg/ml最少不低于0.5mg。(2)仪器的本底检查。(3)离子峰的选择（14N和15N的峰比28N、29N小10倍，选28N、29N、30N）。(4)仪器精确度检查（检查去O2后的空气或纯N气）。2.分析样品的制备：(1)K氏法（Kjeidali）质谱分析常用法。A.样品的消化：（例：0.05g植样+10ml浓H2S04+3.3gSe:CuSO4:K2SO4为1:10:100混合催化剂→样液清亮

8、再消煮5h（土）或2h(