稳定同位素比例质谱仪在土壤碳循环研究中的应用

稳定同位素比例质谱仪已发展成为研究土壤碳周转和循环的得力工具。本文简单介绍了稳定同位素比例质谱仪的结构和测量原理,详细介绍了碳稳定同位素技术在土壤有机碳和碳酸盐研究中的应用,包括土壤碳稳定同位素比值在评估土壤有机质的分解和周转速率、重现C_3/C_4植被的变化历史和古气候状况、探讨土壤有机质的来源以及对土壤原生和次生碳酸盐进行区分等研究中的应用。     

石油稳定同位素地球化学新进展

本文简述了我国氢、碳、氧稳定同位素标准物质的研究情况和有机质稳定同位素分析技术的进展,总结了我国有机氢、碳稳定同位素研究中的一些重要方面。煤和干酪根碳同位素组成的变化主要是与其类型和沉积环境有关,而与其热演化阶段无关。根据氯仿A、原油及其族组分碳同位素相似性进行油源对比是一种好方法。应用天然气组分的氢、碳同位素能有效地判识天然气的成因类型、成熟度和进行油气源岩对比。应用碳同位素数据还能判识地表油气化探烃气异常的成因和来源,但在实际应用时要注意气态烃可能遭受生物降解作用碳同位素分馏的影响。     

稳定同位素质谱技术在生态系统氮素循环中的应用

自然界中,氮的放射性同位素半衰期短,因此¹⁵N是唯一适用的天然示踪物。采用¹⁵N稀释或者富集技术,通过检测不同形态¹⁵N的丰度,能够较真实地了解陆地生态系统中氮素的固定、矿化、硝化和反硝化等过程。本工作简述了陆地生态系统中氮素循环的各个过程及¹⁵N 同位素分馏机制,简要介绍了稳定氮同位素的测定方法,系统论述了稳定氮同位素技术在生物固氮及土壤氮素转化过程中的研究现状,并在此基础上预测了该方法在国内氮素循环研究中的应用前景。     

气体氮碳共渗工艺方法的研究及应用

针对马达缸体和柱塞摩擦副在应用过程中出现有磨损、拉伤的现象,对缸体的氮碳共渗热处理程序的研究和改进,确定了氮碳共渗的保温和预氧化对稳定氮碳共渗过程和提升氮碳共渗质量作用显著,为气体氮碳共渗的质量提升和应用提供改进方向.     

碳-单体同位素分析（C-CSIA）技术用于葡萄糖液化机理研究

建立了碳-单体同位素分析（C-CSIA）技术测定葡萄糖液化产物中特定目标化合物的碳稳定同位素比值分析方法,分析得到的单体化合物δ¹³C值误差小于0.3‰,低于仪器测试允许的偏差（0.5‰）。当葡萄糖在不同温度下液化时,对比了中间产物1,4;3,6-二脱水-α-d-吡喃葡萄糖（DGP）的碳稳定同位素变化及分馏特征。发现温度较低时,DGP发生显著的碳稳定同位素贫化效应,温度越高,DGP分子的碳稳定同位素富集因子越大。此外,在葡萄糖脱水生成DGP过程中仅发生C—O、C—H键的断裂及形成,而在DGP生成乙酰丙酸乙酯过程中,因脱羧、重排异构化反应等,不仅发生了C—O、C—H键断裂及形成,还有C—C键参与反应,导致后者具有更显著的碳稳定同位素动力学效应。该方法适用于葡萄糖催化液化等复杂体系的反应路径研究,可为液化机理研究提供信息。     

PreCon-IRMS测定土壤游离氨基酸态氮稳定同位素丰度

土壤氮大部分为有机氮,大分子类有机氮-蛋白质转化成可溶性氨基酸态氮是土壤氮循环的关键过程和土壤氮素有效性的主要限制因子,其中氨基酸态氮消耗速率在研究土壤肥力、生物机制等方面有着重要的指示作用.本研究建立了一种蒸馏结合化学转化N2 O产生法的氨基酸态氮稳定同位素丰度测定前处理方法,并结合气体预浓缩装置与稳定同位素质谱仪(...     

方解石-白云石混合物碳、氧同位素组成的Gasbench-IRMS选择性酸提取法研究

砂岩中不同时期形成的碳酸盐胶结物的矿物组成、结构特征、碳氧同位素组成各不相同,利用胶结物中碳稳定同位素组成可指示成岩流体中碳的来源,用氧稳定同位素可估算其结晶时的温度和流体来源.为了获得砂岩胶结物中不同种类碳酸盐的碳氧同位素组成,一般采用离线式选择性酸提取法,分步提取并测试各自的碳、氧同位素组成.针对离线法过程繁琐、效...     

散养与笼养鸡蛋中稳定碳氮同位素特征研究

建立了元素分析-稳定同位素比值质谱（EA-IRMS）联用测定鸡蛋各组分的碳氮稳定同位素组成的方法,并初步探究了散养与笼养蛋鸡生产的鸡蛋的碳氮稳定同位素分布特征。结果表明：利用该方法测定鸡蛋各组分（蛋清、蛋黄、蛋壳膜）的碳氮同位素组成具有良好的重复性,SD值均不高于0.2‰（n=6）;鸡蛋各组分的碳氮同位素组成存在差异,各组分δ¹³C值从大到小的顺序依次为蛋壳膜＞蛋清＞蛋黄,各组分δ¹⁵N值从大到小的顺序依次为蛋黄＞蛋清＞蛋壳膜,与δ¹³C值的变化规律相反;各组分δ¹³C值之间呈线性相关（R²分别为0.768,0.761,0.640）,各组分δ¹⁵N值之间也呈线性相关（R²分别为0.862,0.875,0.711）。对比散养和笼养生产的鸡蛋,散养鸡蛋蛋清中δ¹³C和δ¹⁵N值的分布范围分别为-18.00‰~-14.97‰,3.02‰~4.37‰;笼养鸡蛋蛋清中δ¹³C和δ¹⁵N值的分布范围分别为-18.96‰~-15.98‰,1.66‰~2.68‰。可见,结合δ¹³C和δ¹⁵N值,能够有效地区分散养与笼养鸡蛋。     

不同城市居民头发中碳、氮稳定同位素比值特征研究

头发中蕴含了个体的饮食情况等信息,不同地区居民饮食习惯不同,其头发中碳（C）、氮（N）稳定同位素比值也具有一定的差异性。本研究采集了华中、华东、华南、西南和西北地区8个城市常住居民的头发样本,利用元素分析仪 稳定同位素比质谱（EA-IRMS）进行C、N稳定同位素比值检测。结果表明：部分城市间居民头发中C、N稳定同位素比值存在显著差异。居民头发δ¹³C与人均蔬菜消费量呈显著负相关,居民头发δ¹⁵N与人均肉类消费量呈显著正相关,鱼类的大量摄入可能会提高居民头发δ¹⁵N值。男性和女性居民头发中C、N稳定同位素比值没有显著性差异,女性居民头发δ¹³C与年龄呈较弱负相关。中国与其他国家居民头发中C、N稳定同位素比值存在差异,这主要是由不同国家居民的饮食习惯不同导致的。     

土壤铵态氮中氮稳定同位素丰度测定的两种前处理方法比较

为了建立一种更准确、更快速的土壤铵态氮中氮稳定同位素丰度测定的前处理方法,分别采用扩散法和N₂O产生法进行前处理,通过稳定同位素质谱仪（Flash HT-IRMS）和气体预浓缩-稳定同位素质谱仪（PreCon-IRMS）分析了硫酸铵参比溶液和不同类型稻田土壤浸提液铵态氮中氮稳定同位素丰度。结果表明,采用扩散法和N₂O产生法测定硫酸铵参比溶液,均能获得较好的氮同位素分析精度,精密度分别小于0.5%和0.2%。但扩散法前处理过程中存在氮同位素分馏现象,需要通过标准曲线对测试结果进行校正。而对于不同类型稻田土壤浸提液铵态氮中氮稳定同位素丰度的测定,采用N₂O产生法结合PreCon-IRMS的分析方法所获得分析结果的准确度和精密度均优于扩散法结合Flash HT-IRMS的分析方法。另外,改进后的N₂O产生法结合辅助的全自动微量氮转化N₂O发生装置可以实现对土壤浸提液铵态氮的在线批量前处理,分析时间短、样品消耗量少,仅需10 μg的氮量。因此,针对土壤中微量铵态氮中氮稳定同位素丰度测定,采用N₂O产生法结合Precon-IRMS的分析方法比扩散法结合Flash HT-IRMS的分析方法更具有优势。     

特定化合物同位素分析技术在海洋食物网研究中的应用

海洋食物网研究是海洋生态系统研究中的重要部分。特定化合物同位素分析(CSIA)技术是一项研究海洋食物网的新技术，较测定总有机物的稳定同位素技术，为海洋食物网研究提供了更为深入和丰富的信息。通过脂肪酸、氨基酸等分子的稳定同位素特征，可以更细致更准确地了解食物网的营养结构、物质和能量的传递过程。该技术在海洋食物网研究中，特别是在海洋热液系统食物网研究之中表现出广泛的适用性。虽然特定化合物同位素分析技术仍有一些局限性有待改进，但在海洋食物网研究的应用中已经显示出很大的发展潜力。     

高粱中氮同位素丰度的测定和应用

为研究不同肥料对高粱中氮稳定同位素丰度的影响,采用稳定同位素质谱法测定高粱中氮同位素比值,并对有机和常规两种农业体系种植的高粱果实进行同位素分析。结果表明：高粱δ¹⁵N值与高粱生长过程中所施的肥料密切相关;施有机肥的高粱δ¹⁵N值普遍高于施化肥的高粱,因此δ¹⁵N值可作为鉴别有机高粱和常规高粱的重要参考要素。该方法可对有机高粱酿造的白酒和其他高粱酿造的白酒进行鉴别和区分,以维护企业和消费者的合法权益。     

气相色谱-燃烧-同位素比值质谱法测定鳀鱼肌肉组织中单体氨基酸的碳稳定同位素组成

The stable carbon isotope compositions of individual amino acids in muscle tissues of the anchovy, Engraulis japonicus, a key species of animal in the Yellow and the East China Sea ecosystem, were determined by the gas chromatography-combustion-isotope ratio mass spectrometry (GC-C-IRMS). Eleven amino acid compounds were identified and their δ(13C) values were successfully measured. The new ability to measure stable carbon isotope compositions of individual amino acids offers a potential method for understanding digest, absorption and metabolism of anchovy, Engraulis japonicus, pathway of carbon transfer through food web and evaluating trophic quality of diet.     

Historical and contemporary stable isotope tracer approaches to studying mammalian protein metabolism

Over a century ago, Frederick Soddy provided the first evidence for the existence of isotopes; elements that occupy the same position in the periodic table are essentially chemically identical but differ in mass due to a different number of neutrons within the atomic nucleus. Allied to the discovery of isotopes was the development of some of the first forms of mass spectrometers, driven forward by the Nobel laureates JJ Thomson and FW Aston, enabling the accurate separation, identification, and quantification of the relative abundance of these isotopes. As a result, within a few years, the number of known isotopes both stable and radioactive had greatly increased and there are now over 300 stable or radioisotopes presently known. Unknown at the time, however, was the potential utility of these isotopes within biological disciplines, it was soon discovered that these stable isotopes, particularly those of carbon (¹³C), nitrogen (¹⁵N), oxygen (¹⁸O), and hydrogen (²H) could be chemically introduced into organic compounds, such as fatty acids, amino acids, and sugars, and used to “trace” the metabolic fate of these compounds within biological systems. From this important breakthrough, the age of the isotope tracer was born. Over the following 80 yrs, stable isotopes would become a vital tool in not only the biological sciences, but also areas as diverse as forensics, geology, and art. This progress has been almost exclusively driven through the development of new and innovative mass spectrometry equipment from IRMS to GC‐MS to LC‐MS, which has allowed for the accurate quantitation of isotopic abundance within samples of complex matrices. This historical review details the development of stable isotope tracers as metabolic tools, with particular reference to their use in monitoring protein metabolism, highlighting the unique array of tools that are now available for the investigation of protein metabolism in vivo at a whole body down to a single protein level. Importantly, it will detail how this development has been closely aligned to the technological development within the area of mass spectrometry. Without the dedicated development provided by these mass spectrometrists over the past century, the use of stable isotope tracers within the field of protein metabolism would not be as widely applied as it is today, this relationship will no doubt continue to flourish in the future and stable isotope tracers will maintain their importance as a tool within the biological sciences for many years to come. © 2016 The Authors. Mass Spectrometry Reviews Published by Wiley Periodicals, Inc. Mass Spec Rev     

干酪根中各种元素的稳定同位素分析

干酪根主要由C、H、O和少量S、N组成,作为石油的先驱物,干酪根中各种元素的同位素分析,对于石油形成和分布的研究以及石油的勘探,具有十分重要的意义。目前,干酪根中C的稳定同位素分析开展得较为普遍,而其它各种元素的同位素分析却很少。本文通过仪器实验条件的最佳化实验,建立了干酪根中各种元素的稳定同位素分析方法,用国际原子能机构标样和国家标准物质对各种标气进行了标定。并对方法的准确性和重复性进行了评价。实验说明分析结果满足石油行业标准和有机地球化学研究的要求。