稳定同位素分析技术原理及应用

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1、IAE＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝稳定同位素分析技术原理及应用李波主要内容Ú稳定同位素基本概念Ú稳定同位素分析技术Ú现有稳定同位素分析仪器稳定同位素比质谱仪（IRMS）波长扫描光腔衰荡光谱仪（WS-CRDS）Ú稳定同位素的应用第一节基本概念IAE＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝Ú同位素概念同位素指具有相同质子数和不同中子数的原子。它们在元素周期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

2、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，已有300个之多。不稳定同位素或放射性同位素（radioactiveisotope）：能自发地放出粒子并衰变为另一种同位素的原子，已发现1200个以上。121314例如：C、C为稳定同位素，而C为放射性同位素。基本概念IAE＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝Ú同位素效应（IsotopeEffects）由于同位素之间在物理化学上存在着差异，使反应物和生成物在同位素组成上会有所

3、不同，这种现象称为同位素效应，它是利用同位素进行科学研究的基础。Ú同位素分馏(IsotopeFractionation)指同位素比值不同的两种物质之间或同一物质两个相态之间发生的同位素分配。例如：叶片光合作用会发生碳同位素分馏基本概念IAE＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝¾植物组织中的13C与12C的比值都普遍小于大气CO中的213C与12C比值，表明CO在通过光合作用形成植物组织的2过程中，会产生碳同位素分馏，从而使叶片与CO的碳同2位素比值产生差异，分馏的强度与植物类型、遗传特性、生理特点、生长环境等

4、因素密切相关。基本概念IAE＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝Ú同位素丰度（IsotopeAbundance）①绝对丰度指某一同位素在所有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％。基本概念IAE＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

5、＝Ú同位素比值（R值）同位素比值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。由于轻元素在自然界中轻同位素的相对丰度很高，而重同位素的相对丰度都很低，R值就很低且很冗长繁琐不便于比较，故在实际工作中采用了样品的δ值来表示样品的同位素成分。基本概念IAE＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝Úδ值样品的同位素比值RSp与一标准物质的同位素比值（RSt）作比较，比较结果称为样品的δ值。其定义为：δ（‰）=（RSp/RSt－1）×1000即样品的同位素比值相对于标准

6、物质同位素比值的千分差。在已知的在陆生植物中，据光合途径可分为C3、C4和CAM植物：C3植物的δ13C值为-20‰～-35‰(平均为-26‰)，C4植物为-7‰～-15‰(平均为-12‰)，而CAM植物为-10‰～-22‰(平均为-16‰)。基本概念IAE＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝Ú同位素标准（IsotopeStandard）δ值大小与采用的标准有关，在进行同位素分析时首先要选择合适的标准，不同样品的比较采用同一标准才有意义。国际通用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

7、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HδD2D/1H标准平均大洋海水(SMOW)0.000155752D/1H标准南极轻降水(SLAP)0.000089089Cδ13C13C/12CPeeDeeBelemnite(

8、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/