进样量和信号强度对气相色谱-燃烧-同位素比值质谱测定δ13C和δ15N的影响

采用气相色谱-燃烧-同位素比值质谱（GC-C-IRMS）法对咖啡因化合物和混合体系中特定氨基酸的δ13C和δ15N进行测定,在保证高测定精度和准确度的前提下,探讨GC C IRMS对进样量和信号强度变化的响应特征。分析结果表明,当C质量≥ 1 ng或m/z 44信号≥ 100 mV时,以及N质量≥5 ng或m/z 28信号≥ 100 mV时,咖啡因δ13C和δ15N测定结果的精度（<03‰）和准确度（<02‰）均能够满足实验室测试要求。针对混合体系中氨基酸δ13C和δ15N的测定,GC C IRMS可以在极少的进样量下实现对特定氨基酸色谱峰的有效分离。12种氨基酸δ13C测定结果未表现出对m/z 44信号强度的依赖性（斜率接近0）,其δ13C平均测定精度为056‰;而δ15N测定结果表现出良好的时间稳定性（4天）,与元素分析 稳定同位素比值质谱（EA IRMS）单独测定结果的平均偏差为077‰。     

激光水稳定性同位素分析仪测定矿泉水中的δ~2H、δ~(18)O和δ~(17)O

通过多次测定标准样品,统计分析得出,LWA-45EP型激光水稳定性同位素分析仪具有很好的准确性和精密度,标准样品的δ~2H、δ~(18)O和δ~(17)O的测量值与真值之间达到极显著相关,R0.9999,测量精度为0.17‰(δ~2H)、0.06‰(δ~(18)O)、0.05‰(δ~(17)O)。采用该仪器对16种饮用矿泉水进行测定,结果表明水中氢氧同位素组成具有明显的时空差异。     

挥发性有机化合物标准样品的碳同位素δ13C测定:以甲酸、乙酸为例

密闭石英管燃烧法制备挥发性有机化合物（VOCs）标准同位素样品时,可有效避免制备过程中因挥发所导致的同位素分馏。以市售高纯度的甲酸、乙酸为标准同位素样品,重复制备它们的同位素分析样各5次,并在Finnigan MAT-252气体同位素比值质谱仪上测定其碳同位素δ¹³C。结果显示此法具有极高的重现性,相对标准偏差分别为0.07% (n=5)、0.04% (n=5)。与之对比,另一套同位素测定系统（气相色谱-燃烧炉-同位素比值质谱,GC/C/IRMS）对同一标准物质的同位素测定结果并无显著差别,但在精度上却明显不及前者。密闭石英管燃烧-气体同位素质谱法的测定误差相对较小,可作为VOCs标准同位素样品的δ¹³C分析方法。     

ZTQ-201型~(13)C检测仪的研制

研制成功ZTQ 2 0 1型13C检测仪 ,该仪器采用色谱分离和质谱测量原理 ,测定人体呼出气中CO2 的13C/ 12 C比值 ,测量精度 (δ)优于 0 5‰。本文介绍仪器的工作原理、组成和性能。     

质谱准确测定高丰度~(15)N_2的计算方法

近年来,稳定同位素质谱(IRMS)在农业、生态、环境以及地质资源中的应用越来越广泛。在氮素研究过程中,稳定同位素质谱仪主要测定的是~(15)N自然丰度或~(15)N富集较低的气体样品,在测定高丰度的~(15)N_2时,质谱仪自动计算出的结果在精确度和准确度上,都有很大的偏差。为了探究造成这种现象的原因,利用(NH4)2SO4与NaBrO溶液反应产生N_2,精确地配制了10、25、50、70、99.14atom%的~(15)N_2系列高丰度气体样品,利用MAT-253稳定同位素质谱仪测定气体样品的~(15)N_2丰度,并采用推导出的3种不同的公式:~(15)N atom%=1/1+2I28/I29×100、~(15)N atom%=I29+2I30/2(I28+I29+I30)×100和~(15)N atom%=2/I29/I30+2×100计算~(15)N_2系列样品的丰度,并与仪器给出的结果进行对比。结果表明,在测定~(15)N atom%≥10atom%的N_2样品丰度时,质谱仪计算机软件计算出的~(15)N丰度结果并不准确,必须采用公式进行人工计算。公式~(15)N atom%=1/1+2I28/I29×100和~(15)N atom%=I29+2I30/2(I28+I29+I30)×100只适用于计算丰度约为10atom%的N_2样品的~(15)N丰度,并要求以m/z28、29和30的峰面积代入公式进行计算;而当N_2样品~(15)N atom%≥10atom%时,均可采用公式~(15)N atom%=2/I29/I30+2×100计算~(15)N_2的丰度。该方法可为质谱测定高丰度~(15)N_2提供准确可靠的计算方法。     

MC-ICP-MS测定铀系定年标样的~(230)Th年龄

本研究利用Neptune Plus型多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)测定了U和Th标准溶液的同位素比值及U系定年标样的~(230)Th年龄。结果显示:CRM 112A和Harwell Uraninite-1(HU-1)的234 U/238 U原子比值分别为(52.860±0.042)×10~(-6)(δ234 U=(-38.36±0.77)‰,n=17)和(54.911±0.007)×10-6(δ234 U=(-1.04±0.13)‰,n=27),实验数据在2σ不确定范围内与国际同类实验室一致;NBS Th标准,0.6pg ~(230)Th测试精度优于3‰;5个碳酸盐标准样品76001、GBW04412、RKM-6、RKM-5和RKM-4的230 Th年龄分别为(47 520±220)y、(86 880±340)y、(130 830±550)y、(129 380±480)y和(197 970±1 590)y,与美国明尼苏达大学、西安交通大学同类实验室测定的数据具有良好的重复性。上述数据表明,本实验建立的MC-ICP-MS法230 Th定年技术可应用于中晚更新世以来碳酸盐的U-Th定年与示踪研究。     

有机溶剂稀释与气相色谱-燃烧-同位素质谱（GC-C-IRMS）联用测定食醋中乙酸的δ13C

食醋中乙酸的碳-13比值（δ¹³C）与食醋原料有密切关联,通过测定乙酸中δ¹³C可对食醋原料进行溯源。本工作建立了有机溶剂稀释法与气相色谱-燃烧-稳定同位素比值质谱（GC-C-IRMS）联用法测定食醋中乙酸的δ¹³C。在乙酸浓度为2%~99.9%的模拟样品测试中获得了稳定的检测结果;同一样品中乙酸的δ¹³C重复测定16次的标准偏差小于0.15‰;参与欧盟同位素实验室间能力测试时,该方法的测定结果与其中5个国际实验室测定平均值差异为0.17‰。该方法的精密度和稳定性好、准确性高、操作简便快速,适合在食醋真实性技术中应用和推广。     

三过氧化三丙酮的稳定同位素比值特征研究

本研究采用稳定同位素质谱(IRMS)探讨了不同原料、不同工艺合成的三过氧化三丙酮(TATP)的稳定同位素比值特征,所合成TATP的δ¹³C、δ²H、δ¹⁸O值分别为-31.62‰～-27.50‰、-144.09‰～-107.85‰、30.61‰～38.02‰。结果表明,依据稳定同位素特征可区分不同原料、工艺合成的TATP。所合成的TATP碳、氢稳定同位素比值主要受丙酮影响,氧稳定同位素比值主要与过氧化氢有关,酸作为催化剂并未对TATP的稳定同位素比值产生显著影响。随着反应时间的增加,TATP的δ¹³C值呈增加趋势。本研究结果对调查TATP的来源有重要意义。     

同位素比值质谱法测定TNT的来源

炸药的来源鉴别在犯罪案件尤其是爆炸案件的侦查有着重要的价值。本文首次报导利用同位素比值质谱法对四个不同厂家的 TNT,即硝铵炸药的主成份 ,进行 13C和 15N的同位素比值测定。初步的结果表明 ,( 1 )根据它们的同位素比值 ,可以区分这四个厂家的 TNT;( 2 )样品用量低于 1微克 ;( 3)利用 EA和GC二种进样方式 ,获得了平行一致的数据 ;( 4 ) 13C的测定精度± 0 .2 0‰ ,15N为± 0 .40～ 0 .50‰。     

应用ZhT-03型质谱计准确测定~(15)N同位素丰度

本文介绍用ZhT-03型质谱计精确测定~(15)N同位素丰度。对仪器的工作状态、测量数据的校正、不同丰度~(15)N样品的测定作了探讨,着重探讨样品中溶解空气对测量结果的影响及其校正。     

具有动态稀释功能的EA-IRMS联机系统在δ13C和δ15N测定中的应用

自然界的样品中C、N元素含量或C/N变化极大,以往的元素分析 稳定同位素比值质谱仪（EA-IRMS）大多采用固定比例稀释样品气,不仅需要预先了解样品中元素含量及C/N等信息,还需要精确控制取样量。为了提高样品分析效率,本实验初步建立了具有动态稀释功能的EA-IRMS联机系统,快速分析有机碳、总氮稳定同位素比值（δ¹³C和δ¹⁵N）。结果表明,该联机系统与传统的固定比例稀释方法的δ¹³C和δ¹⁵N测定结果一致性较好（p>0.05）。对于C/N差异较大或难以精确称重的9种样品,该联机系统的δ¹³C和δ¹⁵N测定结果具有良好的重复性。通过动态稀释,δ¹³C和δ¹⁵N的测定精度分别为0.07‰~0.32‰和0.05‰~0.27‰。该联机系统在不同时间（间隔45天）的测定结果再现性良好（p>0.05）,δ¹³C和δ¹⁵N的测定偏差分别小于0.2‰和0.3‰。结合动态稀释功能的EA-IRMS,无需精确控制样品质量,省时、省力,具有一定的应用前景。     

基于程序升温GC的EA-IRMS联机系统在氮、碳和硫同位素组成测定中的应用

基于具有程序升温气相色谱（GC）的元素分析-稳定同位素比率质谱仪（EA-IRMS）联机系统,初步建立了总氮、总碳和总硫稳定同位素比率的快速分析方法。分析结果表明：EA-IRMS联机系统运行状态良好,δ¹⁵N、δ¹³C和δ³⁴S标准曲线在时间上无显著漂移,质量控制标准的长时间测量精度优于0.3‰,准确度优于0.1‰。在18 mm的反应管内不存在³⁴S记忆效应,25 mm的反应管在加入空锡囊燃烧后可基本消除³⁴S记忆效应。利用该联机系统分析了不同类型的食品和环境样品。对于C/N、C/S质量比都小于200的样品,δ¹⁵N、δ¹³C和δ³⁴S的测定精度均优于0.15‰,能够满足实验室测试要求。对于C/N或C/S质量比极高的木材和琥珀样品,在N₂和SO₂信号强度都小于0.5 V的情况下,δ¹⁵N和δ³⁴S也获得了较好的重现性,其测定精度分别优于0.6‰和0.2‰。该研究可为EA-IRMS技术的应用与发展提供基础数据和科学依据。     

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。     

元素分析-稳定同位素质谱技术在婴幼儿配方奶粉奶源地追溯中的应用

婴幼儿配方奶粉是婴幼儿的主要食品,为加强其品质监管,建立了元素分析-稳定同位素质谱（EA-IRMS）同时测定婴幼儿配方奶粉中酪蛋白δ¹⁵N和δ¹³C值的方法。通过优化的等电点沉淀法可以从婴幼儿配方奶粉中获得高纯度的蛋白（纯度大于96%）。利用纳升液相-四极杆飞行时间质谱对提取的蛋白进行定性分析,确认其为酪蛋白。利用EA IRMS测定分离得到的酪蛋白δ¹⁵N和δ¹³C值发现,δ¹⁵N 和δ¹³C与奶源产地有一定的相关性,同一产地的婴幼儿配方奶粉中酪蛋白的δ¹⁵N和δ¹³C值分布范围一致,而不同奶源产地的则存在差异。该方法前处理简单、重现性好、测试方便、准确度高,可以用来追溯国内市场上婴幼儿配方奶粉的奶源产地。     

固态法白酒与固液法白酒的同位素鉴别技术

固态法白酒和固液法白酒的鉴别是当前白酒行业所面临的技术难题。本实验以碳稳定同位素为指标,建立了气相色谱-燃烧-同位素质谱(GC-C-IRMS)联用方法测定白酒中乙醛、乙醇、丙醇、异丁醇、异戊醇、乳酸乙酯等主要挥发性物质中的δ¹³C。测定了43个传统固态法白酒样品,其乙醇δ¹³C分布范围为（-17.65±1.31）‰,测定了24个流通领域白酒样品,其乙醇δ¹³C分布范围为（-15.30±1.41）‰,经t检验分析,二者存在显著性差异(P<0.01);t检验结果还表明,传统固态法白酒样品和流通领域白酒样品中异戊醇和乳酸乙酯中δ¹³C也存在显著差异。模拟实验发现,白酒中乙醇δ¹³C与添加玉米酒精含量呈正相关关系;添加的玉米酒精和挥发性香气物质会改变白酒中的乙醇及微量组分的稳定碳同位素比值,因此稳定同位素技术将有望成为固态法白酒和固液法白酒的有效鉴别手段。     

植物油中甘油稳定碳同位素组成的测定

建立了气相色谱-燃烧-稳定同位素比值质谱（GC-C-IRMS）法结合酯交换技术测定植物油中甘油的稳定碳同位素组成（δ¹³C）。样品溶于异辛烷后,在氢氧化钾-甲醇溶液中转化为甘油和脂肪酸甲酯,去除脂肪酸甲酯后用GC-C-IRMS法测定甘油的δ¹³C。结果表明,食用油中甘油δ¹³C的测定标准偏差为0.18‰,且酯交换过程不会导致甘油碳同位素分馏。通过分别测定玉米胚芽油、大豆油和玉米胚芽油与大豆油的混合植物油中甘油的δ¹³C值,并进行结果比较,表明甘油δ¹³C值与玉米胚芽油中大豆油的含量呈显著负相关（R²=0.98）,可通过测定甘油δ¹³C值验证大豆油掺入玉米胚芽油的比例。本方法前处理简单、测定结果准确,可用于食用油掺假的鉴定。     

脂肪酸甲酯碳同位素测定值的校正方法对比研究

气相色谱-燃烧-同位素比值质谱（GC-C-IRMS）分析脂肪酸单体化合物碳同位素时,首先对脂肪酸甲酯化,但是测得的δ¹³C值为脂肪酸甲酯的δ¹³C值,因此需要对其进行数学校正,才能得到脂肪酸δ¹³C值。为了得到准确的甲酯化使用的甲醇δ¹³C值,提高校正后的脂肪酸δ¹³C值的精准度,本研究利用3种不同方法测定甲醇δ¹³C值：1）甲醇与钠反应制备甲醇钠固体,离线测定甲醇钠固体δ¹³C值;2）液氮冷却石英管注样法制备甲醇结晶体,离线测定甲醇结晶体δ¹³C值;3）GC-C-IRMS顶空进样测定甲醇δ¹³C值。并通过离线测定得到脂肪酸单体化合物及其甲酯化后的脂肪酸甲酯δ¹³C值。然后用此3种不同方法测定的甲醇δ¹³C值分别对脂肪酸甲酯δ¹³C值进行数学校正,将计算得到的脂肪酸δ¹³C值与脂肪酸单体化合物δ¹³C值进行误差分析。研究结果表明：离线测定的甲醇结晶体δ¹³C值为-50.17‰,标准偏差为0.086‰（n=5）,重现性优于其他两种方法,用其校正后的脂肪酸δ¹³C值与离线测定的脂肪酸δ¹³C值误差最小。因此,离线测定甲醇结晶体δ¹³C值是一种相对可靠的测定甲醇δ¹³C值的方法,可提高校正脂肪酸甲酯碳同位素测定值的精准度。     

大气浓度下N2O中氮稳定同位素比值测定的GasBench-IRMS系统改造

为实现在线自动测定大气环境N₂O中氮稳定同位素比值,本工作对多用途在线气体制备和导入系统（GasBench）进行了改造。增加了化学阱和2个冷阱,与八通阀构成预浓缩装置,以期达到纯化和浓缩大气样品中N₂O的目的,同时更换大体积进样瓶及其配套样品盘,用于增加样品进样量。优化了质谱测定条件、样品收集和浓缩时间等关键参数,并进行了系统的线性、稳定性测试以及方法准确性验证。结果表明,在本方法条件下,当离子流强度在280～3000 mV时,系统线性关系良好,δ¹⁵N_Air值随离子流强度的增加而变化不大;不同压力条件下,δ¹⁵N_Air值的S.D<0.04‰,达到仪器稳定性指标的要求。利用该方法测量配制的400 mg/L N₂O标准样品气,δ¹⁵N_Air平均值为7.253‰,接近标准气的氮稳定同位素标准值,说明该方法准确性良好,可用于大气浓度下N₂O中氮同位素比值测定。     

日粮成分对鸡蛋色度及碳稳定同位素比值的影响

通过测定鸡蛋蛋黄的RCF值,说明人工色素和天然色素都可以改变蛋黄的色度,但是通过稳定同位素比值质谱分析发现,鸡蛋中稳定同位素δ¹³C值仅受日粮中玉米含量的影响,而与加丽素红的添加量无关,据此可以推断蛋黄中色素的来源,从而对蛋鸡生产起到监管作用。本实验选用320只产蛋鸡,分成人工色素组和天然色素组,每组又分成4个实验小组,每个小组做4次重复实验,分别用添加加丽素红的基础日粮和玉米含量不同的基础日粮饲喂63天。采集各组饲料样品,并在实验期的第28天和第56天采集鸡蛋样品,分别测定饲料的稳定同位素δ¹³C值和蛋黄的RCF值及δ¹³C值。结果表明：人工色素组,添加或撤除加丽素红,蛋黄的RCF值有极显著变化（P<0.01）,但蛋黄中的δ¹³C值差异不显著（P>0.05）;天然色素组,随着日粮中玉米含量的增加或降低,蛋黄的RCF值及δ¹³C值均有极显著差异（P<0.01）,且蛋黄中δ¹³CC值与日粮中玉米含量呈显著正相关（P<0.05）,说明蛋黄中δ¹³C值主要受日粮中玉米含量的影响。因此,蛋鸡日粮的主要成分决定了鸡蛋蛋黄中碳稳定同位素的组成。     

MC-ICP-MS标样-样品交叉测试法测定石笋样品的230Th/U年龄

借鉴国际上已经建立的方法,本研究设计了一套便捷的UTEVA树脂分离纯化U与Th的化学流程,以及多接收电感耦合等离子体质谱测量U/Th同位素的方法,用于精确测定石笋样品的²³⁰Th/U年代。U/Th同位素的测量采用标样-样品交叉测试法（standard-sample bracketing）,即在测量未知样品之前和之后分别测量标准样品的同位素,通过外部归一化和线性内插法估算测量未知样品时仪器的校正因子,如质量歧视和二次电子倍增器相对于法拉第杯的增益。为检验该方法的可靠性,本研究分析了国际U标准样品Harwell uraninite-1（HU-1）、U/Th内用标准样品MFT和已知年代石笋样品的U/Th同位素。结果显示：HU-1的δ²³⁴U=（-1.27±2.14）‰（±2σ,n=29）,该结果与国际上不同实验室的测量值在误差范围内一致。U/Th内用标准样品MFT（±2σ,n=22）的δ²³⁴U、²³⁰Th/²³⁸U放射性活度比和年代平均值分别为（408.2±3.2）‰、1.002±0.003和(124.3±0.5) ka,具有较好的重现性。47个石笋样品的²³⁴U/²³⁸U、²³⁰Th/²³⁸U放射性活度比和²³⁰Th/U校正年代的相对误差（±2σ）分别约为0.6‰、2.4‰和0.5%,与已发表数据在误差范围内吻合。