讲座 同篮素质谱仪原理 生着中 D酆 付的 203年3月14日
讲 座 付 昀 2013年3月14日 同位素质谱仪原理 —生态学中应用
、同笸素的攏念和原理 XIBE 同位素?? 原子、中子和同位素 1质子,1电子 7H⊙D)1质子,1中子,1电子 1H(Trtm1质子,2中子,1电子
同位素？？ 原子、中子和同位素 H 1 1 H 2 1 H 3 1 1 质子, 1 电子 (D)1 质子, 1 中子, 1 电子 (Tritium) 1 质子, 2 中子, 1 电子 一、同位素的概念和原理
同位素?? XIBE 一个原子或离子的质量主要在原子核 带一个正电荷并且有一个原子的质量.它的实际质 量近似为102g 带一个零电荷并且有一个原子的质量.它的实际质 量近似为1024g 子 带一个负电荷,只有一个为质子的on1/2000质量 质子数和中子数的总和=原子量 1213 C, C 6 6 原子数=质子数
同位素？？ 一个原子或离子的质量主要在原子核 质子 中子 电子 带一个正电荷并且有一个原子的质量. 它的实际质 量 近似为 10-24g .带一个零电荷并且有一个原子的质量. 它的实际质 量 近似为 10-24g 带一个负电荷，只有一个为质子的 onl1/2000th质量 质子数和中子数的总和 = 原子量 原子数 = 质子数 C , C 12 6 13 6
稳定同位素的自然丰度 XIBE 99.984 99.635 80 % 0000 0.0156 % 60 0.365 20 Hydroger H 4H H Nitrogen NN 98.892 99759 0000 0.0370.204 Carbon C 1C 4C Oxygen 0 OO 95.02 80 % 0.764.2100.014 20 ∠ SS S
Carbon Oxygen Sulphur Hydrogen H Nitrogen 1 1 H 2 1 C 12 6 C 13 6 N 14 7 N 15 7 S 32 16 S 33 16 S 34 16 S 36 16 O 16 8 O 17 8 O 18 8 99.984 0.0156 0 20 40 60 80 100 % 99.635 0.365 0 20 40 60 80 100 % 98.892 1.108 0 20 40 60 80 100 % 99.759 0.037 0.204 0 20 40 60 80 100 % 95.02 0.76 4.210 0.014 0 20 40 60 80 100 % 稳定同位素的自然丰度 H 3 1 C 14 6
各种同位素的Deta值的标准 XIBE Ho:SMoW大洋水( Standard mean ocean water) DH=(15576±010)×10-68D,SMoW=0‰o( OdsMoW=0‰) 180/160=(20052士60)×10-6610,SMoW=0%‰(180sMow=0%0) c:PDB美国南卡罗来纳州白垩纪皮狄组层位中的拟箭石化石(Peee Belemnite) 13C/12c=(112372±93)×10-6813c,PDB=0%‰(613cpDg=0%0) N:Air空气中氮气为标准(Air) 15N/14N=(36765±60)×10-6815N,Air=0%o(615NAir=0%) S:cDT选用 Canyon Diable铁陨石中的陨硫铁( roilite.标准物质 34s/32s=00450045±93634s,CDT=0%(634sc0r=0‰0)
各种同位素的Delta值的标准 HO:SMOW 大洋水（Standard Mean Ocean Water） D/H=（155.76 ± 0.10）× 10-6 δD,SMOW =0‰（ δDSMOW =0‰ ） 18O/16O=(2005.2 ± 60)× 10-6 δ18O,SMOW=0‰（δ18OSMOW =0‰ ） C:PDB 美国南卡罗来纳州白垩纪皮狄组层位中的拟箭石化石（Peedee Belemnite） 13C/12C=(11237.2 ± 93)× 10-6 δ13C, PDB=0‰（ δ13CPDB=0‰ ） N : Air 空气中氮气为标准（ Air ） 15N/14N= (3676.5± 60)× 10-6 δ15N, Air =0‰ （ δ15NAir =0‰ ） S: CDT 选用Canyon Diablo铁陨石中的陨硫铁(Troilite)为标准物质 34S/32S = 0.0450045 ± 93 δ34S,CDT =0‰ （ δ34SCDT =0‰ ）
XIBE 同位素比值:非常小的值 13c12cp0B=0011237 国际通用的参考物质(PDB) 举例 613C=+1%变化 VS PDB 13C/12C SAMPLE =0.011248 13c12 C SAMPLE=0.011226 613c=-1%变化 VS PDB Dea‰(千分值)s(13c/Ca13c2cP0)X1000 13c/12c1 PDB
同位素比值: 非常小的值 13C/12C PDB = 0.011237 13C/12C SAMPLE = 0.011248 δ13C = +1‰ 变化 vs PDB 13C/12C SAMPLE = 0.011226 δ13C = -1‰ 变化 vs PDB 国际通用的参考物质(PDB) 举例 ( 13C/12Csam - 13C/12CPDB) x 1000 13C/12CPDB Delta ‰ （千分值）=
自然界碳同位素变化 XIBE C3植物 C4植物 CAM植物 海洋碳酸盐 陆地碳酸盐 石油(海成岩) 大气CH4 大气CO2PDB 50 40-30 20-10 0 613c(‰VPDB)
自然界碳同位素变化
稳定同位素比质谱仪IRMs XIBE Isotope Ratio Mass Spectrometer 稳定IRMS只分析化学稳定的同位素,无放射性。主要分析 的稳定同位素有: C 上述同位素一般转化为如下气体引入IRMS,所 以也可以叫气体同位秦质谱仪 CO2 N CO 比RMS测量较重’同位素对较轻同位素的比率,以CO2为例 CO2=12C+160+160=m/z44 Major isotope丰度97.6% 13C+16+160=m/z45 Minor1 sotope丰度1.1% =12C+180+160=m/z46 Minor2 isotope丰度0.4% IRMS分析的比率:45/44和46144
稳定 IRMS只分析化学稳定的同位素，无放射性。主要分析 的稳定同位素有： 2H 13C 15N 18O 34S 上述同位素一般转化为如下气体引入IRMS，所 以也可以叫气体同位素质谱仪： H2 CO2 N2 CO SO2 比 IRMS测量‘较重’同位素对‘较轻’同位素的比率，以CO2为例： IRMS分析的比率：45/44 和 46/44 稳定同位素比质谱仪IRMS Isotope Ratio Mass Spectrometer
XIBE 稳定同位素质谱分析一测量过程 so COp 氧化燃烧还原 HO 高温裂解 Co H2 multiple detectors 12c160180+,13c16017o+ 46 C16O17O+.13C160 45 CO 12C16O 44
稳定同位素质谱分析—测量过程 氧化燃烧还原 H2O CO2 SO2 N2 44 45 46 CO2 12C16O2 + 12C16O17O+ , 13C16O2 + 12C16O18O+ , 13C16O17O+ Multiple Detectors CO H2 高温裂解
XIBE Faraday Collectors lonisation Source Magnet Separation
IsoPrime100 IRMS Ionisation Source Faraday Collectors Magnet Separation