稳定同位素分析技术在农田生态系统土壤碳循环中的应用

加强农田土壤碳动态变化过程和调控机制的认识,对于深入认识陆地生态系统碳循环过程和准确估算全球碳平衡有着重要意义。稳定碳同位素作为一种天然的示踪物,较放射性同位素具有安全、无污染、易控制的优点,在农田生态系统土壤碳循环研究中得到广泛应用。采用稳定碳同位素自然丰度法或示踪技术,研究农田生态系统大气一作物一土壤连续体中碳同位素变化规律,能够较真实地反映土壤有机碳的累积及其分解转化过程。本文概述了农田生态系统碳素循环诸过程中的^13同位素分馏机制,稳定碳同位素质谱分析技术的基本原理与方法,以及近年稳定碳同位素自然丰度或示踪法在农田生态系统土壤碳循环研究中的一些应用实例,并针对当前研究存在的问题进行总结。     

稳定同位素分离技术专利分析

稳定同位素广泛应用于国防、航空航天、医疗诊断、基础物理研究等领域。随着稳定同位素需求量的增长，对稳定同位素产品的丰度和分离方法提出了更高要求，而我国稳定同位素分离技术发展相对较晚，为进一步推动稳定同位素应用技术的快速发展，我国亟须构建具有自主知识产权的稳定同位素制备技术产业链。本文从专利视角剖析全球范围稳定同位素分离技术信息，以期为我国稳定同位素分离技术领域的科研创新和专利布局提供参考。采用IncoPat全球专利数据库，利用IPC分类号与关键词相结合构建检索式，对全球范围稳定同位素分离技术相关专利文献进行采集，对专利申请趋势、专利技术来源、主要申请人、专利技术构成、研究热点进行分析。分析结果显示，稳定同位素分离技术主要来源于日本，其次是美国、中国和俄罗斯，专利申请量排名前10位申请人中有4位来自日本，稳定同位素分离技术的相关专利主要集中在化学置换法、光化学法、萃取法、蒸馏法和离心法。     

稳定碳同位素技术在土壤根际激发效应研究中的应用

根际激发效应促进了碳氮元素在生态系统植物-土壤-微生物间的流转,维持着生态系统各组分间的养分平衡,并在土壤有机碳动态和稳定性方面起着重要的作用。稳定碳同位素作为一种天然的示踪剂,随着同位素分析技术的发展和完善,在土壤碳循环研究中得到广泛应用。采用稳定同位素示踪技术,能够有效量化植物对土壤有机质分解激发效应的方向和强度,揭示土壤根际激发效应的发生机制。本文对稳定同位素技术在根际激发效应的强度、影响因素和发生机制方面的应用进行阐述,并对稳定同位素技术在根际激发效应中的研究应用进行了展望。     

稳定碳同位素技术在土壤根际激发效应研究中的应用

根际激发效应促进了碳氮元素在生态系统植物-土壤-微生物间的流转,维持着生态系统各组分间的养分平衡,并在土壤有机碳动态和稳定性方面起着重要的作用。稳定碳同位素作为一种天然的示踪剂,随着同位素分析技术的发展和完善,在土壤碳循环研究中得到广泛应用。采用稳定同位素示踪技术,能够有效量化植物对土壤有机质分解激发效应的方向和强度,揭示土壤根际激发效应的发生机制。本文对稳定同位素技术在根际激发效应的强度、影响因素和发生机制方面的应用进行阐述,并对稳定同位素技术在根际激发效应中的研究应用进行了展望。     

基于激光光谱分析的一种水中硝酸盐氮同位素比值测定新方法

稳定同位素质谱法是氮同位素分析通用的方法之一,然而水中硝态氮同位素检测涉及的前处理方法中的化学转化法或细菌反硝化法都存在样品量消耗大、操作过程复杂,难于快速测定等问题。本研究基于稳定同位素激光光谱分析技术,结合自主研发的自动样品制备和进样前端,建立一种冷冻干燥浓缩结合化学转化N₂O产生法的水体硝态氮稳定同位素丰度测定方法。利用新建的方法,分析硝酸钾参比溶液和不同来源水样中硝酸盐的δ15N值。结果表明,经冷冻干燥浓缩后的样品,通过制备前处理,N₂O产率>50%,当反应体系硝酸盐氮量在1.0~2.5 μmol范围时,转化产生的N₂O气体浓度符合仪器检测限要求,且两种硝酸钾参比溶液均能获得较好精度,标准偏差小于0.5‰,与参比溶液的给定值基本一致,无同位素分馏（差值小于0.5‰）。对于不同来源水样中硝酸盐氮稳定同位素比值的测定也可获得较好的重现性,标准偏差小于0.5‰,且与经典质谱测定值偏差小于0.5‰。新建立的方法采用激光光谱分析,可即时得到样品的氮同位素比值,避免了传统质谱法涉及的样品气低温冷阱预浓缩过程,测试时间较质谱法快速,且操作简单,可实现纳摩尔级硝酸盐浓度的水样批量检测。     

激光光谱技术在稳定同位素组成分析中的应用现状

利用激光光谱仪测定稳定同位素组成是近几十年逐渐发展起来的一门新技术,综合阐述了激光光谱仪分析技术测定稳定同位素组成的基本原理,及其与传统测定方法特别是同位素质谱法相比所呈现出的技术优势。对不同类型激光光谱仪的技术指标进行了对比,归纳了激光光谱仪测定稳定同位素组成在不同研究区域内的应用情况,并对其发展前景进行了展望。     

稳定同位素技术在我国食品安全检测领域的应用进展

为了深入了解稳定同位素技术在近十多年来食品安全领域的应用热点,本文着重关注国内科研领域的相关研究,从稳定同位素比值测定在食品溯源技术中的应用、稳定同位素技术在食品真实属性鉴别中的应用、稳定同位素内标试剂与同位素稀释质谱法结合的检测技术在食品中有害物质检测中的应用等三个方面综述了稳定同位素在食品安全领域的快速发展及已经形成规范的技术水平。随着稳定同位素技术的发展及数据库的积累,相关理论不断完善,其必将在食品安全领域成为至关重要的应用技术之一。     

稳定同位素技术在我国食品安全检测领域的应用进展

为了深入了解稳定同位素技术在近十多年来食品安全领域的应用热点,本文着重关注国内科研领域的相关研究,从稳定同位素比值测定在食品溯源技术中的应用、稳定同位素技术在食品真实属性鉴别中的应用、稳定同位素内标试剂与同位素稀释质谱法结合的检测技术在食品中有害物质检测中的应用等三个方面综述了稳定同位素在食品安全领域的快速发展及已经形成规范的技术水平。随着稳定同位素技术的发展及数据库的积累,相关理论不断完善,其必将在食品安全领域成为至关重要的应用技术之一。     

国际学术会议简讯

国际原子能机构与联合国教科文组织合作,将于1986年6月30日到7月11日在印度尼西亚雅加达举行亚洲和太平洋地区同位素水文技术研讨会。 会议内容包括九个课题:(1)影响氢、氧、碳和其它元素的稳定和放射性环境同位素的水文循环基本过程。(2)在降水中的氚和稳定同位素的来源、时间和空间变化;同位素冰川学。(3)在地表水研究中的环境同位素;水文测量分离;水量平衡和湖泊动力学。(4)用氚和稳定同位素研究非饱和区的水分运动。(5)在地下     

植物碳同位素组成的环境影响因素及在水分利用效率中的应用

碳同位素值（δ13C）综合反映了植物光合作用过程中气孔的传导和CO2的固定,可以作为植物在环境中生理机能变化的指标,应用于研究植物生理与生态环境之间的关系。本文主要讨论植物碳同位素组成在不同环境中的变化,并对影响程度和机理进行了探讨。降水、温度、光照、土壤盐度、大气CO2浓度等不同程度影响植物的气孔传导和CO2的固定,植物的δ13C值相应产生不同的变化。降水因素对δ13C值影响最明显,温度对δ13C值产生的影响较复杂。一般情况下,大气中CO2都是通过影响植物叶片的内外压力,造成植物碳同位素值的差异。由于δ13C值不仅可以反映植物在光合作用过程中水分的利用,而且,δ13C值与水分利用效率具有正相关性,因此,碳同位素技术应用于植物生态研究中。     

稳定同位素在环境科学研究中的应用进展

由于稳定同位素在特定污染源中具有特定的组成，且具有分析结果精确稳定、在迁移与反应过程中组成稳定的特点，已被广泛应用于环境污染事件的仲裁、环境污染物的来源分析研究。本文介绍了稳定同位素分析方法、稳定同位素分馏的研究现状及其在环境科学研究中的最新应用进展。     

土壤硝酸盐中15N同位素测定前处理自动化辅助装置设计和验证

随着稳定同位素质谱技术在土壤氮循环研究中的广泛应用,氮稳定同位素分析对样品前处理方法提出了更高要求,而合适的样品处理方法是确保分析结果准确可靠的关键。设计开发1种适用于土壤微量硝酸盐中氮稳定同位素分析前处理辅助装置,将基于光电感应装置的自动进样系统与注液、抽真空-气体置换系统相融合,将原前处理方法中液体试剂注入,反应体系抽真空及氦气置换等人为操作过程改为自动化处理环节。系统测试结果表明:该套辅助装置具有良好的自动抽真空、注气和加液重复性。装置抽真空系统的真空度绝对误差可控制在0.5 Pa以内,气体注入体积绝对误差可控制在0.2 mL以内,而注液系统的注液体积绝对误差也可控制在0.1 mL以内,变异系数(CV)均小于1%。使用标准参比样品测试整套系统的准确度和精密度,所有测试样品均获得了较好的准确度和精密度,CV<1%。研制的装置结合痕量气体预浓缩装置—稳定同位素质谱(PreCon-IRMS)联用仪,可以建立方便快捷的低样品量下硝酸盐中15 N同位素质谱检测方法,可为土壤氮循环过程研究提供关键技术支撑。     

质谱检测用同位素15N标记样品的处理方法

采用质谱法分析稳定同位素¹⁵N标记化合物的¹⁵N丰度,进样形式为氮气时,具有记忆效应小、不发生同位素分馏的优点,因此,待测样品处理方法非常关键。选用具有代表性的¹⁵N无机标记化合物和¹⁵N有机标记化合物进行了次溴酸盐氧化还原法、半微量的消化 氧化还原联用法和微量的高温燃烧法等样品处理方法的条件试验,消除了样品转化处理过程中的同位素分馏效应和记忆效应的影响,样品的检测结果准确度和精确度令人满意,误差小于±0.05%。研究得到了具有可行性的样品转化条件和操作方法。采用数理统计方法对得到的质谱检测数据进行检验,获得了满意的结果。     

稳定同位素标记的L-色氨酸

稳定同位素标记的L-色氨酸是核技术在氨基酸方面的应用。在合成方面,除有机合成和同位素交换法外,微生物法由于在全标记以及构型方面的优势,近年来也得到广泛应用;在应用方面,稳定同位素标记的色氨酸作为示踪剂,已被广泛用于医学、生物、化工等行业。随着蛋白质工程、分子生物学以及多肽等药物的发展,它将迎来更加美好的应用前景。     

应用宇生放射性同位素硅-32示踪海洋过程的研究

³²Si是一种宇生放射性核素,半衰期约150年。由于其来源单一、生产速率相对恒定,并具有与稳定硅相同的化学和生物特性,一直被视为研究50～1 000年尺度海洋过程的一个理想的计时钟和示踪剂。本文介绍了³²Si在海洋学的应用,主要包括示踪近岸和大洋水体的混合,河口和大洋中硅的地球化学行为和循环,深海海底颗粒物的混合,及利用其计算沉积速率/混合速率,建立年代序列来反映环境变化的信息。     

Atomic Vapor Laser Isotope Separation

This paper gives a brief history of the scientific considerations leading to the development of laser isotope separation (LIS) processes. The close relationship of LIS to the broader field of laser-induced chemical processes is evaluated in terms of physical criteria to achieve an efficient production process. Atomic-vapor LIS processes under development at Livermore are reviewed.     

美国同位素生产和应用

同位素,包括放射性同位素和稳定同位素,对美国社会和经济发展、科学技术进步做出了重要贡献。本文对美国的主要同位素生产机构、设施和能力,未来需求及满足其未来需求所应采取的措施等几个方面做了简要叙述。     

Synergistic hydrogen production by nuclear-heated steam reforming of fossil fuels

Processes and technologies to produce hydrogen synergistically by the nuclear-heated steam reforming reaction of fossil fuels are reviewed. Formulas of chemical reactions, required heats for reactions, saving of fuel consumption, reduction of carbon dioxide emission, and possible processes are investigated for such fossil fuels as natural gas, petroleum and coal.

In this investigation, examined are the steam reforming processes using the “membrane reformer” and adopting the recirculation of reaction products in a closed loop configuration. The recirculation-type membrane reformer process is considered to be the most advantageous among various synergistic hydrogen production processes. Typical merits of this process are; nuclear heat supply at medium temperature around 550°C, compact plant size and membrane area for hydrogen production, efficient conversion of a feed fossil fuel, appreciable reduction of carbon dioxide emission, high purity hydrogen without any additional process, and ease of separating carbon dioxide for future sequestration requirements.

The synergistic hydrogen production using fossil fuels and nuclear energy can be an effective solution in this century for the world which has to use fossil fuels to some extent, according to various estimates of global energy supply, while reducing carbon dioxide emission.