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碳同位素比率

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  • 【原创】稳定同位素溯源技术的发展现状

    [color=#00008B]利用稳定同位素质谱分析法的同位素溯源技术是国际上目前用于追溯不同来源食品和实施产地保护的一种有效工具,在食品安全领域有着广阔的应用前景。国外关于同位素技术在食品安全方面的应用已得到了较快的发展,其主要用于鉴别食品成分掺假、食品污染物来源、追溯产品原产地以及判断动物饲料来源等方面。国外有关同位素溯源技术在鉴别食品成分掺假方面的研究报道比较多,且多集中在鉴别果汁加水、加糖分析,葡萄酒中加入劣质酒、甜菜糖、蔗糖等的分析以及蜂蜜加糖分析等方面。此外,还可鉴别不同植物混合油、高价值食用醋中加入廉价醋酸等掺假分析。早在八十年代后期,美国、西德、日本、新西兰等国就对所有食品,包括各种肉类、粮食、蔬菜、水果、饮料都进行了同位素分析。其中,美国学者White.J.W.首次提出了采用稳定同位素比值分析法检验蜂蜜的真假。美国克鲁格和里斯曼的实验室每年都做至少3000多个食品同位素样品,目的是监测市场上食品的纯度、真假和来源。目前,稳定同位素技术在许多发达国家,已逐渐发展成解决食品掺假问题的一个强有力的手段和技术。其中包括13C/12C比率法、18O/16O 比率法和2H/1H 比率法。我国由于受设备条件和技术要求的限制以及这方面研究的滞后,稳定同位素质谱技术在食品科学和食品安全领域的应用尚为落后。1992年,我国上海进出口商检局报道了以碳稳定同位素比值质谱分析法成功地检验了蜂蜜中是否掺有玉米糖浆。而在果汁掺假鉴别方面的应用,目前国内尚属空白。本世纪以来,我国开始大力支持稳定同位素方面的研究工作,同位素分离装置和同位素检测装置的引进和发展,以及基于食品安全领域的同位素溯源技术研究的逐步开展,稳定同位素质谱分析技术在我国食品掺假鉴别检验中的应用将会越来越广。[/color]

  • 【原创】植物样品中稳定碳同位素的EA-IRMS系统分析方法 1-试验仪器与原理部分

    【原创】植物样品中稳定碳同位素的EA-IRMS系统分析方法 1-试验仪器与原理部分

    植物样品中稳定碳同位素的EA-IRMS系统分析方法 1==============================================摘要:通过多组实验对比,分析和讨论了利用元素分析仪-稳定同位素比率质谱仪(EA-IRMS)联用技术测定植物样品碳同位素比值的实验条件,初步建立了植物样品中稳定碳同位素组成的EA-IRMS分析方法,同时对系统分析的稳定性和精密度等进行了检验分析。结果表明:当IRMS真空度为7×10-7mBar,高压3.0 KV,EA系统Carrier-He载气流量在90 mL/min~100 mL/min,Conflo-He载气流量为80kPa,氧喷条件为110 mL/min时,使用Cr2O3/CoO作为EA氧化柱氧化剂填料,严格控制样品残余和本底空白的条件下,植物样品的测定精密度±0.20‰,测定准确度达到0.01‰,满足分析测试的要求。关键词:元素分析-稳定同位素比率质谱仪系统(EA-IRMS);植物样品;稳定碳同位素--------------------------------------------------------碳素是主要的生命元素和自然组分,对生命体功能乃至整个生态系统的功能都起着非常重要的作用。碳稳定同位素在地质、环境、生物、农业以及生态系统等各领域的研究中都有着越来越广泛的应用。植物稳定碳同位素分析技术是近年兴起的一项快速、可靠的技术[1]。利用稳定碳同位素技术可以揭示植物碳素循环过程中所包含的物理、化学、代谢以及气候和环境等许多方面的信息[2]。目前,对于植物中稳定碳同位素比值的分析和测定,较为详细、系统的方法报道尚不多见。碳同位素分析的基本原理是在高温下以过量的氧气将样品中的碳素氧化为CO2,然后将通过分离纯化得到的纯净的CO2气体送入质谱测定其δ13C值。与传统的多循环分析系统、通用分析系统以及密闭安瓶法[3]相比较,EA-MS方法简化了繁琐的前处理手续,大大降低了人为造成的试验误差,具有快速、高效、便捷的优点。而且EA-MS连用技术在湖海沉积物以及悬浮颗粒物等样品的碳、氮同位素测定中均能达到较好的精确度和准确度[4,5,6]。稳定碳同位素的分析方法随着近年来元素分析仪-质谱仪(EA-MS)连用技术的兴起和发展,也得到了长足、快速的发展。本试验的工作旨在确定采用EA-IRMS连用技术测定植物样品的稳定碳同位素的一般性实验条件及系统的稳定性,并针对植物样品稳定碳同位素测定过程中应该注意的一些问题,进行了探讨和分析。-------------------------------------------------------1 试验仪器与原理1.1 仪器构成EA-IRMS分析系统主要由三部分组成:Flash EA 1112型元素分析仪,配有AS200型自动进样器;连续流接口装置Conflo Ⅲ;Thermo Finnigan DELTAplus XP 稳定同位素比率质谱仪(stable isotope-ratio mass spectrometers,IRMS),如图1所示。这三部分仪器装置均为美国Thermo Finnigan公司产品。Flash EA 1112主要由氧化柱、还原柱、吸水柱和分离柱等部分构成,其主要功能是将样品中的碳转化为CO2;Conflo Ⅲ通过整流将CO2引入IRMS,其构成了EA-IRMS的进样系统;IRMS主要有离子源、质量分析器、离子流检测器、真空系统、供电系统和数据处理系统等部件构成,主要用以进行稳定性C同位素的分析。[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/04/200904131414_143859_1626579_3.jpg[/img]图1 EA-IRMS系统主要装置结构Fig.1 Main structure of EA-IRMS system1.2 试验原理简述被测样品在锡舟的紧密包裹下通过AS200被送入EA氧化柱中,样品在过氧环境中瞬间高温分解,形成的含有碳、氮、氧、硫等各成分的混合气体在高纯氦气(99.999%)的运载下依次通过还原柱、吸水柱和分离柱进入进样系统Conflo Ⅲ;在此过程中,样品中的碳被最终转化成CO2,并通过色谱分离柱与其它气体分离、纯化;CO2经过Conflo Ⅲ整流后在高纯氦气(99.999%)的运载下被送入IRMS的离子源中;离子源将CO2样品中的原子、分子电离成为离子,质量分析器将离子按照质荷比的大小分离开,以离子检测器测量、记录离子流强度,用高纯二氧化碳(99.995%)作为参考标准,得出质谱图;最后通过数据处理系统进行计算,测得样品的碳同位素比值。

  • 【原创】植物样品中稳定碳同位素的EA-IRMS系统分析方法

    [img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=99213]植物样品中稳定碳同位素的EA-IRMS系统分析方法[/url]通过多组实验对比,分析并讨论了利用元素分析仪一稳定同位素比率质谱仪(EA-IRMS)联用技术测定植物样品中碳同位素比值的实验条件。初步建立了植物样品中稳定碳同位素组成的分析方法,同时对系统分析的稳定性和精密度等进行了检验分析。结果表明:当IRMS真空度为7×10~ kPa,高压3.0 kV,EA系统Carrier-He载气流量在9O~100 mLrain一,Conflo-He载气压力为80 kPa,氧喷条件为110 mLrain时,使用crz()3/Co O 作为EA氧化柱氧化剂填料,在严格控制样品残余和本底空白的条件下,植物样品的测定精密度为士0.20‰ ,测定值与给定值值偏离0.01‰ 。

  • 【分享】气相色谱同位素比质谱仪联用技术在地球化学中的应用现状 一

    [size=4][font=黑体][color=#DC143C][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]同位素比质谱仪联用技术在地球化学中的应用现状与前景 [/color][/font][/size] 之一====================================================[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]-燃烧/热转换-同位素比率质谱([url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]gc[/url]-C/TC-IRMS) Gas Chromatography–Combustion/Thermal Conversion – isotope ratio mass spectrometers)分析技术是近年发展起来快速测定某些轻稳定同位素组成的技术,在诸多领域中都展现了广阔的应用前景。由于稳定同位素中蕴藏着丰富的地球化学信息,通过研究它们的组成可以揭示地球化学过程的许多方面的信息,所以 [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]gc[/url]-C/TC-IRMS分析技术作为一种新的,有效的手段在地球化学的中有着越来越广泛的应用。本文主要介绍了该技术目前在国内外在地球化学及相关科学中各个方面应用现状以及发展前景以及目前该技术存在的问题。 ____________________________________________________________引言 自然界中的稳定同位素,特别是碳、氢、氧、氮等轻同位素蕴藏着丰富地球化学信息,对于稳定碳同位素在油气地球化学中用于油气成因、油气对比、油气复合关系研究和油气源追索[1-2]的应用,前人已做了大量的工作 。从90年代后期,由于科学技术的发展与计算机的应用,促使分析仪器的精密度提高,从而使[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]gc[/url]-C/TC-IRMS分析技术发展日益成熟,使准确测定这类同位素比值成为可能,它们连同其他稳定同位素一起作为有效的手段在地球科学研究中,越来越成为一种常规手段,不仅应用于油气地球化学,而且还应用全球变化研究中于的古环境恢复[3] ,环境污染治理中追踪污染物来源[4-6]、生态学于研究生态系统的碳源及碳循环[5]研究中显示出无可比拟的优势 。 1.  [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]gc[/url]-C/TC-IRMS技技术原理及发展历史 1.1技技术原理:[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]-燃烧/热转换-同位素比率质谱硬件部分由[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]、中间接口 和同位素比率质谱仪三部分组分组成,主要测定含有碳和氢等轻同位素的有机物。以测定有机物中碳同位素为例,有机物进入[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]进行分离,依次进入装有(CuO/Pt or CuO/NiO/Pt燃烧炉)有机物在高温氧化的作用下转化成为二氧化碳,二氧化碳进入同位素比率质谱离子原,在电子轰击作用下失去电子带正电荷,带正电荷的二氧化碳在磁场作用下依据质量不同分离成m/e为 44 45 46三种粒子,有三个法拉第收集器来收集质量分别为44、45和46的离子束,据接收信号的强度来得到其同位素组成 。 1.2发展历史 Hayes等1987年首先报道了原油单体烃类气象色谱和同位素质谱在先分析方法,在以后几年里该技术飞速发展,并不断完善,并在实际中应用。[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]gc[/url]-C/TC-IRMS技术出现之前碳氢同位素的测量主要分三步进行,有机化合物中的碳氢同位素分析沿用经典的微量有机元素分析中提取碳和氢的方法,主要步骤有三步:第一,有机物的氧化分解 ;第二,干扰物质的出去; 第三,进行二氧化碳的和氢气的质谱同位素分析。几十年来尽管发展了不同的方法进行有机物的分析,但是基本原理没有改变,即在过量的氧气中将有机物燃烧为二氧化碳和水,将水通过还原法转换成氢气,然后将二氧化碳或者氢气转移到质谱进行分析,这种方法总的来说制备过程复杂耗时,产生误差的因素很多,对操作人员的技能要求高,且需要的样品量较。 随着[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]gc[/url]-C/TC-IRMS联用仪的出现,测量有机物中同位素的组成变与原来相比变得非常简单,以热电公司新推出的Thermo Finnigan Delta plus XP 为例,可以实现有机化合物、水和某些无机化合物多种元素(C、N、O、H)自动分析,分析时间大大减少而且精密度大大提高优于0.01‰。

  • 请教 碳有几种同位素?

    碳有C-12(98.9%)、C-13(1.1%)两种同位素。听说考古上有碳14测年法,(98.9% + 1.1% = 100% ),C-14的丰度有多高呢?

  • 稳定同位素样品取样方法-生态学方向

    稳定同位素样品取样方法1 植物水分利用效率的研究:取样部位:叶片测定指标:d13C基本原理:d13C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d13C值可由下式来表示:d13C p= d13C a-a-(b-a)×Ci /Ca 式中,d13C p和d13C 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Ci和Ca分别为细胞间及大气的CO2浓度。可明显看出,植物的d13C值与Ci和Ca有密切的联系。植物组织的d13C值不仅反映了大气CO2的碳同位素比值,也反映了Ci /Ca比值。Ci /Ca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Ci /Ca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Ci和Ca有密切的联系,这可由下列方程式中看出:A= g×(Ca-Ci)/1.6E= g×ΔWWUE=A/E= (Ca-Ci)/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,d13C值可间接地揭示出植物长时期的水分利用效率:WUE=http://bbs.instrument.com.cn/xheditor/xheditor_skin/blank.gif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d13C值可以指示出这段时间内平均的Ci /Ca值及WUE值。注意事项:²[/siz

  • 同位素质谱仪测试碳氮。

    有那位高手用热电的同位素质谱仪做碳氮分析的吗?现在我这里有这样一个问题,碳氮同位素的分析只能做固体,但是要测试液体中的碳氮,工程师说可以用0.1微升的液体,但是信号可能很弱。现在能把液体加大一点量冷冻后,成固体再分析碳氮的吗?

  • 【求助】关于GC-MS调谐后的同位素比

    GC-MS用标准谱图调谐后,502的同位素比率12.2,标准的应该是10左右,请问为什么会增大,还有EM我在调谐参数里设的是1270V,为什么我调谐时自动变成1370V了,谢谢了

  • 意大利采用同位素技术检验橄榄油

    橄榄油产地造假情况不断出现,对此意大利正研发新技术,验证食用油的同位素,以确保产地与标示相吻合。橄榄油贴上“意大利制造”的标签后,通常可以卖出较高价钱,因此有不肖厂商以西班牙、摩洛哥和突尼斯橄榄油混充意大利制造,赚取高额利差,这不仅欺瞒消费者,也让诚实的制造商难以在不公平的竞争下生存。近来传出,伦敦百货公司哈洛德(Harrods)违反欧洲联盟对于产地保证的规范,以自家品牌推出号称百分之百托斯卡尼(Tuscany)特级初榨橄榄油,但实际上不是在意大利制造,经抗议后下架。除了对申请产地保护标志的产品有更严格的检验程序,欧盟主要是仰赖查核文件,验证是否如实标示橄榄油产地。任职于意大利农业部的食品化学家法贝里(AngeloFaberi)指出,要遏止这些产品内容与标示不符合的橄榄油,必须加入实验室的科学分析,幸而近年来,已经有多项技术可以有效辨识出橄榄油的真正产地。法贝里说,其中最具潜力的是“同位素比率质谱法”(IRMS),因为不同来源或经过不同过程所产生的同一化学物质,其同位素比值间会因为同位素分化作用(isotopefractionation)而产生些微差异。然而,同一地方生产的橄榄可能因为每年的气候变化而有不同的特质,因此必须收集连续性资料后才能建立监定的标准。来源:中国标准物质网

  • 如何在生态和环境科学研究中运用稳定同位素?

    摘自中科院生态与环境科学稳定同位素实验室如何在生态和环境科学研究中运用稳定同位素?  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。正如现代分子生物技术大大地推动了基因、生物化学和进化生物学的研究一样,稳定同位素技术对生态学研究也已产生了重要的影响。通过使用稳定性同位素技术,可以使生态学家测出许多随时空变化的生态过程,同时又不会对生态系统的自然状态和元素的性质造成干扰。在过去的十几年中,一些生态与环境科学的最令人瞩目的进步依赖于稳定性同位素技术,稳定性同位素能够被用来解决生态与环境科学的许多问题。 包括:1.植物如何有效地利用水分(13C)?2.植物从土壤哪个层次获得水分(18O, 2H)?3.植物通过氮固定或吸收土壤NH4+及NO3-获得氮素相对比率(15N)?4.如何确定土壤中碳和氮周转速率(13C, 15N)? 5.区分土壤呼吸释放CO2的来源(植物根系或土壤微生物)(13C, 18O)6.区分光合和呼吸对净生态系统CO2交换或NEE的相对贡献(13C, 18O)7.区分蒸腾和蒸发对净生态系统水交换或蒸散(ET)的相对贡献(2H, 18O)如何8.判定N2O的来源(硝化细菌或反硝化细菌)(15N, 18O)?9.确定食物网初级消费者事物来源(13C, 34S)10.确定食物链的长度(15N)11.如何确定空气和水体污染物的来源(15N, 34S, 18O)12.确定城市能源消耗对大气CO2, CO和氮化物的贡献((13C , 15N, 18O)13.判断动物如候鸟、蝴蝶等的迁徙路线(18O, 2H)14.判定史前人类社会是否以谷物作为食物来源(13C)15.确定植物的分布区域(15N, 18O, 2H)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。例如,植物在光合作用倾向于吸收含有轻碳同位素(12C)的CO2,其吸收程度受有效水含量和光合途径影响,水分有效性和光合途径是干旱或湿润环境植物的重要特性。因此,植物13C组成能够在时间尺度上整合反映植物的水分利用效率。通过测量植物茎水2H和18O组成,也能够判定植物对表层水和深层水的依赖程度。另一方面,通过向土壤添加15NH4+,并监测14NH4+对其稀释速率,就能够测定独立于硝化和固持(NH4+消耗过程)之外的土壤有机物质的矿化速率。通过在原位添加富含15N的NH4+或NO3-,并监测土壤中15N和14N,就能够量化每种微生物转化量。

  • 【原创】稳定性同位素13C的应用及相关概念

    碳元素是自然界中分布最为广泛的基础元素之一,也是生命物质最基本元素之一,生命活动是碳元素在自然界进行循环最重要的影响因素。自上世纪70 年代以来,稳定性核素13C 已广泛应用于植物学、动物学、微生物学、生态学和环境科学等学科领域,尤其是在研究自然界中碳循环及环境变化等方面有其独到的优势,越来越引起人们的重视。术语:1.“丰度(abundance) ”: 在自然界中,元素的某种稳定性核素的原子数在该元素的总原子数中所占的百分数称为丰度,或天然丰度。碳元素由l2C 和13C 两种稳定性同位素组成,国际认可的PDB 中12C 的丰度为981892 % ,而13C 的丰度为1.108 %(PDB ,一种白垩纪海洋生物的化石- PeeDee Belemnite 中13C原子与12C 原子分别所占百分率) 。因13C 的天然丰度比12C 低得多,用绝对丰度来表示其同位素组成比较困难,所以通常用相对量来表示其同位素组成,也就是用同位素比率(isotope ratio ,13CP12C 的丰度比) 或(值表示。δ是希腊字母Δ的小写,科技论文中,常用于表示增量的意思,真值可为正,也可为负。一般在文字叙述或数学公式的推导过程中常用大写Δ,而在数学公式中用小写δ。2.碳同位素分馏由于13C 比12C 多一个中子,两种同位素在质量上的微小差异使得其理化性质(如键能大小) 产生微小差异,这种差异表现在13C 化学键的形成或断裂所消耗的能量比12C 时要大。因此,植物在吸收固定大气中的CO2 时,会优先利用12C ,产生所谓的碳同位素分馏(carbon isotopic fractionationPcarbon isotope discrimination) 现象。国内也有人曾使用碳同位素甄别这个概念。在科技文章中, 单词“fractionation”常作为科学术语或概念使用, 而单词“discrimination”常用于对现象的描述。分馏效应的结果是12C 在植物中得到相对富集,造成大气与植物中碳同位素组成(isotopic composition) 的差异,即引起大气与植物中碳同位素(13C ,12C) 丰度的变化- 导致13CP12C 丰度比的变化。3.δ13C( ‰) = [ (13CP12C) 样/(13CP12C) PDB - 1 ] ×1000。式中, (13CP12C) 样为样本中13CP12C 的丰度比, (13CP12C) PDB 为国际认可的PDB 标准品的13CP12C 的丰度比。与自然界中其它含碳物质相比,PDB 中13C/12C 的丰度比较高。由于(13C 非常小,通常用千分数来表示。同位素分馏或甄别现象与植物的光合作用类型、遗传特性、生理特点和状态、生长环境等因素相关。根据光合作用途径的不同,通常将植物分为C3 途径、C4 途径和CAM 途径。C3 途径通过RuBP 羧化酶固定CO2 ,C4 与CAM途径以PEP 羧化酶固定CO2 ,与C3 途径中RuBP 羧化酶相比,PEP 羧化酶对CO2的亲和力高。由于3 种途径中不同羧化酶的活性不同,其对13C 的分馏或甄别效应也不同。通常C3 植物的(13 C值在- 20 ‰~ - 35 ‰之间,平均值为- 27 ‰。C4 植物的δ13C 值在- 9 ‰~ - 17 ‰之间,平均值为- 13 ‰。而CAM植物由于利用了C3 和C4 途径,其(13C 值介于C3 与C4 植物之间。4.在稳定性核素示踪研究中常用的一个概念是“原子百分超(atom % excess) ”。人们把原子百分超定义为:某试验样品中,稳定性核素的丰度与其天然丰度之差称为该核素的原子百分超(又称为富集度) 。例如:现有一个13 C的样品,其丰度为3.108 % ,则其原子百分超为3.108 % - 1.108 % = 2.000 %。

  • 【资料】小麦籽粒氨基酸碳氮稳定同位素的测定与分析

    [img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=155679]小麦籽粒氨基酸碳氮稳定同位素的测定与分析[/url]………………………………………………………………………………[color=#00008B]【目的】利用[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]-燃烧-同位素比值质谱仪(gas chromatography-combustion-isotope ratio masss pectrometry,GC-C-IRMS)测定小麦籽粒氨基酸碳氮稳定同位素组成。【方法】以小麦临汾50744为材料,水解得到其籽粒蛋白质氨基酸,将氨基酸标准样品以及小麦籽粒氨基酸衍生化为N-新戊酰基,O-异丙醇(N-pivaloyl-isopropyl,NPP)氨基酸酯,利用GC-C-IRMS测定其碳氮稳定同位素组成。【结果】氨基酸标准样品的碳氮同位素组成分析表明,NPP氨基酸酯的平均重现性δ^13C为0.47‰,δ^15N为0.28‰,并没有产生大的同位素分馏,因此δ^13C和δ^15N都能得到满意的测定结果。运用GC-C-IRMS测定了小麦临汾50744籽粒蛋白质氨基酸的稳定碳氮同位素的自然丰度,其中δ^13C的变化范围在-28.7‰到-34.7‰,δ^15N的变化范围为-6.2‰到9.5‰。采用系统聚类分析进行分类,根据δ^13C可以将氨基酸分为两类 根据δ^15N可以将氨基酸分为三类。【结论】运用GC-C-IRMS结合NPP氨基酸酯衍生物可以测定小麦籽粒氨基酸的稳定碳氮同位素,这对于揭示氨基酸代谢途径的差异以及逆境胁迫下氨基酸的合成差异具有重要的意义。[/color]

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