《同位素质谱分析》PPT课件

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1、第三章同位素质谱分析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。第一节同位素的概念同位素的表示：在元素符号的前面，下脚标为质子数，上脚标为质量数。如

2、氧的同位素：又如碳的同位素等。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%。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

3、、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。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

4、为质谱仪（massspectrograph），另一类是用电子学方法检测离子，称为质谱计（massspectrometer），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

5、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。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Ⅲ③元素分析仪EA1112-连续流界面Ⅲ基本功能：H/D,13C/12

6、C,15N/14N,18O/16O,34S/32S五种元素的气体同位素比值的测定DELTAplusXL气体同位素比值质谱仪器外观ConFloⅢ氧化炉TCCombustionⅢEA1112GCDELTAplusXL质谱主机双流进样系统控制电脑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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.errort)：CO2[13C]：0.006‰CO2

7、[18O]：0.012‰H2,>200barμl：0.25‰2、气相色谱-燃烧界面Ⅲ+质谱气相色谱-氧化炉型燃烧接口-质谱(GC-OxidationReactorInterface-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测定的基本原理外精度(n=10，std.dev；n-C14、C15、C16烷烃，每次1nmolC,即12ng进入柱内)：0.2‰M