稳定同位素应用

高精度稳定同位素技术

同位素指质子数相同而中子数不同的同种化学元素，最常用的稳定同位素有碳-13 (13C)、氮-15(15N)、氢-2 (2H即氘) 和氧(18O)等。因为这些同位素比普通元素重1到2个原子量单位，所以也叫作重元素。稳定同位素(stable isotope) 就是天然同位素或非放射性同位素(non-radioactive isotope)，即无辐射衰变，质量保持永恒不变。稳定同位素在自然界无处不在，包括所有化合物、水和大气，所以也就自然地存在于动植物和人体内。其物理化学性质与普通元素相同，所以可用作示踪剂来标记化合物用于科学研究、临床医学和药物生产等几乎所有自然领域。由于没有辐射污染，稳定同位素示踪剂可以用于任何对象，包括孕妇、婴儿和疾病患者，无论是口服还是注射，都绝对安全。

稳定同位素技术的另一特点是其测试定量的高精度和超高精度，达到PPM级（即百万分之一精度)，而且同时也测定了化合物的浓度，事半功倍，且降低了测试误差。现在，利用同位素技术人们可以同时测定多个不同的样品，从而提高测定效率。这些高效率、高精度的特点是放射性同位素等技术所不可比拟的。

稳定同位素技术的第三个特点是其示踪能力的微观性和灵活多变性。微观性是指它可以用来标记、追踪化合物分子内部某个或多个特定原子，比如葡萄糖分子中各个原子在人体内的不同代谢途径, 哪些原子进入三羧酸循环产生能量，而哪些原子进入脂肪代谢途径参与脂肪合成。多变性是指通过对同位素标记位点的合理选择和巧妙设计来追踪、定性定量测定化合物的不同代谢途径或者生成过程。

由于以上特性，自上世纪中叶特别是70年代以来稳定同位素技术在科技先行国家被广泛应用于医学、营养、代谢、食品、农业、生态和地质等研究和生产领域。近年来在药物研发生产以及新兴的基因工程、蛋白质组学(proteomics)、代谢组学(metabolomics) 和代谢工程(metabolic engineering) 等前沿领域，稳定同位素技术已成为一种应用广泛、独特高效甚至必须的技术，显著地提高了解决科学问题的能力和生产效率。最新近的例子是德国科学家用碳13氨基酸通过三代喂养成功地标记了动物全身的所有蛋白质而获得了细胞代谢的重要发现。这一崭新的技术堪比当年的聚合酶连锁反应技术(PCR), 必将迅速得到广泛的推广和应用，有力地推动生命科学的发展。稳定同位素在自然界的无所不在意味着该技术应用的普遍性，有大自然显微镜的独特功能，将揭开越来越多的大自然和人体的奥秘。

糖耐量试验与血糖控制

Oral Glucose Tolerance Test and Blood Glucose Control

口服葡萄糖耐受性试验，即糖耐量试验，是临床上常用的一种简便的预测、诊断糖尿病的方法。被测者饮用一剂普通葡萄糖后，在以后的2-3小时内定时采血，测定血糖浓度的变化。糖尿病的严重程度和病症的不同发展时期有着不同的、具有特征性的血糖浓度变化轨迹，例如血糖浓度峰值和下降曲线都可能有所不同。如上图所示，糖耐量试验中糖尿病人的血糖浓度升降曲线高于正常人，并且恢复到试验前水平需要较长时间。但是，这种方法只能了解全身的糖代谢状况，而不能提供内脏器官的糖代谢情况，例如肝脏和肌肉等组织。在不同的糖尿病人，

这些器官的糖代谢会有很大区别，有些人的糖尿病主要由肝脏的病变引起，有些则是肌肉等外围组织的缘故，因而治疗也应有所不同。利用稳定同位素示踪剂技术可以同时测定肝脏的葡萄糖代谢状况以及肌肉、脂肪组织的葡萄糖利用状况，从而提高糖尿病诊断的特异性和可靠性，帮助医生制定具有针对性的治疗方案，提高疗效。换句话说，稳定同位素技术可以用来让医生根据每个病人的不同病变特点进行个性化治疗，达到提高疗效的目的。

肥胖症和超体重是二型糖尿病的高发群体，其发病机制往往因为不同器官的病变而有所区别。稳定同位素技术可以用来对这些群体进行定期检测，及早发现不同器官的代谢变化，从而对糖尿病的发生起到预警和预防作用。

能量消耗测定Energy Expenditure Determination

体重观察控制

Body Weight Monitoring and Control

利用氘(2H)及重氧(18O) 双标记的重水可以用来测定人在自然生活状态下的能量消耗，比如在各种正常工作状态下、休息时或运动中，并且测试程序简单。被试者喝入与体重成比例的小量双标记重水后，继续正常生活状态，只是定时采集几次尿液、唾液或血液以供仪器测试，测试结果用来计算能量消耗。此外，还可以根据能量消耗及体重变化来推算出试验期间的能量摄入量(即进食量)。这些结果可用于对体重的观察控制，以便及时制定相应措施，比如什么时候应该体育锻炼，什么锻炼项目合适，运动量应该多大。该技术准确性高，适用于任何人，无副作用，无毒性，绝对安全。

药物研发生产和质量控制

Drug Research and Development, Production and Quality Control

诊断性呼出气体试验概述

诊断性呼出气体试验概述

呼出气体试验是一种既方便又经济的临床诊断方法。其原理是，人体内胃肠道或其它器官的病变会造成其组织内某些酶活性的变化，从而对某些化合物的代谢发生变化。所以，可以用稳定同位素标记的化合物作为示踪剂注入或食入人体，其代谢产物因酶活性的变化而升高或降低。这些代谢产物随呼出气体排出体外，所以气体中示踪剂代谢产物的变化直接反映酶活性的变化。由于质谱仪测定精度高，所以诊断较其他方法更可靠。口服或注射示踪剂对人体无任何危害，并且从呼出气体采样，完全无侵入性或组织创伤，既方便又安全。

胃幽门沙氏杆菌感染

胃幽门沙氏杆菌感染的呼吸试验又叫尿素呼气试验，因为所用口服稳定示踪剂是碳-13标记的尿素。尿素是食物蛋白质的正常代谢产物，是人体内的一种自然化学成分。测试过程很简单，口服尿素示踪剂后收集呼出气体用来测定二氧化碳中的碳-13丰度，就可做出诊断。测试结果准确性高，不会误诊，只有活性期的细菌感染才会导致阳性反映，已经治愈的或无活性的感染不会出现阳性反应，所以也可以用来检查沙氏杆菌感染的治疗效果。该方法灵敏度高，可以测出低度的感染，而且很方便。

胃排空及胃肠运动

用来测定胃排空和胃肠道运动的稳定示踪剂加在食物中服用，然后采集呼出气体进行仪器测试。测试结果用来诊断胃肠道运动机能是否有异常，方法经济、简便，结果准确、可靠，可以取代复杂昂贵的闪烁扫描仪方法。

消化功能

病人根据医嘱口服某种稳定示踪剂，然后采集呼出气体样品用来进行仪器测试，从而可以判断病人是否对某种食物消化不良。病人也可在自己家里服用示踪剂后收集呼出气体样品，然后将样品寄送给医生或实验室。

肝脏功能

利用稳定同位素技术可以测定、诊断一些肝功能异常或病变。与其它呼气试验一样，口服稳定示踪剂后收集呼出气体样品，用仪器测定气体中示踪剂代谢产物的浓度，根据结果对病症做出诊断。

稳定同位素与营养健康

Stable Isotopes and Nutrition

几十年来稳定同位素技术被广泛应用于营养、营养学和食品研究，从食物营养成分的消化吸收到体内营养物质的代谢，包括从碳水化合物、脂肪和氨基酸、蛋白质和维生素到微量元素所有营养物质。其非放射特性(即不衰变，无幅射污染)免除了由放射性而引起的对试验者和受试者的生物辐射不安全因素，从而使直接研究孕妇与儿童成为现实。例如，用稳定同位素作为示踪剂可以研究母体饮食成分和习惯对婴儿的代谢、营养物质摄取量和生长发育的影响。普通人、体育

工作者以及病人的营养代谢和能量需要都可用稳定同位素来进行定量测定研究。在动物营养领域，则可以用来测定动物的生长发育和肉蛋产量。此技术已成为人体营养、临床试验和动物营养中不可缺少的基本手段。

蛋白质组学

Proteomics

随着蛋白质组学和代谢组学的兴起，非放射性同位素技术在这些领域里的应用发展很快。此技术可以用来同时分析测定多个不同的样品，从而消除了个体间的分析差异，提高了分析结果的准确性和可靠性，而且加快了研究速度。其工作原理是利用两种以上不同的稳定同位素标记形式来标记不同的样品中的蛋

白质或肽，然后把这些样品混合在一起进行分析测试。现在，市场上已有好几种由稳定同位素标记的试剂，做到可以同时测定8个样品（例如iTRAQ, iCAT, ICPL, SILAC 等）。由于这些样品的标记不同，所以在测试中合而不混，互不干扰。下面举一个例子。两个样品(人或细胞)，一个正常，另一个患癌症。取样后，两个样品分别由两种不同的同位素标记，进行培养，然后混合，最后分析测定两个样品中的蛋白质A的量差，如图所示。

从以上检测结果可以看出，正常和癌变两个样品中的同一蛋白质A有量的显著差异，即癌变样品含有的蛋白质A的量是正常样品的两倍。因为两个样品是合二而一来测定的，所以它们之间没有由测试引入的分析差异，因而此定量结果具有不偏性，准确可靠。这一技术可以利用更多种不同的非放射性同位素来同时分析更多个不同的样品，所以同时也大大地提高了工作效率，因而也就具有显著的经济效益。

畜牧兽医--动物发育和肌肉生长

Animal Development and Production

传统上研究和测定家畜动物的蛋白质合成和肌肉生长是利用原始的称重法，简便易行但比较粗放，结果误差大。随着科学技术的发展，这种古老的办法在很多情况下已不适用，而要求用更精确、更科学的方法来研究动物生产。

最常用的方法是同位素示踪法，包括放射性和非放射性两种。前者由于放射性同位素的较早商业生产而及早得到了应用，但是由于其放射污染而造成对人体、动物及环境的污染等诸多限制，放射性同位素的应用越来越不受欢迎而呈现下降趋势。从上世纪中期以来开始流行的非放射性（稳定）同位素技术由于其安全可靠而受到人们的青睐。通常用于测定肌肉生长的稳定示踪剂包括由碳13、氮15或氘标记的氨基酸，将其通过饲喂、静脉注射或腹膜腔注射，然后定期采集肌肉样品来测定该示踪剂在肌肉中的丰度（即进入肌肉的示踪剂的量），从而计算得到肌肉蛋白的合成速率或增长率。由于质谱仪测定的高精度甚至超高精度，其结果准确可靠。而且可以同时测定任何组织，比如在同一次试验中可以测定不同部位的骨骼肌、心肌、肝脏等各个组织器官的蛋白质合成。试验也可以是存活试验，只需要在被测试动物肌肉组织采集极小量的样品（毫克级）即足够供仪器测试所用。

随着稳定同位素技术的不断发展提高，示踪剂投放以及样品的测定越来越先进、简便和可靠。比如可以用经济易用的重水（D2O 或2H2O) 作为示踪剂。因为蛋白质合成时需要结合水分子，所以重水中的氘原子便进入新合成的蛋白质。通过对肌肉蛋白质中氘的丰度和体液中氘的丰度的比较，就可以计算得到该组织

的蛋白质合成速率或肌肉增长率。另外，示踪剂的投放途径可以根据情况和需要改变，抑或是静脉恒速灌流，或者是一次性腹膜腔内大剂量注射（也叫洪水式投放），都可以通过利用相应的数学处理来得到正确的结果。下图是一组仔猪试验结果，通过腹膜腔注射一大剂量氘标记的苯丙氨酸后其血浆丰度随时间的变化曲线。从途中可以看到，15分钟以后血浆苯丙氨酸示踪剂丰度进入平台期，所以在此期间可以采集组织样品，测试组织蛋白中氘苯丙氨酸的丰度，从而计算得到该蛋白质的合成速度：

蛋白质合成速率, % = 组织蛋白质中氘-苯丙氨酸丰度÷血浆氘-苯丙氨酸丰度x 100%

农业生产--肥料利用率

Fertilizer Unitilzation Efficiency

利用同位素示踪技术测定作物的肥料利用率：将稳定同位素标记的肥料施用于作物的土壤里，可利用同位素稀释原理来定量测定作物体内来自肥料中的各种营养成分，从而得知作物对肥料养分的吸收利用率。此方法直接简单，与通过比较施肥和不施肥条件下养分吸收差值法来测定肥料养分利用率相比，稳定同位素示踪法更接近自然条件下的植物生长发育状况，从而可以在正常的生产和施肥条件下进行，真实地反映植物对肥料的利用情况。

同位素稀释原理: 利用同位素示踪法测定作物肥料利用率的基本技术是同位素稀释法，其原理如下。同位素标记的某肥料养分（示踪剂）与天然的、未标记的同种养分（被示踪剂，亦即被测养分）在土壤和植物中的代谢行为相同，植物对其吸收利用也相同。应用时，示踪剂和被示踪剂按一定比例混合后施用于土壤里（该比例即肥料中被测养分同位素丰度）。当示踪剂被植物吸收后，被植物内原有的被测养分稀释，因而植物体内该养分的示踪剂丰度（即该养分中所含示踪剂的浓度）比肥料中该养分示踪剂的丰度要低，因而形成一丰度差，用丰度比来表示。此丰度比即是该肥料养分在植物内被稀释的倍数，即稀释度，其倒数就是植物体内新吸收来的肥料养分的度量，由分数（例如0.1）或百分数（例如10%）来表示。此例数的含义是，植物体内该养分中有10%是从肥料中吸收而来。

生态环境--鸟类迁徙

Bird Migration

动物、鸟类的出生地段、繁殖基地和活动区域的植被非放射性同位素组成及浓度就像无形的标签一样把每一个息者准确地进行了标记。由于体内脂类和蛋白质合成都需要氢原子，所以它们的毛发和羽毛中的重氢含量反映了栖息地的重氢含量。无论它们走到哪里，只要对它们的毛发、羽毛重氢(即氘)进行测试比较，就可以知道它们的原产地或栖息地，还可以推断出它们的迁徙途径。比如美丽的北美洲鸣鸟(见图) 秋季开始向南迁徙，于冬季到达中美洲过冬。鸟类学家通过对它们迁徙途中脱落的羽毛氘含量测定后得知，在北美洲最北端繁殖栖息的鸣鸟最早在秋季开始南迁，于冬季最早到达中美洲南端，即所谓的蛙跳式迁徙理论，而这些知识除了用同位素术是不可能得到的。

微生物的利用

Exploiting Microorganisms

1．利用稳定同位素技术研究微生物的底物特异性：将混合微生物种群（如反刍动物瘤胃微生物）与碳13标记的某一底物（如纤维素）一起培养后，测定各微

生物种群的繁殖率。繁殖的快慢由对该底物的依赖性和利用能力所决定。所以，繁殖最快的种群对该底物的依赖性和利用能力最高，反之亦然。这样，通过逐个地培养各种底物就可以测定微生物种群对底物利用的特异性和依赖性。当然，仅此目的无须用标记物，用普通底物即可达到目的，但是有误判的可能。因为有些种群的繁殖并不是直接利用该底物，而是通过间接地利用别的种群产生的代谢产物来生长繁殖，于是出现误判。所以标记物在此的目的是追踪该底物的代谢途径，以免误判。通过比较微生物体内的产物和培养液中底物的碳13丰度，就可以断定该种群是直接还是间接地利用该底物。同时，这样的比较还可以测定该种群利用该底物产生其代谢产物的定量关系。

2．提高秸秆饲料的利用率：反刍动物营养学中一个从未解决的难题是如何提高植物纤维素的消化利用，因为植物纤维素与木质素在化学结构上互相交织形成木质纤维素（lignocellulose)而阻止了微生物对纤维素的降解，所以植物秸秆的利用率很低。其中一个重要原因是人们还不详细了解瘤胃微生物生态和代谢途径，比如那些微生物种群可以利用木质纤维素。将标记的纤维素，木质素或木质纤维素与瘤胃微生物一起培养，然后测定微生物体内的代谢产物，这样就可以知道那些种群有能力利用木质纤维素，那些只能利用纤维素。对瘤胃微生物代谢生态的详细了解将为基因工程提供理论和实验依据，以便采取相应措施提高秸秆饲料的利用率。

3．甲烷工厂：甲烷是大气污染的一个重要成分，而反刍动物在其中的‘贡献’不可忽视，因为其瘤胃内某些微生物种群产生大量甲烷，然后进入大气。利用稳定同位素示踪技术可以测定那些种群利用什么物质，以什么速率产生甲烷。

4．利用秸秆酿酒：有些微生物可以利用植物纤维通过发酵来生成酒精，如果能够有效地利用这一自然途径，大量的农业副产品（例如作物秸秆）就可以变废为宝，成为一个巨大的绿色能源宝库。所以现在这一领域的研究相当活跃，人们正在利用各种办法想知道什么微生物，通过什么途径可以有效地将植物纤维转化为酒精。在这里稳定同位素同样可以发挥其独特作用，为人们提供一种高精度或超高精度的研究测试手段来研究如何使微生物利用秸秆产生源源不断的绿色能源。现在好多国家正在赛跑，人们在拭目以待，看谁先到达终点。

其他

蜂蜜真假识别Honey Adulteration

大多数谷物类食物只含有1.1%的重碳(13C)，所以自然蜂蜜也含有同样浓度的重碳。但是玉米和甘蔗等C4（碳四）植物含有的重碳稍高，所以玉米糖浆和甘蔗白糖也含有同样高浓度的重碳。但是，这些这种微小的差别用常法根本无法察觉。于是有些蜂蜜经营商在蜂蜜中加入玉米糖浆或白糖以增加重量以提高利润，而消费者没有办法来识别，只好吃哑巴亏。在这种情况下稳定同位素技术就可以解决问题。因为高精度质谱仪可以轻易地测出此差别，因而可以断定蜂蜜是否掺假，而且根据重碳含量的变化程度计算出掺假的多少。

禁药的轨迹

Drug Trafficking

稳定同位素技术已经成为一种不可缺少的侦稽技术，广为执法部门所用，禁药稽查就是一个例子。各种植物的同位素浓度及组成都由其生长的土壤成分所决定，包括各类种植药物。由于各地土壤有机成分的差别，同位素的浓度和组成也就有所区别。所以，各地产的药物就被其赖以生长的土壤打上深深的同位素印记，易于甄别。利用这个特点，执法人员可以用高精度质谱仪来测定药物的同位素浓度和组成特点来追溯到药物的产地，而贩毒者只得供认不讳。

碳稳定性同位素分析食物网中能量流动审批稿

碳稳定性同位素分析食物网中能量流动 YKK standardization office【 YKK5AB- YKK08- YKK2C- YKK18】

碳稳定性同位素分析食物网中能量流动 摘要：随着科学技术发展，稳定性同位素已经广泛应用在生态学研究的诸多领域。在研究食物网中能量流动关系时，稳定性同位素能提供更迅速、客观的分析。此次实验利用碳稳定性同位素技术对受到人类破坏或其他因素影响的选定区域分析其食物网中的能量流动，旨在研究该区域生物之间的能量流动关系，从而对该区域采取合理的保护措施。 关键词：碳稳定性同位素；食物网；能量流动；δ13C值 Carbon Stable Isotopeanalyzes Studies Energy Flux in Food Web ABSTRACT: Stable isotopehas been widely used in various fields in ecology studieswith the development of science and isotope can provide rapider and more objective analysis when researching energy flux relationship in the food web. In the process of this experiment, we analyze the energy flux relationship in the food web of the chosen areas that are destroyed by human beings or affected by other factors by means of carbon stable isotope technology, with the aim of researching the energy flux relationship among population in this area, consequently we can adopt reasonable protective measures in this areas. KEY WORDS: Carbon stable isotope；food web；energy flux；δ13C 一．研究背景 随着世界人口的持续增长和人类活动范围与强度的扩展和增加，地球上的生物多样性逐渐降低。例如，持续不断地砍伐树木已经导致世界上大量树木物种面临灭种的危险；环境污染使得动植物的栖息地环境遭到严重的破坏，致使物种数量锐减[1]。在某一区域中，动植物数量的减少还有一个很重要的原因，即某些因素（例如栖息地减少和改变、滥捕乱猎、外来物种的引入、污染等[2]）导致该区域部分动植物数量的减少，而这进一步通过该区域的食物网影响到区域中其他动植物的种类和数量，进而对整个区域各种生物体造成影响。 食物网是在生态系统中的生物成分之间通过能量传递关系存在着一种错综复杂的普遍联系，直接反映生态系统的结构和功能[3]。生产者制造有机物，各级消费者消耗这些有机物，生产者和消费者之间相互矛盾，又相互依存。不论是生产者还是消费者，其中某一种群数量突然发生变化，必然牵动整个食物网。食物网是生态系统长期发展的进化过程中形成的。人类活动使生态系统中某一生物体种群数量遭到破坏，将使生态平衡失调，甚至是生态系统崩溃[2]。因此，研究食物网中生物的能量流动关系，对于维持生态系统的稳定、利用动物间的相互制约来减缓人类活动对生态系统的破坏具有重要的意义。

放射性同位素应用与发展

放射性同位素应用与发展 一百年前天然放射性的发现，引起了人类对宇宙认识和知识更新的一场伟大变革。正是由于这场科学思想上的革命，在经历了半个世纪的探索和奋斗后，终于打开了核能的巨大宝库。当今全世界有４３７座核电站在运行，另有３０座核电站在建造，核电已占世界总发电量的１７％。 放射性元素及放射性同位素的应用业已遍及医学、工业、农业和科学研究等各个领域。在很多应用场合，放射性同位素至今尚无代用品；在很多其它应用场合，它要比现有可替代的技术或流程更有效、更便宜。目前，世界上总共有３２个国家拥有核电。与此相比，放射性同位素几乎已在全球所有国家使用。其中有５０个国家拥有进行同位素生产或分离的设施。其中一些国家的同位素生产部门已成为经济活动中一个相当重要的组成部分。 放射性同位素（以下简称同位素）主要由研究反应堆和回旋加速器生产。同位素生产设施还包括了核动力厂、同位素分离装置和非专门从事同位素生产的普通加速器。 全球有将近３００台放射性同位素生产装置或设备。重要的同位素生产设施大约只有５０个国家拥有。大量共享的生产设施属于经济合作和发展组织（ＯＥＣＤ）。此外，主要的同位素生产国家还有中国、印度、俄罗斯和南非。 正在运行的研究堆在全世界有３００个，但只有将近１００个堆用作同位素生产（占运行时间的５％或更多一些）。其中包括６个高通量堆，主要生产６０Ｃｏ和２５２Ｃｆ。俄罗斯的２个快中子堆生产８９Ｓｒ。大多数同位素由研究堆生产，主要有９９Ｍｏ、６０Ｃｏ、１９２Ｉｒ和１３１Ｉ等。亚洲正在建造或计划建造新的研究堆，同位素生产能力期望会迅速增加。而欧洲和北美，现有的反应堆在老化，一旦关闭，还没有计划用新的装置来取代他们。目前有几个核电厂，如加拿大、阿根廷的压管式重水堆和俄国的ＲＢＭＫＳ堆正在生产６０Ｃｏ。另一些国家包括法国、俄国、英国和美国在用一些研究堆生产民用氚。 全世界有１８０多台加速器在生产放射性同位素。其中约有５０台回旋加速器致力于放射性药物生产。他们生产的主要同位素是２０１Ｔｌ以及少量的１２３Ｉ、６７Ｇａ和１１１Ｉｎ。还有大约１２５台回旋加速器致力于ＰＥＴ工作。由于这类应用正在扩展，全球估计每年要建造２５台。由ＰＥＴ回旋加速器生产的主要同位素有１８Ｆ、１１Ｃ、１３Ｎ和１５Ｏ。此外，还有一些非专门从事同位素生产的普通加速器。 同位素分离设施包括工厂，车间和热室。在这里放射性同位素从裂变产物或放射性废料中提取出来。４家具有工业规模的设施（在比利时、加拿大、荷兰和南非运行）和几个小的车间（在阿根廷、澳大利亚、挪威、俄罗斯和中国运行）正在从事由裂变产物中提取９９Ｍｏ。 另一些设施（包括热室）正在生产１３７Ｃｓ和８５Ｋｒ。这些设施的大多数在印度、俄罗斯和美国运行。大约１０个热室（在法国、德国、俄罗斯、英国和美国）采用很成熟的流程，从乏燃料中分离出超铀元素和α发射体。 在科学研究中，同位素的应用已深入到了生物医学、遗传工程、材料科学和地球科学。医学应用在同位素诸多有益应用领域里最为活跃。广泛而又多样的工业应用覆盖了众多的工业部门。辐射育种、昆虫不育和食品保藏等技术促进了农业的可持续发展。另一些应用还包括环境污染的监测与去除以及正在扩大的安全检查体系等。

稳定同位素应用

高精度稳定同位素技术 同位素指质子数相同而中子数不同的同种化学元素，最常用的稳定同位素有碳-13 (13C)、氮-15(15N)、氢-2 (2H即氘) 和氧(18O)等。因为这些同位素比普通元素重1到2个原子量单位，所以也叫作重元素。稳定同位素(stable isotope) 就是天然同位素或非放射性同位素(non-radioactive isotope)，即无辐射衰变，质量保持永恒不变。稳定同位素在自然界无处不在，包括所有化合物、水和大气，所以也就自然地存在于动植物和人体内。其物理化学性质与普通元素相同，所以可用作示踪剂来标记化合物用于科学研究、临床医学和药物生产等几乎所有自然领域。由于没有辐射污染，稳定同位素示踪剂可以用于任何对象，包括孕妇、婴儿和疾病患者，无论是口服还是注射，都绝对安全。 稳定同位素技术的另一特点是其测试定量的高精度和超高精度，达到PPM级（即百万分之一精度)，而且同时也测定了化合物的浓度，事半功倍，且降低了测试误差。现在，利用同位素技术人们可以同时测定多个不同的样品，从而提高测定效率。这些高效率、高精度的特点是放射性同位素等技术所不可比拟的。 稳定同位素技术的第三个特点是其示踪能力的微观性和灵活多变性。微观性是指它可以用来标记、追踪化合物分子内部某个或多个特定原子，比如葡萄糖分子中各个原子在人体内的不同代谢途径, 哪些原子进入三羧酸循环产生能量，而哪些原子进入脂肪代谢途径参与脂肪合成。多变性是指通过对同位素标记位点的合理选择和巧妙设计来追踪、定性定量测定化合物的不同代谢途径或者生成过程。 由于以上特性，自上世纪中叶特别是70年代以来稳定同位素技术在科技先行国家被广泛应用于医学、营养、代谢、食品、农业、生态和地质等研究和生产领域。近年来在药物研发生产以及新兴的基因工程、蛋白质组学(proteomics)、代谢组学(metabolomics) 和代谢工程(metabolic engineering) 等前沿领域，稳定同位素技术已成为一种应用广泛、独特高效甚至必须的技术，显著地提高了解决科学问题的能力和生产效率。最新近的例子是德国科学家用碳13氨基酸通过三代喂养成功地标记了动物全身的所有蛋白质而获得了细胞代谢的重要发现。这一崭新的技术堪比当年的聚合酶连锁反应技术(PCR), 必将迅速得到广泛的推广和应用，有力地推动生命科学的发展。稳定同位素在自然界的无所不在意味着该技术应用的普遍性，有大自然显微镜的独特功能，将揭开越来越多的大自然和人体的奥秘。

岩气稳定同位素连续流分析技术研究样本

页岩气取样及其烃类、二氧化碳、硫化氢等C、H、O、S 同位素连续流 分析技术研究 1、国外现状 烃类碳氢同位素组成的分析技术一直是困扰同位素地球化学研究和应用的关键问题之一。20世纪90年代之前, 对天然气等有机质碳氢同位素的测试是首先将天然气制备成CO及H2,然后送质谱分析。步骤为：将天然气在气相色谱仪(GC)中分离出CH、CH CsH、CM。等；将甲烷及其同系物逐个在高温下的过量氧气中燃烧为CO和H2O;将产生的水在高温下用锌、铀或者镉还原法制备成H2;最后将CO及H2样品管分别与同位素质谱计(IRMS)联接,进行碳氢同位素测试。此方法的工序繁多, 重复性差, 在控制严格的条件下, 碳氢同位素标准偏差可控制在1%o及5%0以内。 大气中CO碳氧同位素的分析始于上个世纪中后期，国外专家利用传统的双路方法分析, 使用超过400ml 的空气来提取CO2。1990 年, 科罗拉多大学稳定同位素实验室采取了大量的空气样品, 进行CO2 的碳稳定素研究, 用VG SIRA Series II 双路质谱仪能够得到 C O同位素的精度分别为0.3 %。、0.5 %°。 对于硫化氢而言, 硫同位素是研究其成因的最有效手段。由于硫化氢极强的腐蚀性, 需要在现场将其转化为稳定的硫化物, 方可送入实验室分析。在天然气的试气现场, 在各项安全保护措施到位的情况下, 可将高含硫化氢页岩气经过导管输入到饱和的乙酸锌(Zn(CH3COO2)?2HO)溶液中，反应后形成大量白色ZnS 沉淀物,带回实验室烘干，将样品中的硫转化为SO,采用Finnigan MAT公司的MAT251同位素质谱仪，进行质谱分析，最后测量获得硫化物的S 34S值，分析精度为±0.2%。 随着质谱技术的发展, 国外于上世纪末出现了在线连续流技术, 对页岩气烃类、二氧化碳、硫化氢等C、H、O、S 同位素的测定更为高效, 便捷。 20世纪90年代后期, 随着对碳氢同位素研究的需要, 高精度专用质谱仪器得

稳定同位素样品处理技术

稳定同位素样品处理技术 1、固体样品 固体样品在进行同位素质谱分析之前必须进行干燥、粉碎、称量等处理步骤。 1.1干燥 样品可以放在透气性好，而且耐一定高温的器具或取样袋中，然后在60~70℃的干燥箱进行干燥24~48小时。 注意：烘干的样品要及时研磨或者保持干燥，否则有返潮现象，给磨样造成困难，而且影响同位素数据。 1.2酸处理 将土壤样品适当粉碎（为了更好的反应），放在小烧杯中，倒入适量浓度的盐酸（浓度一般用0.5mol/L），这时会发现有小气泡冒出，这是盐酸与土壤中的无机碳反应产生的CO2，用玻璃棒搅拌使反应更完全，可以间隔1小时搅拌一次使之充分反应。反应至少6小时，除去土壤中的无机碳，沉淀，倒掉上层清夜；再用去离子水搅拌洗涤，沉淀，倾倒上层清夜，重复3~4次，充分洗净过量盐酸；然后烘干土壤样品（条件同上）。 注意：测定碱性土壤中的有机C同位素，在干燥之前需要进行酸处理。因为采集的土壤样品中含有无机碳，会影响到我们需要的数据。 1.3粉碎 经过烘干的样品需要粉碎才能进行分析，为了保证样品的均匀，粉碎程度至少要过60目的筛子。粉碎可以用研钵、球磨机或混合磨碎机来等来处理。 1.4样品整理 磨好的样品放在合适的包装里，如小瓶子、小信封或自封袋里，最好密封保存。以数字和英文字母做标记区别样品。 1.5称量 经过干燥和粉碎处理的样品在分析之前还得放在锡箔帽中称量。用微量分析天平（同位素实验室专用），样品量可以精确到0.001mg （百万分之一天平）。称样前，先将所需工具及样品排放好，所需工具包括样品垫、样品盘、镊子、勺子。先调天平平衡，看水泡是否在圆圈内，在圆圈内则表示天平平衡。在称量过程中尽量不要碰桌子，减少对天平的影响。称量时，先将锡帽放进天平内，等天平显示的数字稳定时调零，然后将锡帽取出放在样品垫上，放适量样品至锡帽中，样品的量根据测定的同位素以及样品中的含量而定。称量最终质量并作记录。然后将锡帽团用镊子或拇指和食指轻轻用力团成小球。已经称量并用锡箔包好的样品放在专门的样品盘里，并附带一份质量表格，保存。 注意：任何时候不能由裸露的双手触摸样品或锡帽。若用手操作，须带上无尘橡胶手套。并确保包好的样品没有泄漏。样品盘中样品的标记对应记录本上的标记。（只要同位素比率值的不需要记录质量数，而需要全N或全C量的则需要记录质量数）。

同位素应用

应用编辑 同位素示踪法在生物化学和分子生物学中的应用 放射性同位素示踪法在生物化学和分子生物学领域应用极为广泛，它为揭示体内和细胞内理化过程的秘密，阐明生命活动的物质基础起了极其重要的作用。近几年来，同位素示踪技术在原基础上又有许多新发展，如双标记和多标记技术，稳定性同位素示踪技术，活化分析，电子显微镜技术，同位素技术与其它新技术相结合等。由于这些技术的发展，使生物化学从静态进入动态，从细胞水平进入分子水平，阐明了一系列重大问题，如遗传密码、细胞膜受体、RNA-DNA逆转录等，使人类对生命基本现象的认识开辟了一条新的途径。下面仅就同位素示踪技术在生物化学和分子生物学中应用的几个主要方面作一介绍。 物质代谢的研究 体内存在着很多种物质，究竟它们之间是如何转变的，如果在研究中应用适当的同位素标记物作示踪剂分析这些物质中同位素含量的变化，就可以知道它们之间相互转变的关系，还能分辩出谁是前身物，谁是产物，分析同位素示踪剂存在于物质分子的哪些原子上，可以进一步推断各种物质之间的转变机制。为了研究胆固醇的生物合成及其代谢，采用标记前身物的方法，揭示了胆固醇的生成途径和步骤，实验证明，凡是能在体内转变为乙酰辅酶A的化合物，都可以作为生成胆固醇的原料，从乙酸到胆固醇的全部生物合成过程，至少包括36步化学反应，在鲨烯与胆固醇之间，就有二十个中间物，胆固醇的生物合成途径可简化为:乙酸→甲基二羟戊酸→胆固醇又如在研究肝脏胆固醇的来源时，用放射性同位素标记物3H－胆固醇作静脉注射的示踪实验说明，放射性大部分进入肝脏，再出现在粪中，且甲状腺素能加速这个过程，从而可说明肝脏是处理血浆胆固醇的主要器官，甲状腺能降低血中胆固醇含量的机理，在于它对血浆胆固醇向肝脏转移过程的加速作用。 物质转化的研究 物质在机体内相互转化的规律是生命活动中重要的本质内容，在过去的物质转化研究中，一般都采用用离体酶学方法，但是离体酶学方法的研究结果，不一定能代表整体情况，同位素示踪技术的应用，使有关物质转化的实验的周期大大缩短，而且在离体、整体、无细胞体系的情况下都可应用，操作简化，测定灵敏度提高，不仅能定性，还可作定量分析。在阐明核糖苷酸向脱氧核糖核苷酸转化的研究中，采用双标记法，对产物作双标记测量或经化学分离后分别测量其放射性。如在鸟嘌呤核苷酸（GMP）的碱基和核糖上分别都标记上14C，在离体系统中使之参入脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMP），然后将原标记物和产物（被双标记GMP 掺入的dGMP）分别进行酸水解和层析分离后，测定它们各自的碱基和戊糖的放射性，结果发现它们的两部分的放射性比值基本相等，从而证明了产物dGMP的戊糖就原标记物GMP的戊糖，而没有别的来源，否则产物dGMP的碱基和核糖的比值一定与原标记物GMP的两部分比值有显著差别。这个实验说明戊糖脱氧是在碱基与戊糖不分记的情况下进行的，从而证明了脱氧核糖核苷酸是由核糖核苷酸直接转化而来的，并不是核糖核苷酸先分解成核糖与碱基，碱基再重新接上脱氧杭核糖。无细胞的示踪实验可以分析物质在细胞内的转化条件，例如以3H-dTTP为前身物作DNA掺入的示踪实验，按一定的实验设计掺入后，测定产物DNA 的放射性，作为新合成的DNA的检出指标。 动态平衡的研究 阐明生物体内物质处于不断更新的动态平衡之中，是放射性同位素示踪法对生命科学的重大贡献之一，向体内引入适当的同位素标记物，在不同时间测定物质中同位素含量的变化，就能了解该物质在体内的变动情况，定量计算出体内物质的代谢率，计算出物质的更新速度和更新时间等等。机体内的各种物质都在有大小不同的代谢库，代谢库的大小可用同位素稀释法求也。 生物样品中微量物质的分析

第十讲稳定同位素地球化学

第十讲 地质常用主要稳定同位素简介 18O Full atmospheric General Circulation Model (GCM) with water isotope fractionation included.

内容提要 ●基本特征●氢同位素●碳同位素●氧同位素●硫同位素

10.1. 传统稳定同位素基本特征 ?只有在自然过程中其同位素分馏变化为可测量范围的元素，才能应用于地质研究用途，这些元素的质量范围多<40； ?多为能形成固、气、液多相态物质的元素，其稳定同位素组成可发生较大程度变化。总体上，重同位素趋于在结合紧密的固相物质中富集；重同位素趋于在氧化价态最高的物相中富集； ?生物系统中的同位素变化常用动力效应来解释。在生物作用过程中(如光合作用、细菌反应及其它微生物过程)，相对于反应初始组成，轻同位素趋于在反应生成物中富集。

10.2. 氢(hydrogen) ?直到1930年代，人们才发现H不是由1 个同位素，而是由两个同位素组成： 1H：99.9844% 2H(D)：0.0156% ?在SMOW中D/H=155.8 10-6 ?氢还有一个同位素氚(3H)，但为放射性核素，半衰期仅为~12.5y。

10.2.1 氢同位素基本特征 ?与多数重元素的同位素组成不同，太阳系物质具有高度不均一的氢(氧)同位素组成，尤其是内地行星与彗星之间； ?1H与D同位素间质量相对差最大，在地球样品中表现出最大的稳定同位素变化(分馏)范围； ?从大气圈、水圈直至地球深部，氢总是以H O、OH-， 2 H2、CH4等形式存在，即在各种地质过程中起着重要作用； ?氢同位素以 D表示，其同位素测量精度通常为0.5‰至2‰(相对其它稳定同位素偏低)。

稳定同位素技术的发展及其应用

核技术与核安全课程作业 稳 定 同 位 素 技 术 的 发 展 及 其 应 用

原子核内质子数相同而中子数不同的一类原子称为同位素，它们处在周期表上的同一位置，可分为稳定性同位素和放射性同位素。放射性同位素的原子核是不稳定的，它通过自发的放出粒子而衰变成另一种同位素。而不具有放射性的同位素称为稳定同位素，其中一部分是由放射性同位素通过衰变后形成的稳定产物，称为放射成因同位素；另一部分是天然的稳定同位素，是核合成以来就保持稳定，迄今为止还未发现它们能够自发衰变形成其他同位素。自然界中共有1700余种同位素，其中稳定同位素有270余种。有的元素由很多的稳定同位素组成，如第50号元素锡含有10个稳定同位素；而有的稳定同位素却仅仅只有一个稳定同位素，如元素氟、钠等。 稳定同位素较放射性同位素具有安全、无污染、易控制的优点，在地质、生态、医药、农业等领域研究中得到广泛应用。 1.稳定同位素技术的发展过程 稳定同位素的发现比放射性同位素要晚一些，1912年汤姆孙用电磁分析器（近代质谱计的雏形）才第一次确定了氖-20和氖-22的存在；1927年发现了氧的稳定同位素O 17和O 18 ；1932年发现了重氢（D ）。1936年尤里等用精馏法从水中富集了O 18，随后又用化学交换法富集了Li 8，C 13，N 15和S 34，不但证实了早年发表过的有关分离的计算理论，同时也发现了化学交换法对大量分离轻同位素很合适的。与此同时也采取了几种物理方法分离了若干种同位素。 在1930-1941年期间稳定同位素分离还处于探索阶段，此时尚无工业规模的生产，少量分离物只是提供研究同位素本身的核性质以及作为示踪原子用。到20世纪50年代后期，由于科学技术的进步及稳定同位素特殊性质的逐步显示，才使之得以迅速发展。我国稳定同位素的研制工作起步于50年代中，60年代首先在农业上获得应用。之后，在医药学中的应用也取得初步成果。目前，我国已有一支稳定同位素的研究、生产机应用的技术队伍，个别产品进入了国际市场。 2.稳定同位素分析技术 稳定同位素分析是分离研究、生产和应用的前提，它是稳定同位素科学技术中不可缺少的组成部分。其中最重要的方法是质谱分析，它用于同位素分析已有70年历史，是经典、常用，准确的方法，适用于各种元素同位素质量和浓度测定以及物质成分和结构分析。近来在样品引入、离子源、分析器以及检出系统等四个主要方面都有重大的改进。在样品引入部分加上气相色谱，构成色质联用仪器，可以分析复杂混合物样品而不必转化为简单气体。此外，现在又出现高压液相色谱与质谱联用的更新技术。在离子化方面出现了许多新型离子化型式，如化学离子化，在离子源中产生的离子基本上是分子离子，谱线要比普通的电子轰击离子化单纯得多，大大提高了检测灵敏度。又如场致离子化和场解吸离子化，它们都是不直接轰击样品分子，是一种软离子化技术，不出现离子碎片，基本上没有同位素效应的干扰问题，可以直接分析多成分的混合物样品，而且不必像GC-MS 那样需要引入适合于气相色谱的诱导体，所以操作更为简单。这对多重标记物的分析十分有利，能测定稀释了一百万倍的样品，最小检测量可低到fs(1510 g)。此外，还有激光离子化、大气压离子化和多点场离子化等。在分析器方面，除了磁场偏转形式外，还有一种简便的四重极质量过滤器，它是用四根圆棒电极(最好是双曲线断面型式)代替了笨重的磁铁。对角线上两根电极互成一对，分别加上高

利用氮稳定同位素比的氮循环解析利用氮稳定同位素比的氮循环解析

利用氮稳定同位素比的氮循环解析 Nitrogen cycle study by 15N natural abundance 木庭启介 Keisuke Koba 青年人才培养基地 特任副教授 Associate Professor, Strategic Division of Young Researchers 研究领域：环境 Keywords: Nitrogen, nitrification, denitrification, isotope URL ：http://www.tuat.ac.jp/~keikoba/ 1. 研究研究（（技术技术、、开发开发））简介 ·背景与目的 由于氮限制着植物的生长，而且近年来氮的大气沉淀不断增加，生态环境中氮含量过高（氮饱和状态），因此有很多针对氮循环的研究。我们认为，可以利用微量的样本测定对氮循环解析非常有用的15N 自然存在比，再将其应用到各种生态类用途。 ·内容内容（（研究研究、、技术技术、、开发开发））说明 以前一直作为N2气体测定的氮同位素比换为大气浓度更低的N2O 测定后，需要的样本量减少为以前的1/1000。实际上，利用反硝化细菌或叠氮化氢可以将氮化合物100%转换为N2O ，再测定氮稳定同位素比。 2. 研究研究（（技术技术、、开发开发））的独创性 ·与其他方法与其他方法（（产业方面的竞争技术产业方面的竞争技术））之间的区别等 在传统的元素分析计-稳定同位素质量分析计的组合中，需要100微克左右的样本，但在我们的系统中，通过作为N2O 测定，仅用0.1微克左右的氮便可测定。 3. 今后的展开 ·关于设想中的市场及对其所做的贡献等 在污水处理厂等氮循环非常动态的生态环境以及食品产地判定等测定要求严格的场合，我们的微量同位素比测定系统将更为有效。另外根据有机栽培和无机栽培蔬菜所用氮源的氮（氧）同位素比不同的原理，准确判别蔬菜产地也将变为可能。

比较蛋白质组学研究中的稳定同位素标记技术

进展评述 比较蛋白质组学研究中的稳定同位素标记技术 刘新1,2　应万涛1,2　钱小红1,23 (1军事医学科学院放射与辐射医学研究所　北京　100850;2北京蛋白质组研究中心　北京　102206) 摘　要　比较蛋白质组学是指在蛋白质组学水平上研究正常和病理情况下细胞或组织中蛋白质表达变化,以期发现具有重要功能的生物标识物,为疾病的早期诊断提供依据。近年来它正成为蛋白质组学研究的热点和发展趋势。比较蛋白质组学的研究方法和策略有多种,本文就最近几年来稳定同位素标记技术(体内代谢标记技术和体外化学标记技术)在比较蛋白质组学研究中的进展进行综述。 关键词　比较蛋白质组学　稳定同位素标记　体内代谢标记　体外化学标记 Application of Stable Isotope Labeling in Comparative Proteomics Liu X in1,2,Y ing Wantao1,2,Qian X iaohong1,23 (1Beijing Institute of Radiation Medicine,Beijing100850; 2Beijing Proteome Research Center,Beijing102206) Abstract　C omparative proteomics is the research of protein expression changing between normal and pathological cell or tissue on the proteome level.P otential biomarkers w ould be discovered from the research by comparative proteomics, which will be helpful to the diagnosis and therapy of diseases.In the recent years,it has been becoming the hot spot of the proteomics research and many strategies used in comparative proteomics have been developed.During those approaches,the strategies based on stable is otopic labeling coupled with mass spectrometry have been extensively used and lots of success ful applications have been reported.In contrast to the traditional radioactive is otope labeling method,stable is otope labeling technique was not radioactive and the operation is simple.Metabolic labeling in viv o and chemical labeling in vitro are tw o parts of stable is otope labeling technique,which both have various advantages and disadvantages.This paper reviewed the progress of stable is otope labeling technique in comparative proteomics. K ey w ords　C omparative proteomics,S table is otope labeling,Metabolic labeling in viv o,Chemical labeling in vitro 随着人类基因组精确图谱的公布,基因组功能的阐明已经成为生命科学研究中一项极重要的任务[1]。蛋白质是基因的最终产物同时也是基因功能的最终执行体,因而人类基因的表达及其功能有待于在蛋白水平上揭示。蛋白质组学的研究目的是分离和鉴定组织或细胞中的所有蛋白质。生物体在生长发育过程中,基因组是相对稳定的,而蛋白表达是高度动态变化的,并且具有严格调控的时间和空间特异性[2]。为了研究生物体在不同状态下表达的所有蛋白质的动态变化,比较蛋白质组学应运而生,即在蛋白组学水平上,研究在正常生理和病理状态,或受到不同的外部环境刺激下,或在突变等因素影响下,蛋白质表达的变化情况,以期发现生物体内关键的调控分子及与疾病相关的蛋白质标志物,最终为疾病的防诊治、新型疫苗的研发等提供理论依据。 为了研究蛋白质表达的动态变化,基因表达检测技术,如微阵列法[3]、DNA(脱氧核糖核酸)芯片法[4]等曾被广泛使用。这些方法虽然能够实现对mRNA(信使核糖核酸)进行定性和定量分析,但 刘新　男,27岁,博士生,现从事比较蛋白质组学研究。　3联系人,E2mail:qianxh1@https://www.sodocs.net/doc/0916884392.html, 国家自然科学基金(20505019、20505018)、国家重点基础研究发展规划项目(2004C B518707)和北京市科技计划重大项目(H030230280190)资助项目 2006207220收稿,2006209221接受

稳定同位素比例质谱仪(IRMS)的原理和应用

稳定同位素比例质谱仪（IRMS）的原理和应用 祁彪，崔杰华 （中国科学院沈阳应用生态研究所农产品安全与环境质量检测中心，沈阳，110016）同位素质谱最初是伴随着核科学与核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。 一、有关同位素的基本概念 1、同位素（Isotope） 由于原子核所含有的中子数不同，具有相同质子数的原子具有不同的质量，这些原子被称为同位素。例如，碳的3个主要同位素分别为12C、13C和14C，它们都有6个质子和6个电子，但中子数则分别为6、7和8。 2、稳定同位素（Stable isotope） 同位素可分为两大类：放射性同位素（radioactive isotope）和稳定同位素（stable isotope）。 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。 无可测放射性的同位素是稳定同位素。其中一部分是放射性同位素衰变的最终稳定产物。例如206Pb 和87Sr等。另一大部分是天然的稳定同位素，即自核合成以来就保持稳定的同位素，例如12C和13C、18O 和16O等。与质子相比，含有太多或太少中子均会导致同位素的不稳定性，如14C。这些不稳定的“放射性同位素”将会衰变成稳定同位素。 3、同位素丰度（Isotope abundance）

稳定同位素技术的应用

稳定同位素技术的应用 稳定同位素是元素周期表中某元素中不发生或极不易发生放射性衰变的同位素，目前地球上发现的稳定同位素共有200多种。现在稳定同位素技术还已经应用于医学、农业和环境科学等各领域。 稳定同位素的常规分析方法主要有：质谱法、核磁共振谱法、气相色谱法、中子活化分析法、光谱法等。 1.稳定性同位素探针技术 将稳定同位素运用于微生物中的技术主要是稳定性同位素核酸探针技术，稳定性同位素核酸探针技术是将复杂环境中微生物物种组成及其生理功能耦合分析的有力工具。由于自然环境中微生物具有丰富的多样性，在整体水平上清楚认知复杂环境中微生物群落生理代谢过程的分子机制具有较大难度。而稳定性同位素核酸探针技术则能有效克服这一难点，在群落水平揭示复杂环境中重要微生物生理生态过程的分子机制。 稳定性同位素核酸探针技术的基本原理与DNA半保留复制实验类似、主要区别在于后者以纯菌为研究对象，证明子代DNA源于父代DNA，而前者主要针对微生物群落，揭示复杂环境中参与标记底物代谢过程的微生物作用者。一般而言，重同位素或轻同位素组成的化合物具有相同的物理化学和生物学特性，因此，微生物可利用稳定性重同位素生长繁殖。 2.稳定同位素标记的相对定量与绝对定量方法 2.1稳定同位素标记的相对定量方法 稳定同位素在蛋白质组学中也有重要的应用。根据同位素引入的方式，基于稳定同位素标记的蛋白质组定量方法可以分为代谢标记法、化学标记法和酶解标记法。采用不同方法，标记同位素的样品在不同步骤混合；越早混合，样品预处理步骤引入的误差越小，定量的准确度越高。 代谢标记是指在细胞或生物体成长过程加入含有稳定同位素标记的培养基，完成细胞或生物体标记的方法。该方法是在细胞培养过程中加入稳定同位素标记的必需氨基酸，使得每条肽段相差的质量数恒定。与15N方法相比，由于肽段的质量差异数与氨基酸种类和数目无关，因此简化了相对定量分析的难度。 除代谢水平标记外，通过体外化学标记引入同位素是一种非常有价值的蛋白质组相对定量方法；适用于细胞、体液、组织等多种样品分析。现有的化学标记试剂多数通过与氨基或巯基反应引入稳定同位素。最常用的是基于N -羟基琥珀酰胺化学和还原胺反应。 18O标记是目前酶解标记的唯一方法。采用该方法仅需要在酶解过程中使用H218O。18O标记既可用于非修饰蛋白质组的相对定量，而且也可以将肽段末端的

浅论放射性同位素示踪技术的应用

浅论放射性同位素示踪技术的应用-----《原子物理》课程论文 这学期通过学习XX老师的《原子物理》课程，我对原子物理其中一个领域—放射性同位素产生了很大的兴趣，这兴趣源于我在高中时期对生物学科中同位素示踪法的学习经历，当时我就感觉这一技术十分奇妙，但不明原理，《原子物理》课程让我认识并理解了物理和生物两大学科之间的这一联系。课堂上老师简明扼要地介绍了一些有关的应用，但是我仍不满足。老师只能作为课程的引路人，为学生指明入门方向，要想横向更加广泛地，纵向更加深入地了解这一课程的某个领域还是要学生在课外多方搜集资料，筛选整合有价值的信息，通过比较和研究，最终形成自己对这一领域的独特而深刻的认识，放射性同位素的应用浩瀚广博，即使仅仅只谈它的示踪技术应用，也远非我这篇小论文可以概述详尽的，所以我也只能用“浅论”这两个字。下面我就对放射性同位素示踪技术的应用进行浅显的介绍和论述。 具体论述前我们首先要明确相关的基本概念，无论结构多么复杂的物理学大厦，它的地基都是由一块块叫做“基本概念”的砖石筑成的。基本概念不明晰，我们就无法理解为什么放射性同位素具有如此广泛而丰富的应用。那么什么是“放射性同位素”呢？科学家发现，元素周期表中同一位元素的原子并不完全一样，有的原子重些，有的原子轻些；有的原子很稳定，不会变，有的原子有放射性，会变化，衰变后成了另一种元素的原子。我们把这些处于同一位的元素但有不同性质（质子数相同，但中子数不同）的原子称为同位素。同位素中有的会放出射线，因此称放射性同位素。 放射性同位素不断发出射线，它到哪里，人们就可以追踪到哪里，可作为示踪剂使用。示踪剂可以是示踪原子，也可以做成示踪化合物。因为加入示踪剂之后，就像贴上标记一样，所以又称之为标记化合物。人们已经用氚、碳-14、磷-32、硫-35、碘-125等许多核素合成了许许多多标记化合物。用放射性同位素示踪技术（以下简称示踪技术）作检测，具有灵敏度高、方法简便、干扰少、准确性好等优点，因此，在工农业生产、医疗、环保、国防和科学研究等许多领域有着十分广泛的应用，并且这种应用还在迅速扩展。 （一）示踪技术在生物学领域的应用 高中时期我们就曾经学过同位素示踪法在生物学科的应用，即用示踪元素标记的化合物，可以根据这种化合物的放射性，对有关的一系列化学反应进行追踪。它可用于研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理等。有关光合作用的基本产物的知识，也是在利用二氧化碳-14（14CO2）作为示踪剂之后才被人们所了解的。二氧化碳-14中的碳-14是碳的一个放射性同位素。此外，有些植物具有非常巧妙的机能——在夜间，不断地吸收二氧化碳，到了白昼，就在叶子中进行光合作用。这一现象也是利用二氧化碳-14进行研究后才发现的。利用示踪剂二氧化碳-14还可以研究有关植物呼吸的详细情况。例如，由于昼夜之间的差别，植物的呼吸情况有什么不同？呼吸对光合作用有什么影响？不同植物之间，呼吸有什么差异等等。 （二）示踪技术在工业生产领域的应用 放射性示踪剂在工业生产中有着广泛的应用。石油蕴藏在地下，油层非均匀性质很严重，油水分布复杂。搞清地下油水分布的情况，对提高采油率有着十分重要的意义。如果用氚或碘-125、硫-35作示踪剂，注入油井中，打一些监测井进行监测，就可以知道地下油水的分布情况。再如，不同公司生产的石油往往共用一条输油管道，要想把哪个公司输送过来的石油分辨得一清二楚，也可找示踪剂来帮忙。例如在甲公司的石油中加入放射性碘做示踪剂，在乙公司的石油中加入放射性硫做示踪剂，当接收站测到放射性碘示踪剂信号时，就知道甲公司的石油过来了，就会自动打开甲公司的贮油槽。当测到放射性硫示踪剂信号时，就知道是乙公司的石油过来了，就会打开乙公司的贮油槽，保证不会认错货。 （三）示踪技术在科学研究领域的应用 用氚标记示踪剂可以帮助水利学家们研究江河中泥沙是怎么淤积的。利用氯-36示踪剂可以帮助人们了解地下水运动走向和渗透率的大小。利用碳-14示踪剂可以研究大洋水流的循环模式和全球气候变暖的原因，等等。磷-32、硫-35、碘-125、碳-14或氚作示踪剂，可以帮助医生从分子水平研究神经系统、内分泌系统疾病的机制，进行药物代谢，基因工程等研究。用磷-32或硫-35标记的核苷酸，可用于DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）分子序的测定。 （四）示踪技术在医学领域的应用 通过查阅相关医学文献，我发现在医学研究中，经常需要了解某种物质在机体内的分布情况和代谢规律，包括药物、抗体、细胞膜受体，基因片段以及蛋白质等各种分子。如何能够较为方便地在活体动物或人体条件下了解这些情况呢？示踪技术是一种较为常用的方法。随着放射性标记药物的品种不断增加，在体外探测体内放射性分布的设备不断进步，示踪技术应用越来越广泛。最早，我们为了解甲状腺的功能，给病人口服放射性碘，然后测定甲状腺部位的放射性高低，定量显示甲状腺的摄碘功能，这一方法沿用至今，对于甲状腺整体和甲状腺肿块局部功能的评价，用数字或图像的方式很容易获得。还可以用于

放射性同位素在能源

放射性同位素在能源，农业，医疗，考古的作用 在元素周期表中，一个元素占据一个位置。后来，科学家又进一步发现，同一位元素的原子并不完全一样，有的原子重些，有的原子轻些；有的原子很稳定，不会变，有的原子有放射性，会变化，衰变后成了另一种元素的原子。我们把这些处于同一位的元素但有不同性质的原子称为同位素。同位素中有的会放出射线，因此称放射性同位素。放射性同位素具有以下三个特性： 第一，能放出各种不同的射线。有的放出α射线，有的放出β射线，有的放出γ射线或者同时放出其中的两种射线。还有中子射线。其中，α射线是一束α粒子流，带正电荷，β射线就是电子流，带有负电荷。 第二，放出的射线由不同原子核本身决定。例如钴－60原子核每次发生衰变时，都要放射出三个粒子：一个β粒子和两个光子，钴－60最终变成了稳定的镍－60。 第三，具有一定的寿命。人们将开始存在的放射性同位素的原子核数目减少到一半时所需的时间，称为半衰期。例如钴－60的半衰期大约是5年。 放射性同位素有三个主要来源——加速器中带电粒子的产物，反应堆中的中子轰击产物和分离出的裂变产物。使用放射性同位素的主要优点是可以通过测定它们发射的粒子和鉴定其特有的半衰期和辐射性质，探测它们的存在。放射性同位素在能源、工业、农业、医疗、环境、考古等诸多方面都有着广泛的应用。 示踪技术 示踪方法是引入少量放射性同位素，并随时观察其行踪的方法。例如在肥料中掺入少量的放射性磷-32（半衰期为14.28天，发射1.7兆电子伏的β粒子），可以找到给植物施磷肥的最好方法。用探测或照相胶片测量辐射随时间的变化及其在植物中的位置，就能得到磷的摄入率和累积率的准确资料。同样，给人体注射无害的放射性钠-24（半衰期15.03小时）溶液，可以进行人体血液循环的示踪实验。为了医学诊断的目的，希望引入足够的放射性物质以便提供所需要的数据，但是放射性物质不能达到有害于人体的程度。 再如，监视掺合了放射性同位素流体的行踪可以确定许多种物质的流速，如人体中的血液，输油管中的石油或排入江河中的污水等。利用示踪技术还可以对生物体内的农药形式进行分析，研究农药施用后发生的变化及其在生态系统中运动的规律。 有关光合作用的基本产物的知识，也是在利用二氧化碳-14（14CO2）作为示踪剂之后才被人们所了解的。二氧化碳-14中的碳-14是碳的一个放射性同位素。此外，有些植物具有非常巧妙的机能--在夜间，不断地吸收二氧化碳，到了白昼，就在叶子中进行光合作用。这一现象也是利用二氧化碳-14进行研究后才发现的。

轻元素稳定同位素的标准评述

轻元素稳定同位素的标准评述 厦门大学海洋系　郭卫东 提　要　标准物质在稳定同位素分析的质量保证体系以及分析数据的可比性方面起着关键性作用,因此标准物质的研制具有重要意义。本文评述了国际上在轻元素(氢、碳、氮、氧和硫)稳定同位素标准物质研制方面的最新进展。 关键词　稳定同位素　标准物质　轻元素 随着高分辨率质谱技术的出现和不断完善以及制样技术的提高,氢、碳、氮、氧和硫等轻元素的稳定同位素在地质、海洋以及近年来在环境科学等诸多学科领域中得到了广泛应用。其中标准物质是稳定同位素分析质量保证体系的重要环节,同时也是使不同稳同实验室的分析数据统一到同一基准从而具有可比性的根本保证,因此研制适宜的稳定同位素标准物质其重要性是不言而喻的。国际上由国际原子能委员会(I A EA)下属的同位素水文学部统一负责稳定同位素标准物质的研制、管理和分发工作,并不定期召开会议讨论决定有关事宜。本文介绍目前国际上在氢、碳、氮、氧和硫稳定同位素标准物质研制方面的一些最新进展。 一、稳定同位素的基准 轻元素的稳定同位素组成都用?值表示,因此稳定同位素的基准即是?标尺的“零点”,也叫一级参考标准(P ri m ary R ef2 erence Standard),它是以同位素组成均匀稳定、同位素比值大致为其天然同位素组成变化范围中间值的天然物质为基础经国际公认所确定。基准的建立对确保分析数据的可比性发挥了至关重要的作用。但随着时间的推移,有些基准物质已用完,有些基准物质的均匀性或稳定性受到怀疑,还有些基准物质原本就不存在,从而给实际分析对比工作带来困难。I A EA认识到这些问题的严重性,以校准物质(Calib rati on M aterial)为基础,建立了一套新的参考基准。所谓校准物质,是指同位素组成通过 33333333333333333333333333333333333333 学和年代学等理论和技术方法的完善是海洋事件地球化学得以发展和完善的前提。 (3)向高精度定量方向发展 今后海洋事件地球化学将以精确给出各类事件的地球化学标志和精确厘定各类事件年龄为目的,对各类事件的认识将向高精度定量方向发展,从而使得海洋事件地球化学研究真正成为能够解决重大海洋地质问题,影响相关学科发展的一门边缘学科。 — 4 —