稳定性同位素示踪法

稳定性同位素示踪法

几个概念

稳定性同位素(Stableisotope)丰度(Abundance)A

即某核在该组同位素中浓度(通常指人工加浓了得)。自然丰度(Naturalabundaa)A自(AO)15N:0、365%、18O:0、204%

原子百分超(Atompercentexcess)a

a=A-A自

又称富集度(Enrichment)富集15N(Enriched15N)贫化15N(Depeled15N)

一、稳定性同位素示踪法得基本依据:

1、自然界中一种元素同位素组成就是相对恒定

2、同一元素得同位素具有相同得化学性质

3、同一元素得同位素之间存在质量差异

重要化学元素得稳定性同位素元素同位素自然丰度样品来源H1H99、985新鲜得表面淡水

2H(D)0、0147B10B18、46意大利天然硼酸盐

11B81、54C12C98、892捷克扑利兹石灰石

13C1、108N14N99、635大气中得氮气

15N0、365O16O99、759大气中得氧气

17O0、037418O0、2039

氮得同位素表同位素射线种类半衰期自然丰度12Nβ+0、011S13Nβ+9、96m14N--99、63515N--0、36516Nβ-7、1S17Nβ-4、15S18Nβ-

0、63S

稳定性同位素标记物得命名

1978年国际纯化学和化学联合会IUPAC得命名法:结构式:15[N]HCl或15NHCl(这样純得物质不存在)单标记化合物:H215N-CO-NH2

15N-尿素,例如15N得丰度可为5%,10%,15%……双标记化合物(一个同位素):H215N-CO-15NH2尿素4、混合标记化合物:(15NH2)13CO(13C15N)尿素核素A(%)质量数

14N99、6351415N0、36515注意:由于同位素之间得质量差异,因此她们得物理、化学、生物化学等性质会有所不同,进行实验时,需注意同位素效应。

二、稳定性同位素示踪法得特点:1、无放射性,无辐射效应及不良影响。2、安全、对人无伤害。3、无污染,不受环境条件限制。4、无衰变,实验时间不受限制。5、可进行放射性示踪法难以进行得实验。例:N素中T最长得13N:T=9、096m一

三、稳定性同位素分析法得基本流程同位素引入生物体

动植物原始样品仪器所需得待测样品

进样过程

质谱分析法光谱分析法

记录

实验结果分析

四、影响15N引入丰度得因素

1、实验材料对15N得稀释程度。

2、N素在不同部位分布得不均匀性

3、分析测定技术所能达到得精度。15N示踪法引入N素肥料得丰度计算参考公式

af=Wp•Rp•ap/Nf•RN式中:af:N素肥料得原子百分超

Wp:植物总重量(待测)

ap:植物样品中原子百分超

Rp:植物样品中含N百分率

Nf:施纯N量

RN:N肥利用率12大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流

注意事项:1、同位素交换反应:在一定条件下,标记得铵盐可与大气发生反应:

15NH+4水溶液+14NH3→14NH+4水溶液+15NH315N丰度高时应注意。2、同位素效应:藻类对14C、13C、12C得吸收依次递减。3、予测样品测定项目……

五、质谱和光谱测定15N原理

14N和15质量不同质谱:把N2离子化为28N-N2,29N-N2,30N-N2

使其在均匀磁场中发生不同角度偏转2光谱:28N-N2:谱线波长为2976、8埃

29N-N2:谱线波长为2982、9埃

30N-N2:谱线波长为2988、6埃-入口出口加速电压1800得均匀磁场

六、供仪器待测样品得制备、测量

1、对待测样品得要求:

(1)因为测量得就是不同质量离子流得相对含量,因此,保证有一定得N量即可。一般要求含N量1mg/ml最少不低于0、5mg。

(2)仪器得本底检查。

(3)离子峰得选择(14N和15N得峰比28N、29N小10倍,选28N、29N、30N)。

(4)仪器精确度检查(检查去O2后得空气或纯N气)。2、分析样品得制备:

(1)K氏法(Kjeidali)质谱分析常用法。

A、样品得消化:(例:0、05g植样+10ml浓H2S04+3、3gSe:CuSO4:K2SO4为1:10:100混合催化剂→样液清亮再消煮5h(土)或2h(植),温度120-140℃。样品予处理:水杨酸—硫酸法:5g干土或0、5g植样+12ml水杨酸:硫酸为50g:1000ml溶液中放置30min,再加2、5g硫代硫酸钠和15ml水,缓缓加热至停出起泡→冷却→常规消化)。

B、蒸馏:

用蒸汽蒸馏将消化液中NH3分离出来,并测定总N。方法:消化液中加过量40%NaOH,释放得NH3被蒸汽逐出,经冷凝后被2%硼酸吸收,加入混合指示剂用标准硫酸滴定(设置一个标准液)。此步骤将NH3-N转变成了NH4+-N(铵态N),仪器分析适宜量1mgN/样品2-3ml(浓缩或稀释)。(制备好得样品送交仪器分析)以下在质谱仪上进行C、将NH4+-N转化为N2气:

在真空条件下,将上述样品与次溴酸钠反应,放出N气(在质谱仪内进行)详见书15N章节。

制样时注意:1、所有试剂纯度要高。2、消化要完全。3、防止样品间交叉污染(每个样品蒸馏前用蒸馏15ml乙醇洗器皿)。4、“Y”型管及内部反应抽气须彻底,防其她气体干扰。

以下在光谱仪上进行,可用液体样品也可用干样品(2)、杜马法(Dumas)

—光谱分析中常用法适用于含N量低(少于100μg)得样品,光谱测量。

方法:A、在放电管中装入样品,氧化剂(CuO)及吸收剂(CaO)抽真空,抽完后熔封放电管。在马福炉中燃烧0、5-3h(560℃)样品,(CaO吸收CO2和H2O)以产生N2气。B、冷却至室温后在光谱仪上测定纯样品火焰为粉红色或淡黄色有CO2呈白色,有水呈黄色)

注意:

如果就是液体样品。需用Pyrex玻璃管(1cmΦ2mm)吸满样液,烘干后再放入放电管。

CuO、CaO使用前用700℃高温烘干除去CO2,H2O,并在12-18Kg/cm2压力下制成棒状,备光谱分析

仪器分析方法步骤:1、通电予热仪器10分钟,打开光电倍增管高压。2、放电管装入燃烧室固定架上。3、开高频发生器电源,使放电管中样品放电发光。4、选择适宜放大倍数对28N、29N、30N峰分别进行放大,在2970A0-2990A0之间扫描。5、放下记录笔,接通扫描开关,划出28N、29N、30N峰高。6、求得平均峰高,计算15N丰度。

七、15N实验结果计算

14、15得质量比28、29、30得小10倍,不参加运算

当15N丰度小于5%:R=质量为28离子流强度/质量为29离子流强度此时30N得流子离强度很小,

1、丰度:A=1/2R+1×100%(1)

当15N丰度大于5%R’=质量为29离子流强度/质量为30离子流强度

A=2/R’+2×100%或者由质量为28、29、30得峰值直接算出:A=[29]+2[30]/2([28]+[29]+[30])×100%

以下以植物材料实验为例进行计算,其计算原理也适用于动物等,共同得条件就是在一个相对封闭系统内开展实验。(若就是用32P等实验,计算时把原子百分超换成比强度即可)

2、植样得原子百分超:ap

ap

=A-A自(2)(A自=0、365%或空白实验值)

3、植物从肥料中摄取N得%:Ndff

植物中N有多少%就是来自于肥料(Percentageofintheplantderivedfromthefertilizer),可以就是根、茎、叶、果实得任一Ndff

Ndff=ap/af×100%(设N素来源于土壤和肥料二方面)(3)af:肥料N得原子百分超(或动物饲料N得原子百分超,此时又多了一个动物排泄因素)。

上片解释见第五章第37片同位素稀释法4、植物从土壤中摄取N得%(Percentageofintheplanttissuederivedfromthesoil):NdfsNdfs

=1-Ndff(4)5、植物中来自肥料得N量:NpfNpf=植物总N量×ap/af

(5)

Npf+Nps=植物中总N量(已在定N中测定,K氏定N法)設总N来源于土壤和肥料,则:

6、植物中来自土壤N得量:NpsNps=总N-Npf(6)7、N素利用率:R=Npf/Nf×100%(7)Nf:施入纯N得总量

8、土壤A值:A值=Ndfs/Ndff×Nf

(Kg/公顷)(8)

A值:表示土壤有效供应N素量(用A值可以解释为什么某种土壤适合于种植某种植物)。

(来自:A值/Ndfs=Nf/Ndff)

9、N素回收率:

R回=已检出得Nf量/Nf×100%(9)10、N素损失率:

R失=100%-R回(10)以上公式适用32P等放射性物质(以比强为单位)等计算。

练习题:

蕃茄实验地中施用15N-尿素纯N20Kg/亩,收获后测得植物含N量为30Kg/亩,植物样品得15N丰度为0、67%,15N-尿素得15N丰度为1、37%,设自然丰度为0、37%,尿素得含N量为40%。求:1、每亩施入尿素量？2、肥料N素得利用率？3、A值?

解:∵ap=0、67-0、37=0、3%af=1、37-0、37=1、0%∴Ndff=ap/af=0、3/1、0=30%Npf=Np×Ndff=30Kg/亩×30%=9Kg/亩施入尿素量:W=20/40%=80Kg/亩肥料N素利用率:R=Npf/Nf=9/20=45%A值=Ndfs/Ndff×Nf=70%/30%×20Kg/亩=46、7Kg/亩(土壤中可供蕃茄生长得每亩有效N--当