稳定同位素质谱仪应用技术培训讲义.pdf

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1、IAE＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝稳定同位素质谱仪应用技术培训李波主要内容Ú稳定同位素基本知识Ú稳定同位素的应用Ú稳定同位素质谱分析原理ÚIRMS操作òIRMS主机òEA-Conflo-IRMSòPreCon-GC/C-IRMSòGCC-IRMS第一节基本概念IAE＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝Ú什么是同位素（Isotope）同位素指具有相同质子数和不同中子数的原子。“isotope”一词源于希腊语（原义为同一个地方），意指同位素在元素周期

2、表中占据了相同的位置。121314例如:碳的3个主要同位素分别为C、C和C，它们都有6个质子和6个电子，而中子数分别为6、7和8。Ú同位素分类稳定同位素（stableisotope）：物理性质相对比较稳定，没有放射性和辐射效应的同一元素的一些原子，为稳定同位素，已有300个之多。不稳定同位素或放射性同位素（radioactiveisotope）：凡能自发地放出粒子并衰变为另一种同位素者为放射性同位素，至今发现1200个以上。121314如C、C为稳定同位素，而C为不稳定的“放射性同位素”。最常研究的稳定同位素元素有5种：C、H、O、N、S基

3、本概念Ú同位素丰度（IsotopeAbundance）IAE＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝①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。②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％。ÚR值和δ值基本概念IAE（同位素组成的表示方法）＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

4、＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝由于在自然界中轻同位素（例如12C）的相对丰度很高，而重同位素（例如13C）的相对丰度都很低，因此用绝对丰度来表示某种物质的同位素组成比较困难。所以通常使用相对量来表示同位素的组成，也就是同位素的比率（isotoperatio）或δ单位表示。这一表示方法不需要准确确定某一物质同位素的绝对丰度，为国际上标准的表示方法。另外，同位素的比率δ的测定是由同位素比例质谱仪自动换算来完成的。ÚR值和δ值基本概念IAE（同位素组成的表示方法）＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

5、＝＝＝＝①R值一般定义同位素比值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。②δ值样品（Sa）的同位素比值RSa与一标准物质（St）的同位素比值（RSt）作比较，比较结果称为样品的δ值。其定义为：δ（‰）=（RSa/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。基本概念IAEÚ同位素标准（IsotopeStandard）＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝δ值的大小显然与所采用的标准有关，所以在作同位素分析时首先要

6、选择合适的标准，不同样品间的比较也必须采用同一标准才有意义。目前国际通用的同位素标准是由国际原子能委员会（IAEA）和美国国家标准和技术研究所（NIST）颁布的。对同位素标准物质的一般要求是：¾组成均一性质稳定；¾数量较多，以便长期使用；¾化学制备和同位素测量的手续简便；¾大致为天然同位素比值变化范围的中值，便于大多数样品测定；基本概念IAE5种环境稳定同位素的国际标准及其绝对同位素比率＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝δ符测量比R值,国际标元素国际标准物质号率(R)准HδD2H/1H标准平均大

7、洋海水(SMOW)0.000155752H/1H标准南极轻降水(SLAP)0.000089089Cδ13C13C/12CPeeDeeBelemnite(PDB)0.0112372[美国南卡罗来纳州白垩纪皮狄组层位中的拟箭石化石]Nδ15N15N/14N大气氮气0.003676Oδ18O18O/16O标准平均大洋海水(SMOW)0.002005218O/16OPeeDeeBelemnite(PDB)0.0020672[碳酸盐样品氧同位素分析]18O/16O标准南极轻降水(SLAP)0.0018939CanyonDiabloTriolite(C

8、DT)Sδ34S34S/32S0.045005铁陨石中的陨硫铁IAE＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝稳定同位素对于我们做科学研究有