第二讲B 同位素分析实验技术_质谱

同位素比例质谱1 同位素有关概念同位素：两个原子质子数目相同，但中子数目不同，则他们仍有相同的原子序，在周期表是同一位置的元素。

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）。

放射性同位素指某些同位素的原子核很不稳定，会不间断地、自发地放射出射线，直至变成另一种稳定同位素。

稳定同位素指某元素中不发生或极不易发生放射性衰变的同位素，常用的有34种，已实现规模生产的稳定同位素及化合物有235U、重水、6Li、10B，而常用于质谱分析的主要是12C和13C、18O和16O、34S和32S、D/H等。

2 同位素丰度绝对丰度：指某一同位素在所有各种稳定同位素总量中的相对份额，常以该同位素与1H（取1H＝1012）或28Si（28Si＝106）的比值表示。

相对丰度：指同一元素各同位素的相对含量。

例如12C＝98.892％，13C＝1.108％。

大多数元素由两种或两种以上同位素组成，少数元素为单同位素元素，例如19F＝100％。

3 R值和δ值同位素比值R为某一元素的重同位素原子丰度与轻同位素原子丰度之比. 例如 D/H、13C/12C、34S/32S等，由于轻元素在自然界中轻同位素的相对丰度很高，而重同位素的相对丰度都很低，R值就很低且冗长繁琐不便于比较，故在实际工作中通常采用样品的δ值来表示样品的同位素成分。

样品（se）的同位素比值Rse与一标准物质（st）的同位素比值（Rst）比较，比较结果称为样品的δ值。

其定义为：δ（‰）=（Rse/Rst －1）×1000（即样品的同位素比值相对于标准物质同位素比值的千分差）。

氢同位素标准物质：分析结果均以标准平均大洋水（Standard Mean Ocean Water，即SMOW）为标准报导，这是一个假象的标准，以它作为世界范围比较的基点，其D/H SMOW =（155.76±0.10）×10－6。

同位素稀释质谱法原理
同位素稀释质谱法是一种使用同位素标记样品中目标物质的方法，通过对不同同位素的相对丰度进行测量，可以准确确定目标物质的含量。

该方法的原理基于同位素的特性：具有相同原子序数但不同质量数的同位素，在化学和生物学中具有相似的性质。

同位素标记是通过将目标物质替换为同位素标记的同位素形式，使其在质谱仪中形成可观测的同位素峰。

在同位素稀释质谱法中，首先将待测样品中的目标物质用同位素标记剂进行标记。

标记剂是一种与目标物质具有相同化学性质的物质，但其含有一个或多个特定同位素。

将标记后的样品与已知浓度的同位素标定物混合，形成一系列已知浓度的混合溶液。

之后，将混合溶液进行进一步处理，如提取、纯化等。

将处理后的样品进入质谱仪进行分析，利用质谱仪对不同同位素的相对丰度进行测量。

通过测量同位素峰的面积或强度，可以计算出目标物质在待测样品中的含量。

同位素稀释质谱法的优点包括准确性高、可靠性好、能够避免样品损失以及对样品基质的影响小。

它在生物医学、环境科学、食品检测等领域起到重要作用，广泛应用于定量分析和代谢物测定等方面。

目录质谱学原理与同位素质谱分析方法霍卫国张福松第一节质谱学概论一、质谱学的发展二、质谱分析技术的应用三、质谱分析技术与同位素水文学第二节质谱仪的工作原理、结构和主要性能指标一、质谱仪的工作原理二、同位素质谱仪的基本结构三、同位素质谱仪的主要性能指标第三节气相轻元素的稳定同位素分析概要一、气相稳定同位素质谱仪二、δ值的概念三、关于稳定同位素标准四、稳定同位素分析基本流程和测量结果的误差分析第四节用于同位素测定的样品制备系统和质谱分析方法一、同位素样品的制备1.水中δD、δ18O测定的样品制备2.水中δ13C测定的样品制备3.水中δ34S测定的样品制备4.水中δ15N测定的样品制备二、同位素质谱分析1.H2中δD的质谱分析2.N2中δ15N的质谱分析3.CO2中δ13C、δ18O的质谱分析4.SO2中δ34S的质谱分析质谱学原理与同位素质谱分析方法第一节质谱学概论一、质谱学的发展质谱学在现代科学仪器领域中占有重要位置，质谱仪器已成为推动科学技术发展的最重要工具之一。

在近百年发展历史中，科学家们以质谱仪器作为主要研究工具和手段，先后在不同的科学研究领域中造就出10名诺贝尔奖获得者，从而反映出质谱技术在整个科学技术发展中所作出的重要贡献。

质谱学是1898年英国著名物理学家J.J.Tnomson“阴极射线”研究的产物，他采用短的横电场和横磁场的平行组合作为质量分析器，利用辉光放电得到离子，采用照相法记录，给出了抛物线形的质谱图，第一次发现了氖的二种同位素20Ne、22Ne的存在。

1918年美国芝加哥大学物理学家A.J.Dempster研制成功第一台采用180°均匀磁场作为质量分析器的方向聚焦型质谱仪并发现了Ae、Zn、Ca元素的同位素，他于1918年至1924年先后分析了53个元素的同位素并制定出了第一个同位素丰度表。

与此同期英国剑桥大学物理学家F.W.Aston于1919年发表了他的第一台速度聚焦型质谱仪，用高频火花源给出单一方向的离子束，得到了与光谱相似的质量谱图，并于1924年至1937年三次改进了自己的仪器，使其质量分辨本领从130提高到2000，第一次证明了原子质量亏损，证实了爱因斯坦相对论的公式。

化学反应的同位素质谱分析同位素质谱分析是一种利用同位素特定质量差异的物理技术来研究化合物结构和反应机制的方法。

它通过测量样品中同位素的相对含量和分子离子的质量谱峰来确定反应发生的路径和速率。

本文将介绍同位素质谱分析的原理和应用。

一、同位素质谱分析原理同位素质谱分析是建立在同位素的存在和相对丰度差异的基础上的。

同位素是指在原子核内质子数相同，但中子数不同的一类元素核素。

同位素的存在使得不同同位素的化合物在质谱中会产生不同的质量谱峰。

同位素质谱分析的基本原理是将化合物样品分子离子化，并通过质谱仪对离子进行质量筛选和检测。

具体来说，样品经过电离产生正离子，正离子经过加速和聚焦后进入质谱仪的磁场区域。

在磁场中，具有不同质量的离子会受到不同的离心力，从而形成质量谱峰。

二、同位素质谱分析应用1. 确定反应路径同位素质谱分析可以用于研究化学反应发生的具体路径。

在反应过程中，不同同位素的位置会影响化学键的形成和断裂，从而导致相对含量的变化。

通过测量各同位素的离子峰比例，可以推断出反应中关键化学键的破裂和重组。

2. 跟踪同位素标记物同位素质谱分析还可以用于跟踪同位素标记物在生物系统中的行为。

在生物医学研究中，将药物或标志物中的特定原子替换为同位素，可以通过测量标记物的质谱峰来确定它们在生物体内的动态分布和代谢途径。

3. 探究元素循环同位素质谱分析对于研究地球系统中元素循环也有重要意义。

比如，利用氧同位素质谱分析可以追踪水的来源和河流与海洋中的交换过程；利用碳同位素质谱分析可以研究生物质来源和降解过程。

通过测量不同环境样品中同位素的相对含量，可以探究元素的迁移和转化机制。

4. 分析文化遗产同位素质谱分析还可以应用于文化遗产的研究和鉴定。

利用同位素质谱分析技术，可以确定物质的来源和年代。

例如，可以通过分析古代陶瓷中的同位素组成来确定其产地；通过分析古文献中的油墨中的同位素组成来确定其年代。

三、同位素质谱分析的进展与挑战随着科学技术的不断发展，同位素质谱分析技术也得到了长足的进步。

第二讲B同位素分析实验技术_质谱同位素分析是一种重要的实验技术，主要应用在地质学、天体物理学、生物学等领域。

质谱仪作为同位素分析的主要实验仪器，起到了关键的作用。

本文将介绍同位素分析中质谱仪的原理和应用。

质谱仪的原理是基于同位素的质谱仪。

同位素是同一元素的不同原子核，具有相同的化学性质，但质量不同。

质谱仪通过将待测样品蒸发成离子，然后根据离子的质量-电荷比分别进行分离和检测，从而确定待测样品的同位素组成和相对丰度。

质谱仪主要由四个部分组成：样品装置、前处理装置、质谱仪主体和数据处理系统。

其中，样品装置用于蒸发样品成离子，前处理装置用于去除干扰物质，质谱仪主体用于离子分离和检测，数据处理系统用于处理和分析实验数据。

在同位素分析实验中，常用的质谱仪有质谱计和飞行时间质谱仪。

质谱计是根据离子在磁场中运动轨迹的不同来进行质量分离和检测的。

离子在磁场中受到洛伦兹力的作用，轨迹成为半径受质量-电荷比影响的圆周运动。

质谱计可以通过测量离子在磁场中运动的半径和离子的电荷量来确定离子的质量，从而得到同位素的相对丰度。

飞行时间质谱仪是利用离子在电场中的加速、飞行和检测的时间差来进行质谱分析的。

离子在电场中加速后，根据其质量-电荷比的不同，飞行时间也不同。

通过测量离子飞行到检测器的时间差，可以得到离子质量的信息。

飞行时间质谱仪具有分辨率高、灵敏度高、测量速度快的优点，广泛应用于同位素分析。

总之，质谱仪是同位素分析中的关键实验仪器，通过质谱仪可以获得待测样品的同位素组成和相对丰度。

质谱仪的原理有质谱计和飞行时间质谱仪两种，分别适用于不同的实验需求。

同位素分析在地球科学、环境科学和生物科学等领域具有广泛的应用前景。

同位素分析技术的不断发展和改进，将为相关领域的研究提供更加准确和可靠的数据支持。

一、概述蛋白质是生物体内十分重要的有机分子，具有构成细胞和调节生命活动等重要功能。

研究蛋白质在生物体内的功能和相互作用有着重要意义。

然而，由于蛋白质的组成相当复杂，传统的蛋白质研究方法已经无法满足对蛋白质进行深入研究的需求。

随着科学技术的不断进步，同位素比值质谱法作为一种新的蛋白质研究方法开始受到人们的重视。

该方法通过定量测定蛋白质中同位素稳定性的比值来研究蛋白质的生物学特性。

本文将探讨同位素比值质谱法在检测蛋白质沉淀物中的应用和意义。

二、同位素比值质谱法的原理1. 同位素比值质谱法是利用同位素稳定性存在于大部分生物体内的特点进行研究的方法。

蛋白质在生物体内的合成和降解过程中，会产生不同同位素的标记物。

同位素稳定性的比值可以用来定量测定蛋白质的合成和降解速率，从而了解蛋白质在生物体内的代谢情况。

2. 同位素比值质谱法主要包括两个步骤：样品前处理和质谱分析。

在样品前处理过程中，需要将待测样品中的蛋白质提取出来，并对其进行同位素标记。

通过质谱分析仪器对标记后的蛋白质进行检测，得到同位素稳定性的比值。

三、同位素比值质谱法在检测蛋白质沉淀物中的应用1. 用于研究蛋白质的合成和降解速率。

通过同位素比值质谱法可以定量测定蛋白质的同位素标记物，从而了解蛋白质的合成和降解速率，为研究蛋白质在生物体内的代谢提供了重要的方法。

2. 用于研究蛋白质的转运和相互作用。

蛋白质在生物体内的转运和相互作用过程中会产生特定的同位素标记物，通过同位素比值质谱法可以定量测定这些同位素标记物，从而了解蛋白质的转运和相互作用机制。

3. 用于研究蛋白质的功能和生物学特性。

同位素比值质谱法可以定量测定蛋白质中同位素标记物的比值，从而了解蛋白质的功能和生物学特性，为研究蛋白质的功能提供了重要的手段。

四、同位素比值质谱法在检测蛋白质沉淀物中的意义1. 同位素比值质谱法对蛋白质沉淀物的检测具有高灵敏度和高分辨率的优势。

同位素比值质谱法可以通过检测蛋白质中稀有同位素的比值来定量测定蛋白质的同位素标记物，因此具有高灵敏度和高分辨率的优势。

化学元素的同位素分析方法同位素分析是一种重要的化学分析技术，用于确定化学元素的同位素组成。

同位素是指具有相同原子序数但质量数不同的原子核。

同位素分析方法对于地球科学、环境科学、生物科学等领域都具有重要意义。

本文将介绍几种常见的化学元素同位素分析方法。

一、质谱法质谱法是同位素分析中常用的一种方法。

它利用质量光谱仪对化学元素的同位素进行检测和分析。

质谱法可以通过测量同位素的相对丰度来确定样品中同位素的含量。

在质谱法中，首先需要将样品转化为气态或溶液状态，然后通过离子化的方式将样品分子转化为离子，并使离子通过电场或磁场加速，进入并相互作用的质量分析器中。

质量分析器可以根据离子的质量/荷比值将同位素进行分离和鉴定。

二、同位素比值质谱法同位素比值质谱法是一种用于确定同位素比值的分析方法。

该方法可以通过测量同位素的相对丰度以及与标准物质的同位素比值，来确定样品中同位素的含量。

同位素比值质谱法的原理是利用质谱仪测量不同同位素的相对丰度，并将其与已知同位素比值的标准物质进行比较。

通过对比测量结果和标准物质的同位素比值，可以计算出样品中同位素的含量。

三、同位素稀释质谱法同位素稀释质谱法是一种分析稀释样品中同位素含量的方法。

该方法通过在待分析样品中加入同位素标准物质，将其同位素含量稀释到适当的范围，然后利用质谱法对样品进行分析。

同位素稀释质谱法的原理是通过测量待分析样品与标准物质的同位素峰面积或峰高的比值，从而确定待分析样品中同位素的含量。

由于待分析样品中同位素的含量经过稀释，使得分析结果更准确可靠。

四、同位素示踪法同位素示踪法是一种用于研究化学反应、代谢过程以及物质迁移的方法。

该方法利用稳定同位素标记的化合物，通过测量样品中同位素的含量变化，来研究反应过程或物质迁移的动力学。

同位素示踪法的原理是将待研究物质中的某种原子或原子团替换为稳定同位素标记物质，使得待研究物质具有可测量的同位素特征。

通过测量标记物质与待研究物质同位素含量的变化，可以了解物质的转化和迁移过程。

同位素比例质谱1 同位素有关概念同位素：两个原子质子数目相同，但中子数目不同，则他们仍有相同的原子序，在周期表是同一位置的元素。

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）。

放射性同位素指某些同位素的原子核很不稳定，会不间断地、自发地放射出射线，直至变成另一种稳定同位素。

稳定同位素指某元素中不发生或极不易发生放射性衰变的同位素，常用的有34种，已实现规模生产的稳定同位素及化合物有235U、重水、6Li、10B，而常用于质谱分析的主要是12C和13C、18O和16O、34S和32S、D/H等。

2 同位素丰度绝对丰度：指某一同位素在所有各种稳定同位素总量中的相对份额，常以该同位素与1H（取1H＝1012）或28Si（28Si＝106）的比值表示。

相对丰度：指同一元素各同位素的相对含量。

例如12C＝98.892％，13C＝1.108％。

大多数元素由两种或两种以上同位素组成，少数元素为单同位素元素，例如19F＝100％。

3 R值和δ值同位素比值R为某一元素的重同位素原子丰度与轻同位素原子丰度之比. 例如D/H、13C/12C、34S/32S等，由于轻元素在自然界中轻同位素的相对丰度很高，而重同位素的相对丰度都很低，R值就很低且冗长繁琐不便于比较，故在实际工作中通常采用样品的δ值来表示样品的同位素成分。

样品（se）的同位素比值Rse与一标准物质（st）的同位素比值（Rst）比较，比较结果称为样品的δ值。

其定义为：δ（‰）=（Rse/Rst －1）×1000（即样品的同位素比值相对于标准物质同位素比值的千分差）。

氢同位素标准物质：分析结果均以标准平均大洋水（Standard Mean Ocean Water，即SMOW）为标准报导，这是一个假象的标准，以它作为世界范围比较的基点，其D/H SMOW =（155.76±0.10）×10－6。

利用质谱仪进行同位素定量分析的步骤与注意事项质谱仪作为一种高精度的仪器，广泛应用于各个领域的分析和研究中。

其中，利用质谱仪进行同位素定量分析是一项常见的实验技术。

同位素定量分析可以帮助我们了解物质的组成和变化，对于环境科学、生物医学和地质学等领域的研究具有重要意义。

本文将介绍利用质谱仪进行同位素定量分析的步骤与注意事项，以帮助读者更好地进行实验研究。

首先，进行同位素定量分析前，需要准备好实验所需的样品和仪器设备。

样品的准备包括采集样品、样品前处理和样品制备等步骤。

采集样品要注意保持样品的原始状态，避免因外界因素污染或干扰；样品前处理包括样品的破碎、溶解、过滤等处理过程，以获得纯净的样品溶液；样品制备包括溶液的配制和固体样品的制备，确保样品完整、稳定和可靠。

仪器设备的准备包括质谱仪的调试、校准和测量等步骤。

质谱仪的调试要保证仪器各组件的正常工作，如电离源、质量分析器、探测器等；校准是为了确保质谱仪的准确性和精度，通常通过标准物质的测量进行校准；测量过程中，要保持实验环境的稳定和干净，避免外界干扰对实验结果的影响。

其次，进行同位素定量分析时，需要选择适当的离子化方法和离子传输方法。

离子化方法包括电子轰击离子化、化学离子化和电喷雾离子化等，根据样品的性质和化学组成选择合适的离子化方法；离子传输方法包括直接接口传输和间接接口传输等，选择合适的离子传输方法可以提高分析的敏感性和准确性。

对于有机物质的分析，常采用液相色谱质谱联用技术，将液相色谱与质谱相结合，可提高分离和检测的灵敏度和选择性。

然后，进行同位素定量分析时，需要选择适当的质量分析器和探测器。

常用的质量分析器有磁扇形质量分析器、四极杆质量分析器和飞行时间质量分析器等，选择合适的质量分析器可以提高分析的分辨率和灵敏度；常用的探测器有多极电子倍增器、单电子倍增器和微信道电子倍增器等，选择合适的探测器可以提高离子的检测效率和信噪比。

最后，进行同位素定量分析时，需要进行数据处理和结果分析。