稳定气体同位素比质谱仪

2014年6月18日，上海——近日，科学服务领域的世界领导者赛默飞世尔科技（以下简称：赛默飞）在成都峨眉山世纪阳光大酒店成功举办第七届稳定同位素比质谱仪用户交流会。翠色山峦下，花溪迎曲巷，风景如画的峨眉山迎来了本次会议的参会人员共计100余人，环境、地质、海洋、生态、食品安全等多个行业的稳定同位素比质谱仪资深用户，出席了本次会议。 赛默飞无机质谱销售经理为大会做了开幕致辞，60多年以来，赛默飞始终是稳定同位素分析仪器的领先的供应商，其中，稳定同位素比质谱仪作为无机质谱产品线上最重要的组成部分，提供了久经考验的全球经销、支持和服务网络，在同位素分析领域已获得无数客户的满意和信赖，目前越来越广泛地应用于各行各业。赛默飞无机质谱销售经理 赛默飞无机质谱产品专员为大家介绍了近期发布的稳定同位素分析仪器三款新产品，分别为Delta Ray、MAT253 Ultra和新一代GC – IRMS。1. 小巧便携的Delta Ray稳定同位素比红外光谱仪，采用了DFG中红外激光差频发生器，引用了基于ConFlo IV – IRMS技术的URI万用参考气接口，第一次将气体稳定同位素比的测定从实验室移到了野外，实现了大气CO2同位素比的原位连续观测，获得了CO2的δ13C和δ18O及其浓度的高测定精度和准确度，Delta Ray在碳储量和碳封存、温室气体监测、植物生态学和火山监测等研究方向具有广阔的应用空间。2. MAT253 Ultra 高分辨率稳定同位素比质谱仪，采用了双聚焦磁分析器等新设计，大大提高了质量分辨率，足以区分实际质量非常接近的同位素体，同时，增加了二次电子倍增器，大大降低了检测器的噪音信号，有效地检出了丰度极低的同位素体，针对当前的热门研究——利用耦合同位素 (Clumped isotope)确定矿物形成温度，MAT253 Ultra在测定耦合同位素方面越来越不受到仪器技术的限制。3. 新一代GC – IRMS，采用了最新的前端处理装置，即TriPlus RSH自动进样器、TRACE 1310 GC专用气相色谱仪和GC IsoLink II燃烧和转化单元，色谱分离更彻底，模块化程度更高，连接更简便，而且还能与Thermo ScientificTM的GC-MS系列产品中的任何一款台式质谱仪（例如ISQ单四极杆质谱仪）相结合，组成GC – MS – IRMS联用系统，只需一次注射，即可同时获得复杂混合体系中的每一个目标化合物的结构特性和同位素比信息。Delta Ray、MAT253 Ultra和新一代GC – IRMS三款新产品可作为现有的稳定同位素仪器技术的扩展和补充，为目前开展的更高端、更前沿、更专业的稳定同位素示踪技术与热点应用提供了新的契机。 赛默飞无机质谱产品专员 赛默飞亦有幸邀请到了中科院南京土壤研究所、同济大学、中科院地质与地球物理研究所、中国食品发酵工业研究院、国家地质实验测试中心、广东石油化工学院、核工业北京地质研究院、中科院微生物研究所、河北农科院遗传所、中科院地质古生物研究所等16位特邀专家出席了本次会议，并为本次会议奉献了精彩的报告。 稳定同位素比质谱仪用户交流会的精彩瞬间 赛默飞2014稳定同位素比质谱仪用户交流会合影留念 关于赛默飞世尔科技赛默飞世尔科技（纽约证交所代码：TMO）是科学服务领域的世界领导者。公司年销售额170亿美元，在50个国家拥有员工约50,000人。我们的使命是帮助客户使世界更健康、更清洁、更安全。我们的产品和服务帮助客户加速生命科学领域的研究、解决在分析领域所遇到的复杂问题与挑战，促进医疗诊断发展、提高实验室生产力。借助于Thermo Scientific、 Life Technologies、 Fisher Scientific 和 Unity? Lab Services四个首要品牌，我们将创新技术、便捷采购方案和实验室运营管理的整体解决方案相结合，为客户、股东和员工创造价值。欲了解更多信息，请浏览公司网站：www.thermofisher.com。 赛默飞世尔科技中国赛默飞世尔科技进入中国已超过30年，在中国的总部设于上海，并在北京、广州、香港、台湾、成都、沈阳、西安、南京、武汉等地设立了分公司，员工人数超过3800名。为了满足中国市场的需求，现有8家工厂分别在上海、北京、广州和苏州运营。我们在全国共设立了6个应用开发中心，将世界级的前沿技术和产品带给国内客户，并提供应用开发与培训等多项服务；位于上海的中国创新中心结合国内市场的需求和国外先进技术，研发适合中国的技术和产品；我们拥有遍布全国的维修服务网点和特别成立的中国技术培训团队，在全国有超过2000名专业人员直接为客户提供服务。我们致力于帮助客户使世界更健康、更清洁、更安全。欲了解更多信息，请登录www.thermofisher.cn。

大气中的温室气体是引起气候变化的主要原因，因此揭开自然界温室气体的循环机理非常重要。同时，我们寻求理解对于这些气体人为的贡献，这样我们可以开发一些成功的策略去减轻或者阻止人类对于地球可持续发展的破坏影响。德国元素iso FLOW GHG联用稳定同位素比质谱仪是一种用于研究温室气体的高度自动化的连续流处理系统，也是研究气候变化的重要的手段。借助低温预浓缩、气相色谱和化学捕集技术分析大气中痕量的CO2, N2O和CH4气体，可以实现高精度的同位素分析。除此之外，iso FLOW GHG联用稳定同位素比质谱仪也可以用来研究土壤N2O排放及其来源途径。一般情况下，土壤微生物活动是 N2O 产生的主要原因，在有氧条件下，微生物将氨氧化成硝酸根的过程中产生N2O；而在厌氧环境中，反硝化细菌将硝酸盐或亚硝酸盐还原成N2O。我们知道，N2O分子是直线结构，其中一个氮原子与另一个氮原子相连，第二个氮原子又与氧原子相连，根据15N的位置不同，N2O同位素特征值又可以分为δ15Nα和δ15Nβ，当前，越来越多的科学家通过分析氮同位素异位体位嗜值（Site preference，SP）来研究N2O的产生机制，这种研究思路的好处在于可以排除N2O前体的不确定性对分析结果的影响。SP计算公式为：SP=δ15Nα-δ15Nβiso FLOW GHG联用稳定同位素比质谱仪提供了先进的自动化控制软件lyticOS，直观的操作界面和自动的数据处理极大地方便了用户，避免了大量的人为手动计算，使分析数据更加稳定准确。

中国科学技术大学地球和空间科学学院特任教授邓正宾与多位国际学者合作，实现了钛稳定同位素组成的超高精度测量方法，应用刻画了地球形成早期到现代的地幔来源火成岩的钛同位素记录，揭示了地球地幔的运转模式是呈阶段性演变的以及现代板块构造体制下接近全地幔对流的模式只是地球演化近期的过渡状态。7月26日，相关研究成果以Earth’s evolving geodynamic regime recorded by titanium isotopes为题，在线发表在《自然》（Nature）上。　　地球自外向内主要分为地壳、地幔和地核。其中，地幔在660公里处存在地震波速的不连续界面，将地幔分为上地幔和下地幔两个圈层。在地球地质历史中，上、下地幔的物质交换会影响元素在地壳和地幔中的分配，对于理解类地行星的动力学和热演化十分重要。地球化学研究发现现代深部地幔保留了地球形成早期的稀有气体或短半衰期放射性核素的同位素记录，意味着下地幔存在原始物质的储库；而地震层析成像研究发现俯冲板片可进入下地幔，意味着现今上、下地幔存在大量物质交换，且现有交换速率下地球早期形成的储库应难以在漫长地质历史中得到保留，与地球化学观察所得结论相对立。在地壳熔融过程中，钛稳定同位素体系存在显著分馏，是用来示踪地壳-地幔的物质交换的良好工具；钛作为难熔元素，在变质和水岩作用过程中不易发生迁移，通过钛稳定同位素研究可以得到地球形成以来相对完整的地壳-地幔物质交换记录，为长期争论的地幔内部物质交换问题带来新的约束。　　邓正宾同丹麦哥本哈根大学等国际研究机构，采用最新一代多接收等离子体质谱仪开发超高精度钛稳定同位素分析方法，改进和优化样品处理流程和数据处理方法，将已有钛稳定同位素分析方法的分析精度提高了3-4倍以用来限定自然样品中微小的分馏信号。　　利用新的分析方法，邓正宾等对24件球粒陨石样品的钛同位素进行标定，确定全硅酸盐地球的钛稳定同位素组成和现在的上地幔存在显著差别。在此基础上，科研人员对比研究了全球从太古代到元古代（38亿年-20亿年以前）的地幔来源火成岩以及现代洋岛玄武岩样品。结果发现，早太古代（38亿年-35亿年）的样品和球粒陨石的钛稳定同位素组成一致；在35亿年到27亿年之间地球地幔来源火成岩样品的同位素组成随着时间逐渐变轻，直到与现代普通型大洋中脊玄武岩接近；而现代洋岛玄武岩的钛稳定同位素组成与大洋中脊玄武岩存在差别，更接近全硅酸盐地球的组成特征（图1）。　　结合已有大陆地壳生长模型，研究推测目前地幔中的钛稳定同位素组成的变化可能反映：地球太古代（38亿年至27亿年前）上、下地幔的物质交流处于受限的状态（图2，f=0.2）；而该格局在现代已被打破，体现在现代洋岛玄武岩的钛稳定同位素组成存在较大范围。对比其锶同位素组成，现代洋岛玄武岩的钛稳定同位素组成变化无法单纯由沉积物或大陆地壳物质的再循环导致，代表了部分原始地幔物质的参与（图3）。这反映了现代地球内部原始地幔储库仍存在却在逐步被瓦解。　　该工作基于同位素分析技术方法的突破，综合研究地球地幔来源火成岩在地质历史中同位素记录随着时间的变化，发现地球地幔的运转模式不是一成不变的，即现代深俯冲板片可以进入下地幔以及接近全地幔对流的格局只是地球演化近期的过渡状态而不完全代表地球早期的动力学特征。该工作弥合了地球化学和地球物理对地球内部过程约束的矛盾；同时，在此基础上，亟需对地球地质历史中地幔物质交换模式及其演化具体控制机制开展更多研究，以更好认识类地行星的地质和宜居性演化。　　美国加州大学圣巴巴拉分校、英国卡迪夫大学、瑞士苏黎世联邦理工和法国巴黎地球物理学院的科研人员参与研究。图1.球粒陨石、古老地幔来演火成岩、现代大洋中脊玄武岩和洋岛玄武岩的钛稳定同位素组成。图2.大陆地壳生长模型和地球地幔来源火成岩的钛稳定同位素组成随时间的演化。图3.现代洋岛玄武岩和大洋中脊玄武岩的钛稳定同位素和锶同位素组成，可见其钛稳定同位素组成的变化无法单纯由沉积物或大陆地壳物质的再循环导致。