同位素分析几个问题

漫谈同位素分析的几个问题河北省农林科学院同位素农业应用研究中心

CenterofIsotopicApplicationinAgriculturalSciences，HAAFSCIAAS高占锋

2013年6月7日常用的缩写空气各成分的含量常用元素元素周期表中的位置常用计量单位的关系分析天平的级别常用化学反应主要分析设备间的关系湿法和干法前处理的优缺点交叉污染的来源分析结果的误差来源关于数字化仪器常用的缩写MSMassSpectrometry(Spectrometer)质谱学（仪）EAElementalAnalysis(Analyzer)元素分析（仪）TCDThermoConductiveDetectorDIDualInlet(system)双路进样（系统）CFContinuousFlow连续流Conflo连续流接口Referencegas参考气GC

GasChromatography气相色谱GC-CGasChromatography-Combustion气相色谱-燃烧炉A/DAnalog/Digital

模拟/数字转换空气各成分的含量名称分子式

体积℅

重量℅氧

O220.9323.1氮

N278.0375.06氦He(4.6~5.3)×10-40.7×10-4氖Ne(15~18)×10-412×10-4氩Ar0.9321.286氪Kr1.80×10-43×10-4氙Xe0.08×10-40.4×10-4氡Rn6×10-13

氢

H20.5×10-40.036×10-4二氧化碳CO20.030.046臭氧

O3(0.01~0.02)×10-40.2×10-4水蒸气H2O0.03

氧化亚氮N2O0.3×10-4

甲烷CH41.7×10-4

常用同位素在元素周期表中的位置

农业科研常用的稳定同位素组成元素相对原子量核素同位素丰度（%）H1.007941H99.98442H0.0156C12.010712C98.892213C1.1078N14.006714N99.633715N0.3663O15.999416O99.762117O0.037918O0.2000常用计量单位的关系倍率K=103M=106G=109

千或K兆Gd=10-1c=10-2m=10-3

μ=10-6n=10-9p=10-12分厘毫微纳皮重量Kg(103)gmg(10-3)μg(10-6)ng(10-9)pg(10-12)千克克毫克微克纳克皮克长度Km(103)mdm(10-1)cm（10-2)mm(10-3)μm(10-6)nm(10-9)千米米分米厘米毫米微米纳米常用计量单位的关系体积m3dm3（l）cm3（ml）mm3（μl）立方米升毫升微升压力1大气压（atm）=1ba=760mmHg（torr乇）=105Pa=0.1MPa1乇=1mmHg=1.33mba=133Pa浓度mol/lppm（10-6）w/ww/vv/v分析天平的级别万分之一天平

不确定度10-4g，即0.1mg，称量误差与称样量有关。0.2000g0.05%,0.1000g0.1%百万分之一天平不确定度10-6g，即0.001mg，或1μg。100μg1%

1000μg0.1%常用化学反应元素分析仪（C、N测定-燃烧炉）高温1000℃样品+O2NOX+CO2+H2O+SO2氧化高温600℃N2+CO2GCMS还原

副反应N2+O2NO常用化学反应元素分析仪（H、O测定-高温炉）

高温1400℃样品CO+CO2+H2O+H2S+NH2-R

裂解

高温还原H2+COGCMS

玻璃碳常用化学反应K氏定氮仪（浓硫酸消化）

浓硫酸（催化剂）样品CO2+H2O+SO2+（NH4）2SO4（消化）

400℃（NH4）2SO4

+NaOHNH3+Na2SO4+H2O（蒸馏）NH3+H2SO4（NH4）2SO4

+H2O（滴定）常用化学反应N2制样系统

2NH4++3BrO-+20H-

N2

+

3Br-+5

H20（2NH3

+3BrO-N2

+

3Br-+3H20）(NH4)2SO4+3LiBrO

+2Li0H

N2

+

3LiBr

+Li2SO4+5

H20副反应BrO-+Br-+2H+

Br2+H2O主要分析设备间的关系

ConfloIV燃烧（Dumas）—N2

CO2高温裂解—H2COGC分离、检测DeltaVMS参考气样品抽除系统元素分析仪—Conflo—MS主要分析设备间的关系

DualInlet干法燃烧（Dumas）—N2

CO2湿法：K氏定氮—N2制样系统（N2）DeltaVMS参考气K氏定氮—制样系统—DI—MS主要分析设备间的关系

制样系统（N2）K氏定氮

DualInlet元素分析仪样品抽除系统ConfloIVDeltaVAdvantageMS参考气干法湿法湿法和干法前处理的优缺点干法：元素分析仪湿法：K氏定氮+制样系统湿法和干法前处理的优缺点项目干法湿法样品处理称样量小，50-5000μg大，100-1000mg样品粉碎要求高，至少100目要求低，60-80目称样时间长短测定结果元素含量准确性低高天然同位素丰度低高富集同位素丰度低高测定元素元素数量多少可操作性自动化程度高低运行费用分析成本高低交叉污染综合不详不详交叉污染的来源记忆效应（吸附，分析管路）K氏定氮仪(包括消