稳定同位素、何谓轻稳定同位素和重稳定同位素
2. 何谓稳定同位素、何谓轻稳定同位素和重稳定同位素。
自然界的同位素按其原子核的稳定性可以分为放射性同位素和稳定同位素两大类。
稳定同位素的原子核是稳定的, 或者其原子核的变化不能被觉察。目前认为, 凡原子能稳定存在的时间大于1017a 的就称为稳定同位素。
稳定同位素又分为轻稳定同位素和重稳定同位素。
轻稳定同位素：
1.原子序数Z＜20，ΔA/A≥10% (ΔA 为两同位素质量差)；
2.发生同位素成分变化的主要原因是同位素分馏作用，其反应是可逆的。
轻稳定同位素的特点是:
原子量低。
同位素之间的相对质量差大。
化合物一般具有高度的共价键。
元素有多个化学价，氧化态和还原态，如S
C；或化合物有多种状态，气、液、固态，如H和O。同位素丰度应足够检测，以便保证质谱分析精度。
重稳定同位素原子序数Z＞20，ΔA/A＜10%；特点是：
1.原子量大, 同一元素各同位素间的相对质量差异小(0 . 7% ～1 . 2%) , 环境的物理和化学条件的变化通常不导致重稳定同位素组成改变;
2.同位素组成的变化主要是由放射性同位素衰变造成的, 这种变化在地球历史的演变中是单方向进行的、不可逆的。例如, 放射成因稳定同位素206Pb、207Pb、208Pb、87Sr、143Nd 分别由238U、235U、232Th、87Rb、147 Sm 经衰变形成, 因而地质体中铅、锶、铷的同位素组成常受地质体年龄的大小及其中放射性母体同位素丰度的制约。因此, 地质体中重稳定同位素的组成变化常常用来研究地球、地质体的演化和成岩成矿作用等, 是一个极为重要的地球化学参数和示踪剂。4. 造成稳定同位素组成变化的原因是什么？
自然界同位素组成经常呈现一定程度的变化。引起同位素成分变化的主要过程有两类: 一类是放射性同位素衰变, 使母体同位素的数量随时间的推移逐渐减少, 同时子体同位素的数量不断增加; 另一类是由各种化学和物理过程引起的同位素分馏, 氢、碳、硫、硅、氮等同位素组成变化主要是由同位素分馏引起的。对这两类作用的研究是同位素地球化学的主要任务。
轻稳定同位素( Z < 20) 的相对质量差较大(ΔA/ A≥10% ) , 在自然过程作用中由于这种质量差所引起的同位素相对丰度的变异, 称为同位素分馏作用。根据分馏作用的性质和条件可区分如下:
(1) 物理分馏: 也称质量分馏, 同位素之间由质量引起的一系列物理性质的微小的差别, 如密度、熔点、沸点等, 使
之在蒸发、凝聚、升华、扩散等自然物理过程中发生轻重同位素的分异。经过蒸发凝聚循环, H2O 富集在蒸气相中, D2O 更多地残留于水体中。经过多次物理分馏, 在一些地区( 如高纬度区) 大气降水中将形成最轻的水。由于地球重力作用会引起轻重同位素分子的扩散分异, 如大气圈高空富集14N, 而低层15N 集中。单向多次反复的物理过程中, 同位素质量分馏效应最明显。
(2) 动力分馏: 含有两种同位素的两类分子时, 由于质量不同, 它们参加化学反应的活性有差异。质量不同的同位素分子具有不同的分子振动频率和化学键强度。轻同位素形成的键比重同位素的键更易破裂, 因此, 轻同位素分子的反应速率较高, 在平衡共存相间产生微小的分馏, 在反应产物中, 特别是活动相中更富集轻同位素。
(3) 平衡分馏: 在化学反应中反应物和生成物之间由于物态、相态、价态以及化学键性质的变化, 使轻重同位素分别富集在不同分子中而发生的分异叫做平衡分馏, 也称同位素交换反应。
(4) 生物化学分馏: 生物活动和有机反应时的同位素分馏效应更强。如植物通过光合作用使12C 更多地富集于生物合成有机化合物中。因此生物成因的地质体如煤、石油、天然气等具有最高的w（12C)/ w（13C) 值。生物化学分馏是同位素分异作用的重要控制反应。
参考文献:
地球化学.韩吟文.地质出版社
基于同位素稀释质谱法的土壤中重金属可提取及可交换态的测定法
基于同位素稀释质谱法的土壤中重金属可提取及可交换态的测定法 中国农业大学 齐孟文 土壤重金属元素的环境行为和归宿，即生物有效性及生态毒理特性，并不单独取决于其在土壤中的总浓度，而主要取决于其在环境中的累计和迁移特性，由此决定的可提取及可交换态，采用通常的浸提实验，只能在确定的实验条件下测定其可提取态，而不能直接测定其可交换态，可交换态是潜在可以解吸的部分，而可提取态是其中易于解吸的部分，利用同位素稀释法可以同时对二者进行测定，因此能够提供更多有关重金属环境行为的信息。 同位素稀释法测定的基本过程是，将某一元素富含重同位素的添加液加入土壤悬浮液，使其在溶液与土壤可交换相间迅速分配，待达到平衡状态时，则系统固-液两相的同位素比率相同，这样通过振荡或洗脱柱洗脱，取一定量洗脱液测定液相中的同位素比率，随后即可用同位素稀释公式进行相关测定计量。 1.可交换态含量 土壤中元素的可交换态含量，常称为土壤元素的是指吸附在粘土、腐殖质及其它成分上，可由同位素交换法测定。 value - E 当元素的同位素土壤可交换库与浸提液中充分达到平衡时，结合电感耦合等离子质对浸提液进行测定，利用同位素稀释原理，则有计量关系如下： heavy sample inter heavy spike spike light sample inter light spike spike heavy light h m h m h m h m I I R ?+??+?== 其中，R 为同位素素质谱的比率；为质谱信号的强度，下标和heavy 分别表示元素的轻和重同位素；h 为元素的同位素丰度，下标分别表示添加剂和土壤样品；和，分别表示添加剂中的元素量和样品中可交换的元素量。 I light spike m inter m
同位素__专题练习
同位素 专题练习 1、有六种微粒分别是4019X ，4020Y ，4018Z ，4019Q ＋，4020K 2＋，4020M ，它们隶属元素的种类 （ ） A ．2种 B ．3种 C ．4 种 D ．5种 2、4018Ar 、4019K 、4020Ca 三种原子, 它们具有相同的 （ ） A ．电子数 B ．中子数 C ．电子层数 D ．质量数 3、下列各组物质中，互为同位素的是 （ ） A ．O 2、、O 3 、O 4 B ．H 2、D 2、T 2 C ．H 2O 、 D 2O 、 T 2O D ．6329Cu 和6529Cu 4、下列关于原子的几种描述中，不正确的是 （ ） A ．18O 与19F 具有相同的中子数 B ．16O 与17O 具有相同的电子数 C ．12C 与13C 具有相同的质量数 D ．15N 与14N 具有相同的质子数 5、分析发现，某陨石中含有半衰期极短的镁的一种放射性同位素28Mg ，该同位素的原子核 内的中子数是 （ ） A ．12 B ．14 C ．16 D ．18 6、人类探测月球发现，在月球的土壤中含有较丰富的质量数为3的氦，它可作为今后核聚 变的重要原料之一。氦的这种同位素应表示为 （ ） A ．He 43 B ．He 32 C ．He 42 D ．He 3 3 7、2004上海据报道，月球上有大量3He 存在，以下关于3He 的说法正确的是 （ ） A ．是4He 的同素异形体 B ．比4He 多一个中子 C ．是4He 的同位素 D ．比4He 少一个质子 8、(1994上海)某微粒用R A Z n +表示，下列关于该微粒的叙述中正确的是 （ ） A ．所含质子数＝A －n B ．所含中子数＝A －Z C ．所含电子数＝Z ＋n D ．质子数＝Z ＋A 9、(1998上海)钛（Ti ）金属常被称为未来钢铁。钛元素的同位素Ti 4622、Ti 4722、Ti 4822、Ti 4922、 Ti 5022中， 中子数不可能为 （ ） A ．30 B ．28 C ．26 D ．24
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。
同位素稀释质谱法特点
收稿日期!"##$%&#%#’ 作者简介!赵墨田(&)$#*+,男(汉族+,河北乐亭人,研究员,从事无机质谱,化学计量研究-.%/012!3405/6789::9/;:58;:8 第"’卷增刊"##$年&#月 质谱学报 <5=98025>?418@A @B0A A C D @:695/@69EC 5:1@6E F 52;"’C =D D 2 ;G :6 ;"##$同位素稀释质谱法特点 赵墨田 ( 国家标准物质研究中心,北京&###&H + I J K L J M N M O P K N Q R P Q O R S T U R S P S V K W Q X Y P Q S Z[M R R \V K O P N S ]K P N ^ _‘a G B5%6108 (bc d e f g c h i j k j c l m no j g d j l p f l o j l d e p e j qi j p j l j g m j rc d j l e c h k ,s j e t e g u &###&H ,o n e g c +v w R P N M O P !x A 565D 1:y 12=6158/0A A A D @:695/@69E40A 64@:4090:6@91A 61:A 5>0z A 52=6@/@0A =9@% /@86;{4@|=08616061}@A @D 09061585>64@@2@/@86Ay =918~64@D 9@D 0918~A 0/D 2@y 5@A8568@@y !{4@/@645y5>x "BC40A 64@41~4A @8A 161}16E08y64@41~40::=90:E !{4@y E 80/1:A :5D @5>64@/@0A =9@/@861A /59@#1y @08y64@y @6@9/1818~}02=@A :5=2yz @690:@y65C x =%816 ;$K ^%S N &R !1A 565D 1:y 12=6158/0A A A D @:695/@69E (x "BC +!|=08616061}@A @D 0906158!y E 80/1:A :5D @!A @8A 161}16E !0::=90:E 中图分类号!G ’ ’(;’H 文献标识码!a 文章编号!&##$%"))(("##$+增刊%&’(%#" &))(年国际物质量咨询委员会(??)B + 在巴黎召开的第六次会议,将同位素稀释质谱法*精密库仑*电位滴定*凝固点下降法和重量法定 位于具有绝对测量性质的方法-其中同位素稀释质谱法是唯一一种微量*痕量和超痕量元素权威 测量的方法-因为x "BC 可以通过天平称重和同 位素丰度比的质谱测量,将化学成分分析转化为同位素丰度的质谱测量-因此,兼顾两种方法的优势!x "BC 具有绝对测量性质!灵敏度高!方法准确!测量的动态范围宽!样品制备不需要严格定量分离!测量值能够直接溯源到国际基本单位制的物质量基本单位+摩尔-本实验室充分运用 上述优势,开展x "BC 在化学计量中的应用研究,用所建立的方法为基准,标准物质定值,开展环境样品痕量元素测量,进行稳定同位素示踪,参加国际比对和国际合作研究-以下仅就x "BC 法特点进行简述- -具有绝对测量性质 由同位素稀释质谱法的基本公式可见, x "BC 是通过三种样品, 即稀释剂(浓缩同位素+* 被测样品和混合样品同位素丰度测定和所加稀释剂的准确称量,借助公式计算,最终给出被测量样品里某元素或某同位素标记化合物的 浓度或绝对值,单位通常用.~,/~或./52,/~ 表示-在实验程序运作过程中,测量的仅仅是样品里同位素或同位素标记化合物的摩尔离子数之比,而不是浓度-因此,很少受到各种物理*化学因素的干扰,即使存在干扰,对同一元素也会以相同的几率贡献给两个同位素的丰度,最终对同位素丰度比的测量影响将相互抵消-因此,不需要使用参考标准对仪器进行刻度或校正,同位素丰度比的测量值本身就能代表着样品中两个同位素的原子个数之比-公式中的另一组因子 r e ,代表被测量元素中同位素的核质量,目前已有精确到小数点后(*0位有效数字的国际标准值,它的误差对最终测量值不确定度的贡献可以忽略-稀释剂溶液的浓度,可用精密库仑直接标定,或用x "BC 进行反标定-标定值的不确定度一般在#;&1左右-混合样品的配置通过精密天
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。
元素的精确质量数及同位素丰度报告
元素的精确质量数及同位素丰度 Aluminum Al(27) 26.981541 100.00 Antimony Sb(121) 120.903824 57.30 Sb(123) 122.904222 42.70 Argon Ar(36) 35.967546 0.34 Ar(38) 37.962732 0.063 Ar(40) 39.962383 99.60 Arsenic As(75) 74.921596 100.00 Barium Ba(130) 129.906277 0.11 Ba(132) 131.905042 0.10 Ba(134) 133.904490 2.42 Ba(135) 134.905668 6.59 Ba(136) 135.904556 7.85 Ba(137) 136.905816 11.23 Ba(138) 137.905236 71.70 Beryllium Be(9) 9.012183 100.00 Bismuth Bi(209) 208.980388 100.00 Boron B(10) 10.012938 19.80 B(11) 11.009305 80.20 Bromine Br(79) 78.918336 50.69 Br(81) 80.916290 49.31
Cadmium Cd(106) 105.906461 1.25 Cd(110) 109.903007 12.49 Cd(111) 110.904182 12.80 Cd(112) 111.902761 24.13 Cd(113) 112.904401 12.22 Cd(114) 113.903361 28.73 Cd(116) 115.904758 7.49 Calcium Ca(40) 39.962591 96.95 Ca(42) 41.958622 0.65 Ca(43) 42.958770 0.14 Ca(44) 43.955485 2.086 Ca(46) 45.953689 0.004 Ca(48) 47.952532 0.19 Carbon C(12) 12.000000 98.90 C(13) 13.003355 1.10 Cerium Ce(136) 135.907140 0.19 Ce(138) 137.905996 0.25 Ce(140) 139.905442 88.48 Ce(142) 141.909249 11.08 Cesium Cs(133) 132.905433 100.00 Chlorine Cl(35) 34.968853 75.77 Cl(37) 36.965903 24.23 Chromium Cr(50) 49.946046 4.35 Cr(52) 51.940510 83.79 Cr(53) 52.940651 9.50 Cr(54) 53.938882 2.36 Cobalt Co(59) 58.933198 100.00 Copper Cu(63) 62.929599 69.17 Cu(65) 64.927792 30.83
稳定碳同位素在滨海湿地碳生物地球化学循环中的应用
稳定碳同位素在滨海湿地碳生物地球化学循环中的应用* 陈 菀 郗 敏 李 悦** 孔范龙 孔凡亭 (青岛大学化学化工与环境学院,山东青岛266071) 摘 要 碳作为滨海湿地中重要的生命元素,其生物地球化学循环过程是滨海湿地研究的核心内容之一三稳定同位素技术越来越多地被应用到滨海湿地碳生物地球化学循环过程的研究中,提高了其研究水平,并推动了其研究的进程三本文从有机物质生产二土壤有机质来源二食物链传递二温室气体排放以及可溶性有机碳输出5个方面,综述了滨海湿地碳生物地球化学循环过程的稳定同位素研究进展三通过植物及土壤δ13C 值的测定进行有机质的生产机理研究及外源追溯,通过对比各生物种群的δ13C 值分析碳在生态系统中的流动过程,通过湿地排放温室气体及可溶性有机碳δ13C 值的测定揭示影响碳输出的环境因子三最后,文章总结了当前研究中存在的问题,并对其研究前景进行了展望三关键词 生物地球化学;稳定同位素;滨海湿地;碳循环 中图分类号 P597;X142 文献标识码 A 文章编号 1000-4890(2013)6-1613-07Applications of stable carbon isotope to the studies of carbon biogeochemical cycle in coast?al wetland :A review.CHEN Wan,XI Min,LI Yue **,KONG Fan?long,KONG Fan?ting (College of Chemical and Environmental Engineering ,Qingdao University ,Qingdao 266071,Shandong ,China ).Chinese Journal of Ecology ,2013,32(6):1613-1619. Abstract :Carbon is an important element of life,and its biogeochemical cycle is one of the core contents in the study of coastal wetland.Stable isotope technique is more and more applied in this domain,having improved the research level and promoted the research progress.This paper sum?marized the advances in the stable isotope research on the carbon biogeochemical cycle in coastal wetland from the aspects of organic matter production,soil organic matter traceability,transfer?ring process of food chain,greenhouse gases emission,and dissolved organic carbon output.The mechanisms and extraneous sources of organic matter production are investigated by the measure?ment of plant?and soil δ13C values,the carbon flow in the wetland ecosystem is analyzed through the comparison of the δ13C values of various species,and the environmental factors affecting the carbon output of wetland ecosystem are revealed via the measurement of the δ13C values of emit?ted greenhouse gases and dissolved organic carbon.By the end of this paper,the existing prob?lems and the future directions of related studies were discussed and prospected.Key words :biogeochemistry;stable isotope;coastal wetland;carbon cycle. *国家自然科学基金项目(41101080)二山东省自然科学基金项目(ZR2011QD009)二山东省高等学校科技计划项目(J12LC04)和青岛市公共领域科技支撑计划项目(12?1?3?71?nsh)资助三**通讯作者E?mail:qdenv@https://www.sodocs.net/doc/a513567724.html, 收稿日期:2012?09?06 接受日期:2013?02?07 生物地球化学循环是指各种化学元素在不同层 次二不同大小的生态系统内,乃至生物圈里,沿着特定的途径从环境到生物体,又从生物体再回到环境,不断地进行着流动和循环的过程(熊汉锋和王运 华,2005)三碳元素在湿地中的生物地球化学循环过程可以简单地描述为初级生产者进行有机物质的生产,形成生物量的积累,然后通过食物链,经微生物分解排放到大气中(王红晋等,2006)三通常,自然湿地分为内陆湿地和滨海湿地两大类,滨海湿地作为海陆过渡带,是一个多功能的复杂生态系统,与周边生态系统间物质交换频繁,从而滨海湿地碳生物地球化学循环过程的研究工作存在许多困难(张 生态学杂志Chinese Journal of Ecology 2013,32(6):1613-1619
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）。
同位素稀释质谱计量公式及表达式推演
同位素稀释质谱计量公式及表达式推演 齐孟文 中国农业大学 同位素稀释质谱分析，是在样品中定量加入富含待测元素稀有同位素核素的内标，使其与样品充分混合，通过用质谱法测定样品中元素的同位素丰度及其改变，依据同位素稀释原理定量待测元素含量的方法。为了消去其它因子的影响, 该法一般选择待测元素的一对同位素核素同时进行丰度测定, 并用其比率进行相关计算。 1.公式推导 设：为样品或内标中某待测元素的原子个数；下角标分别表示样品或内标；分别为样品、内标和混合样品的同位素丰度，下角标 表示所选的一对同位素核素。则对选定的同位素对，有关系: N y x ，M T S 和，k i ，i y x i y i x M )N N (T N S N +=+ （1） k y x k y k x M )N N (T N S N +=+ （2） 由（1）/（2），且令： k i ik M /M M =ik k y k x i y i x M T N S N T N S N =++ （3） 整理，有 )T N S N (M T N S N k y k x ik i y i x +=+ （4） 移项，有 )T M T (N )S M S (N i ik k y k ik i x ?=? （5） 令，: k i ik k i ik T /T T ,S /S S ==)T M (T N )M S (S N ik ik k y ik ik k x ?=? （7） 由基本关系式（7），有 1） 样品以内标为参量的摩尔比为 ∑∑?=?=j j S k S j T k T ik ik ik ik k k ik ik ik ik y x n /n n /n (M -S T -M S T M -S T -M N N ） （） ）（）（）（）（j ∑∑++?=、、 ）（）（j jk j jk ik ik ik ik 1 T 1 S M -S T -M （8）
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
同位素丰度
Table I. Isotopic Data Z El A Abundance(%)σγ(total) b g(293?K)N γ E γ(σγ) for most intense capture gamma rays 1H 199.9885(70)0.3326(7) 0.99912223.24835(0.3326) H 20.0115(70)0.000519(7) 1.00012He 30.000137(3)0.000031(9) 1.000 120520.46(4.2×10-11) σp (3He)=5333(7) b He 499.999863(3)0.0 1.00003Li 67.59(4)0.039(4) 1.000 3σα(6Li)=940(4) b Li 792.41(4)0.045(3) 1.00032032.30(0.0381), 980.53(0.00415), 1051.90(0.00414) 4Be 91000.0088(4) 1.000136809.61(0.0058), 3367.448(0.00285), 853.630(0.00208) 5 B 1019.9(7)0.5(1) 1.000 10477.595(716) σα(10B)=3837(9) b B 1180.1(7)0.005(3) 1.00006 C 1298.93(8)0.00353(5) 1.00064945.301(0.00261), 1261.765(0.00124), 3683.920(0.00122) C 13 1.07(8)0.00137(4) 0.99877N 1499.632(7)0.0798(14) 1.000 605269.159(0.0236), 5297.821(0.01680), 5533.395(0.0155) σp (14N)=1.83(3) b N 150.368(7)0.000024(8) 1.003128O 1699.757(16)0.000190(19) 1.0004870.68(1.77×10-4), 2184.42(1.64×10-4), 1087.75(1.58×10-4) O 170.038(1)0.00054(7) 0.99920 O 180.205(14)0.00016(1) 1.000139 F 191000.0096(5) 1.0001681633.53(0.0096)d, 583.561(0.00356), 656.006(0.00197) 10Ne 2090.48(3)0.037(4) 1.000272035.67(0.0245), 350.72(0.0198), 4374.13(0.01910) Ne 210.27(1)0.67(11) 1.00011 Ne 229.25(3)0.045(6) 1.000151979.89(0.00306), 1017.00(0.0030) 11Na 231000.530(5) 1.0002401368.66(0.530)d, 2754.13(0.530)d, 472.202(0.478)d 12Mg 2478.99(4)0.0536(15) 1.001353916.84(0.0320), 585.00(0.0314), 2828.172(0.0240) Mg 2510.00(1)0.200(5) 1.0012061808.668(0.0180), 1129.575(0.00891), 3831.480(0.00418) Mg 2611.01(3)0.0386(6) 1.0014413Al 271000.231(3) 1.0002161778.92(0.232)d, 30.6380(0.0798), 7724.027(0.0493) 14Si 2892.2297(7)0.177(5) 1.001463538.966(0.1190), 4933.889(0.1120), 2092.902(0.0331) Si 29 4.6832(5)0.119(3) 1.00399 Si 30 3.0872(5)0.107(2) 1.0073915P 311000.172(6) 1.001158512.646(0.079), 78.083(0.059), 636.663(0.0311) 16S 3294.93(31)0.548(10) 1.000101840.993(0.347), 5420.574(0.308), 2379.661(0.208) S 330.76(2)0.454(25) 1.001249 S 34 4.29(28)0.235(5) 1.00155 S 360.02(1)0.23(2) 1.0142217Cl 3575.78(4)43.5(4) 1.0003841164.8650(8.91), 517.0730(7.58), 6110.842(6.59) Cl 3724.22(4)0.430(6) 1.0007118Ar 360.3365(30) 5.2(5) 1.01610 Ar 380.0632(5)0.8(2) 1.0400 Ar 4099.6003(30)0.66(1) 1.00240167.30(0.53), 4745.3(0.36), 1186.8(0.34) 19K 3993.2581(44) 2.1(2) 1.00130829.8300(1.380), 770.3050(0.903), 1158.887(0.1600) K 400.0117(1)30(4) 1.000490 K 41 6.7302(44) 1.45(3) 1.00163820Ca 4096.94(16)0.41(2) 1.001491942.67(0.352), 6419.59(0.176), 4418.52(0.0708) Ca 420.647(23)0.68(7) 1.00144 Ca 430.135(10) 6.2(6) 1.001129 Ca 44 2.09(11)0.88(5) 1.00141 Ca 460.004(3)0.72(3) 1.00010 Ca 480.187(21) 1.09(14) 1.0011521Sc 4510027.2(2) 1.002440227.773(7.13), 147.011(6.08), 142.528(4.88)d 22Ti 468.25(3)0.59(18) 1.00123 Ti 477.44(2) 1.52(11) 1.001175 Ti 4873.72(3)7.88(25) 1.002921381.745(5.18), 6760.084(2.97), 6418.426(1.96) Ti 49 5.41(2) 1.79(12) 1.00188 Ti 50 5.18(2)0.179(3) 1.0011923V 500.250(4)21(4) 0.999328 V 5199.750(4) 4.92(4) 1.0013091434.10(4.81)d, 125.082(1.61), 6517.282(0.78) 24Cr 50 4.345(13)15.9(2) 1.00064749.09(0.569), 8510.77(0.233), 8482.80(0.169) Cr 5283.789(18)0.76(6) 1.000167938.46(0.424) Cr 539.501(17)18.2(15) 1.00090834.849(1.38), 8884.36(0.78), 9719.06(0.260) Cr 54 2.365(7)0.36(4) 1.0003825Mn 5510013.36(5) 1.000126846.754(13.10)d, 1810.72(3.62)d, 26.560(3.42) 26Fe 54 5.845(35) 2.25(18) 1.001339297.68(0.0747) Fe 5691.754(36) 2.59(14) 1.0001937631.136(0.653), 7645.5450(0.549), 352.347(0.273) Fe 57 2.119(10) 2.5(3) 1.00135 Fe 580.282(4) 1.30(3) 1.0026727Co 5910037.18(6) 1.000340229.879(7.18), 277.161(6.77), 555.972(5.76) 28Ni 5868.0769(89) 4.5(2) 1.0002368998.414(1.49), 464.978(0.843), 8533.509(0.721) Ni 6026.2231(77) 2.9(2) 1.0001377819.517(0.336), 282.917(0.211), 7536.637(0.190) Ni 61 1.1399(6) 2.5(8) 1.00064 Ni 62 3.6345(17)14.5(3) 1.000536837.50(0.458) Ni 640.9256(9) 1.63(7) 1.000 35 * Decay gamma: 20F(11.163 s), 24Na(20.20 ms), 28Al(2.2414 m), 46Sc(18.75 s), 52V(3.75 m), 56Mn(2.5789 h)
稳定同位素样品取样方法
稳定同位素样品取样方法讲座大纲 林光辉陈世苹 中国科学院植物研究所北京100093 第一部分固体样品采集 1 植物水分利用效率的研究： 取样部位：叶片 测定指标：δ13C 基本原理：δ13C分析是评估C3植物叶片中细胞间平均CO2浓度的有效方法。根据Farquhar 等(1982)，植物的δ13C值可由下式来表示： δ13C p= δ13C a-a-(b-a)×C i /C a 式中，δ13C p和δ13C a分别为植物组织及大气CO2的碳同位素比率，a和b分别为CO2扩散和羧化过程中的同位素分馏，而C i和C a分别为细胞间及大气的CO2浓度。可明显看出，植物的δ13C值与C i和C a有密切的联系。植物组织的δ13C值不仅反映了大气CO2的碳同位素比值，也反映了C i /C a比值。C i /C a比值是一重要的植物生理生态特征值，它不仅与叶光合羧化酶有关也与叶片气孔开闭调节有关，因而C i /C a值大小也与环境因子有关。另一方面，根据水分利用效率的定义，植物水分利用效率也与C i和C a有密切的联系，这可由下列方程式中看出： A= g×(C a-C i)/1.6 E= g×ΔW WUE=A/E= (C a-C i)/1.6ΔW 式中，A和E分别为光合速率和蒸腾速率，g为气孔传导率，而ΔW为叶内外水气压之差。这样，δ13C值可间接地揭示出植物长时期的水分利用效率： WUE= 1313 [1()]/1.6 a p a C C a C W b a δδ -- -? - 由于植物组织的碳是在一段时间（如整个生长期）内累积起来的，其δ13C值可以指示出这段时间内平均的C i /C a值及WUE值。 注意事项： ?阳生叶片； ?光合活性强的叶片（避免新生和衰老叶片）； ?比较不同种或不同地区植物的水分利用率时应注意大气CO2本底的δ13C值与气候和水 分条件是否接近。特别是在森林生态系统中，植物叶片δ13C值存在明显的冠层效应，即愈接近森林地表，植物叶片的同位素贫化（isotopic depletion）效应愈明显，产生这
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