高分辨等离子体质谱法测定锂同位素丰度的方法研究
第２ｌ卷第３，４期
虞谱学掇
ＪＯＵＲＮＡＬｏＦＣ｝｛ＩＮＥＳＥＭＡＳＳＳＰＥＣＴＲＯＭＥＴ科ＳＯＣｔｇⅣ
Ｖｏｔ２ｌ
＂Ｎｏ．３，４高分辨等离子体质谱法
测定锂同位素丰度的方法研究
郭冬发武朝辉崔建薅
（核工业北京地旋研究院托京１０００２９）
程核燃料中，锂同位索率发是重要的检测对象。近十雾年来，快速发展怒来懿ＩＣＰ－ＭＳ技术具有分析速囊抉，戒本低，灵敏发商等忧点，融瘟用棱材辩中铺、镪等间位豢测定。零文研究了裹努辨譬离予蒋矮谱≤ＨＲ－ＩＣＰ－ＭＳ）溅定键嗣位綮丰澄麴技本方法，测定了纯键化合耪中镁问靛索车度。
｛癸羧技术
１．１主要仪器和试剂
使胡静仪器为德餮ＦＪｎｎｉｇａｎＭＡＴ公司产ＥＬＥＬｌｄＥＮＴ型窿分辨魄惑耦含等离予悔矮谱仪。主要试裁必锻同位豢标准滚滚（８Ｌｉ率发戈９５．麟，浓度为５０１．ｔｇ／ｍＬ）、媛沸蒸馏硝酸。
２。２样品溶液制餐
称取纯键纯含物样品０。００５克放入５０ｍＬ聚甄氟己烯坩璃孛，先篇少鬣承润瀑，加入２ｒａＬ亚沸硝酸溶解。将藏溶渡转入１００ｍＬ磊英褰鬣瓶中，用二次蒸壤承穗释譬裹《霾。此溶液楣当予弱Ｈｇ／ｍＬ纯镪他合物（氨氧他镪袋碳酸锂），酸度控制在１％Ｌ痞。２．３｛霹经索眈值测爨及结聚诗簿
夜优纯好工作参数斡ＨＲ－ＩＣＰ－ＭＳ仪器上，测定１０ｍＬ空自（１％ＨＮＯ，）孛的６Ｌｉ和７Ｌｉ离子流计数强度。符室囟溯定究嚣，囱该空白中加入Ｏ，ｌｍＬ锤耐健索标准溶液（嘎ｉ率度必９５．ｓ蓠），测量该潘渡中６瓣积７接离子溅计数强度，该离子滋强度减去空白中离子流计数强度，得到锂同像素标准的６ＬｉＰＬｉ德（Ｒ＂搪准＿量值），由融知的６Ｌ扩“参考攮（＆，标准参考蒜）掺正梭浏器瓣璜鬟菠褫羧戏，褥副棱委系数（ｆ）：
ｆ＝Ｉ％７㈣／Ｒ６７标准辩量德
弼间样方法溅窆祥晶溶液中鼍ｊ和７“离子流计数净强泼，进蔼得到％ｉ／ＴＬｉ测艇馥（＆？｛摹最瓣量），用质疑歧褪效斑袭数校正６Ｌ护“测鳖馕褥到分板结果（Ｒ＃撵黜自繁）：
Ｒ６，样鼎鲒鬻尝Ｋ样鼎祷量×ｆ‘。６’＝Ｒ６７ｆ＃，脯ｌｌＸｆ
由＆７｛葶８菇蓑霹娃诗算６“和７“懿率度ｎ
万方数据
高分辨等离子体质谱法测定锂同位素丰度的方法研究
第２ｌ卷第３，４期 虞谱学掇 ＪＯＵＲＮＡＬｏＦＣ｝｛ＩＮＥＳＥＭＡＳＳＳＰＥＣＴＲＯＭＥＴ科ＳＯＣｔｇⅣ Ｖｏｔ２ｌ ＂Ｎｏ．３，４高分辨等离子体质谱法 测定锂同位素丰度的方法研究 郭冬发武朝辉崔建薅 （核工业北京地旋研究院托京１０００２９） 程核燃料中，锂同位索率发是重要的检测对象。近十雾年来，快速发展怒来懿ＩＣＰ－ＭＳ技术具有分析速囊抉，戒本低，灵敏发商等忧点，融瘟用棱材辩中铺、镪等间位豢测定。零文研究了裹努辨譬离予蒋矮谱≤ＨＲ－ＩＣＰ－ＭＳ）溅定键嗣位綮丰澄麴技本方法，测定了纯键化合耪中镁问靛索车度。 ｛癸羧技术 １．１主要仪器和试剂 使胡静仪器为德餮ＦＪｎｎｉｇａｎＭＡＴ公司产ＥＬＥＬｌｄＥＮＴ型窿分辨魄惑耦含等离予悔矮谱仪。主要试裁必锻同位豢标准滚滚（８Ｌｉ率发戈９５．麟，浓度为５０１．ｔｇ／ｍＬ）、媛沸蒸馏硝酸。 ２。２样品溶液制餐 称取纯键纯含物样品０。００５克放入５０ｍＬ聚甄氟己烯坩璃孛，先篇少鬣承润瀑，加入２ｒａＬ亚沸硝酸溶解。将藏溶渡转入１００ｍＬ磊英褰鬣瓶中，用二次蒸壤承穗释譬裹《霾。此溶液楣当予弱Ｈｇ／ｍＬ纯镪他合物（氨氧他镪袋碳酸锂），酸度控制在１％Ｌ痞。２．３｛霹经索眈值测爨及结聚诗簿 夜优纯好工作参数斡ＨＲ－ＩＣＰ－ＭＳ仪器上，测定１０ｍＬ空自（１％ＨＮＯ，）孛的６Ｌｉ和７Ｌｉ离子流计数强度。符室囟溯定究嚣，囱该空白中加入Ｏ，ｌｍＬ锤耐健索标准溶液（嘎ｉ率度必９５．ｓ蓠），测量该潘渡中６瓣积７接离子溅计数强度，该离子滋强度减去空白中离子流计数强度，得到锂同像素标准的６ＬｉＰＬｉ德（Ｒ＂搪准＿量值），由融知的６Ｌ扩“参考攮（＆，标准参考蒜）掺正梭浏器瓣璜鬟菠褫羧戏，褥副棱委系数（ｆ）： ｆ＝Ｉ％７㈣／Ｒ６７标准辩量德 弼间样方法溅窆祥晶溶液中鼍ｊ和７“离子流计数净强泼，进蔼得到％ｉ／ＴＬｉ测艇馥（＆？｛摹最瓣量），用质疑歧褪效斑袭数校正６Ｌ护“测鳖馕褥到分板结果（Ｒ＃撵黜自繁）： Ｒ６，样鼎鲒鬻尝Ｋ样鼎祷量×ｆ‘。６’＝Ｒ６７ｆ＃，脯ｌｌＸｆ 由＆７｛葶８菇蓑霹娃诗算６“和７“懿率度ｎ 万方数据
元素的精确质量数及同位素丰度报告
元素的精确质量数及同位素丰度 Aluminum Al(27) 26.981541 100.00 Antimony Sb(121) 120.903824 57.30 Sb(123) 122.904222 42.70 Argon Ar(36) 35.967546 0.34 Ar(38) 37.962732 0.063 Ar(40) 39.962383 99.60 Arsenic As(75) 74.921596 100.00 Barium Ba(130) 129.906277 0.11 Ba(132) 131.905042 0.10 Ba(134) 133.904490 2.42 Ba(135) 134.905668 6.59 Ba(136) 135.904556 7.85 Ba(137) 136.905816 11.23 Ba(138) 137.905236 71.70 Beryllium Be(9) 9.012183 100.00 Bismuth Bi(209) 208.980388 100.00 Boron B(10) 10.012938 19.80 B(11) 11.009305 80.20 Bromine Br(79) 78.918336 50.69 Br(81) 80.916290 49.31
Cadmium Cd(106) 105.906461 1.25 Cd(110) 109.903007 12.49 Cd(111) 110.904182 12.80 Cd(112) 111.902761 24.13 Cd(113) 112.904401 12.22 Cd(114) 113.903361 28.73 Cd(116) 115.904758 7.49 Calcium Ca(40) 39.962591 96.95 Ca(42) 41.958622 0.65 Ca(43) 42.958770 0.14 Ca(44) 43.955485 2.086 Ca(46) 45.953689 0.004 Ca(48) 47.952532 0.19 Carbon C(12) 12.000000 98.90 C(13) 13.003355 1.10 Cerium Ce(136) 135.907140 0.19 Ce(138) 137.905996 0.25 Ce(140) 139.905442 88.48 Ce(142) 141.909249 11.08 Cesium Cs(133) 132.905433 100.00 Chlorine Cl(35) 34.968853 75.77 Cl(37) 36.965903 24.23 Chromium Cr(50) 49.946046 4.35 Cr(52) 51.940510 83.79 Cr(53) 52.940651 9.50 Cr(54) 53.938882 2.36 Cobalt Co(59) 58.933198 100.00 Copper Cu(63) 62.929599 69.17 Cu(65) 64.927792 30.83
电感耦合等离子体质谱法
电感耦合等离子体质谱法 2015年版《药典》四部通则0412 本法是以等离子体为离子源的一种质谱型元素分析方法。主要用于进行多种元素的同时测定，并可与其他色谱分离技术联用，进行元素形态及其价态分析。 样品由载气（氩气）引入雾化系统进行雾化后，以气溶胶形式进入等离子体中心区，在高温和惰性气氛中被去溶剂化、汽化解离和电离，转化成带正电荷的正离子，经离子采集系统进入质量分析器，质量分析器根据质荷比进行分离，根据元素质谱峰强度测定样品中相应元素的含量。 本法灵敏度高，适用于各类药品从痕量到微量的元素分析，尤其是痕量重金属元素的测定。 1.仪器的一般要求 电感耦合等离子体质谱仪由样品引入系统、电感耦合等离子体（ICP）离子源、接口、离子透镜系统、四极杆质量分析器、检测器等构成，其他支持系统有真空系统、冷却系统、气体控制系统、计算机控制及数据处理系统等。 样品引入系统按样品的状态不同分为液体、气体或固体进样，通常采用液体进样方式。样品引入系统主要由样品导入和雾化两个部分组成。样品导入部分一般为蠕动泵，也可使用自提升雾化器。要求蠕动泵转速稳定，泵管弹性良好，使样品溶液匀速泵入，废液顺畅排出。雾化部分包括雾化器和雾化室。样品以泵入方式或自提升方式进入雾化器后，在载气作用下形成小雾滴并进入雾化室，大雾滴碰到雾化室壁后被排除，只有小雾滴可进入等离子体离子源。要求雾化器雾化效率高，雾化稳定性好，记忆效应小，耐腐蚀；雾化室应保持稳定的低温环境，并应经常清洗。常用的溶液型雾化器有同心雾化器、交叉型雾化器等；常见的雾化室有双通路型和旋流型。实际应用中应根据样品基质、待测元素、灵敏度等因素选择合适的雾化器和雾化室。
电感耦合等离子体质谱分析法.
】电感耦合等离子体质谱分析法（ICP-MS）是二十世纪八十年代发展起来的一种元素分析技术，从1980年发表第一篇里程碑文章，至今已有27年。目前，ICP-MS法成为公认的最强有力的痕量元素和同位素分析技术，应用范围广泛。ICP-MS的分析特点包括：灵敏度高、极低的检出限(10-15～10-12量级)、极宽的线性动态范围（8～9个数量级）、谱线简单、干扰少、分析速度快、可提供同位素信息等。但对于电离电位高的元素（诸如As、Se、Hg等）灵敏度低。在原子光谱分析法中，提高检测灵敏度的方法很多，其中最常用的包括化学蒸气发生（CVG）进样。它是利用待测元素在某些条件下能形成挥发性元素或化合物的特点，将待测物以气态的形式从样品溶液中分离出来，然后进行测定的一种进样方法。本文利用CVG-ICP-MS测定了水样中的汞。在众多的蒸气发生体系中，本文选择冷蒸气发生与ICP-MS联用。所生成的产物为气态汞或其化合物，经过气液分离后导入到ICP-MS中进行测定。本文选择了SnCl2、KBH4、Vis Photo-HCOOH、UV photo-HCOOH四种化学蒸气发生体系测汞，并就灵敏度、检出限、和抗干扰能力对几种体系进行了比较，同时还与常规ICP-MS进行了比较。首先，优化了ICP-MS的工作参数以及各试剂浓度，并且在最佳条件下测定了校正曲线，计算了检出限和灵敏度。结果发现，最灵敏的方法是使用KBH4为还原剂的化学蒸发生体系，其灵敏度为2.5×105 Lμg-1，这表明KBH4的还原能力是最强的。SnCl2、Vis Photo-HCOOH、UV photo-HCOOH三个体系的检出限接近，分别为0.002，0.001，0.003μg L-1；但KBH4体系的检出限要差一些，为0.01μg L-1。这主要是由于KBH4体系有大量的H2生成，使等离子炬不稳定，引起信号波动造成的。最稳定的方法是常规ICP-MS，虽然灵敏度比KBH4化学蒸发生法小得多，但检出限与KBH4体系接近，为0.05μg L-1。无论如何，蒸气发生技术的引入，使汞的检出限得到了不同程度的改善，同时提高了抗基体干扰的能力。实验发现，使用SnCl2和可见光诱导的HCOOH为还原剂的蒸气发生体系的稳定性比使用KBH4和紫外光诱导的HCOOH为还原剂的蒸气发生体系要好。紫外光诱导的HCOOH比可见光诱导的HCOOH还原能力强，因而UV-CVG体系更灵敏，但螺旋形反应管的引入，降低了信号的稳定性，因此检出限较可见光诱导的HCOOH体系没有改善。实验还发现，使用KBH4和SnCl2为还原剂的蒸气发生体系比使用HCOOH为还原剂的蒸气发生体系或常规气动雾化法的记忆效应更严重，需要更长的清洗时间，
高分辨等离子体质谱法测定地质样品中微量硼的方法研究
第２ｌ卷第３，４期 质讲学报 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＨｔＮＥＳＥＭＡＳＳＳＰＥＣＴＲＯＭＥ羊｜ｔＹＳＯＧｌＥ彳Ｙ Ｖ０１．２Ｉ Ｎｏ＋３，４高分辨等离子体质谱法测定 地质样品中微量硼的方法研究 武朝辉郭冬发崔建劈宋往宁章来平 （核工她ｊＥ索避鹱疆究虢ｊＥ寨１０００２９） 硼燕重要的造岩元素之一，快速准确测定她质样品中的徽最硼，对地球化学研究其有重要意义。尽嚣本嶷验燮开发憋等勰子髂发射光谱法测定辫焉审瘫豢骊静方法蠢成为核章子业铀矿地质分耩测试标准方法，但由于测定硼的基体效应丈，溶矿方法不够理想，使得矿样中微餐硼测定存在溶矿时硼的挥发损失和戆体千抚等髓难。近１０年来，莰速发矮起来的ＩＣＰ－ＭＳ技零对瓣决样辩１孛微鬃疆豹测定吴骞予撬步，梭避蔽低静撬点，已鹿耀予援誊砉辩孛鞭靛测定。本文臻究比较了堍蜃样赫分瓣方法积分襄条转，撬化了高分辨等离子体质谱（ＨＲ－ＩＣＰ，ＭＳ）测定硼的技术条件，测定了地质标样中微量硼，测定结采与推荐值吻合怠好。 ｛撵晶努瓣与分囊 １．１混酸溶矿阴离子交换分离法（方法１） 称取样品０．１宽放入２５ｍＬ聚四氟乙烯坩埚中．先用少巅水润湿，加入ｌｍＬ硝黢ｌｍＬ盐骏ｌｍＬ氢簸酸耪凡瓣舞蘸酸，霉艇ＡｌｍＬ彗露醇＋盖上±彗蠛簸，藏在壤热扳上擒燕溶解２小时，待样品分解后，拿下坩埚蘸并用少量水冲洗，蒸发至约ｌｍＬ浓稠状态，取下，用约２０ｍＬ沸水摄取至５０ｍＬ的石艇烧杯中，并洗净坩埚，向烧杯中加入颓滴酚酝，矮（１＋１）氨水孛零ｌ歪酪歉变蛀，冷帮，壤承转爨５０ｍＬ静翁英容璧瓶中，定客播岛，立剃于过滤于熬料溉中，准确穆彀２ｍＬ注入已经平餐好豹强虢赣骧蕊予拄。进努分离富集后供ｔｉＲ—ＩＣＰ一瞄测登。 １．２混酸溶矿沉淀分离法（方法２） 熬敷０。０５０竞撑晶藏入２５ｍＬ聚嚣氟乙烯圭彗埚孛，先精多璧承滤港，翔入ｌｍＬ磷酸ＩｍＬ磷酸ｌｍＬ赫酸ｌｍＬ甄氟酸，辩姆入ｌｍＬ甘露醇，盖上坩埚薇，放在嗽热板上加热溶解２小时，待样品分解后．拿下坩埚盏并用少量水冲洗，蒸发至约１ⅢＬ浓稠状态，取下，髑约２０ｍＬ沸求援教至５０ｍＬ静石英烧耨中。势洗洚港蛹，商浇杯串加入两滴酚酞，用（１＋１）氨水中和蕊酚酞变红，冷却，用水转到５０ｍＬ的蠢英容量瓶中，定容攫匀，立刻干过滤于塑料瓶中，滤液供ＨＲ—ＩＣＰ－ＭＳ测量。 ２＃Ｒ—１０卜弱仪器等参数谎往 万方数据
同位素丰度
Table I. Isotopic Data Z El A Abundance(%)σγ(total) b g(293?K)N γ E γ(σγ) for most intense capture gamma rays 1H 199.9885(70)0.3326(7) 0.99912223.24835(0.3326) H 20.0115(70)0.000519(7) 1.00012He 30.000137(3)0.000031(9) 1.000 120520.46(4.2×10-11) σp (3He)=5333(7) b He 499.999863(3)0.0 1.00003Li 67.59(4)0.039(4) 1.000 3σα(6Li)=940(4) b Li 792.41(4)0.045(3) 1.00032032.30(0.0381), 980.53(0.00415), 1051.90(0.00414) 4Be 91000.0088(4) 1.000136809.61(0.0058), 3367.448(0.00285), 853.630(0.00208) 5 B 1019.9(7)0.5(1) 1.000 10477.595(716) σα(10B)=3837(9) b B 1180.1(7)0.005(3) 1.00006 C 1298.93(8)0.00353(5) 1.00064945.301(0.00261), 1261.765(0.00124), 3683.920(0.00122) C 13 1.07(8)0.00137(4) 0.99877N 1499.632(7)0.0798(14) 1.000 605269.159(0.0236), 5297.821(0.01680), 5533.395(0.0155) σp (14N)=1.83(3) b N 150.368(7)0.000024(8) 1.003128O 1699.757(16)0.000190(19) 1.0004870.68(1.77×10-4), 2184.42(1.64×10-4), 1087.75(1.58×10-4) O 170.038(1)0.00054(7) 0.99920 O 180.205(14)0.00016(1) 1.000139 F 191000.0096(5) 1.0001681633.53(0.0096)d, 583.561(0.00356), 656.006(0.00197) 10Ne 2090.48(3)0.037(4) 1.000272035.67(0.0245), 350.72(0.0198), 4374.13(0.01910) Ne 210.27(1)0.67(11) 1.00011 Ne 229.25(3)0.045(6) 1.000151979.89(0.00306), 1017.00(0.0030) 11Na 231000.530(5) 1.0002401368.66(0.530)d, 2754.13(0.530)d, 472.202(0.478)d 12Mg 2478.99(4)0.0536(15) 1.001353916.84(0.0320), 585.00(0.0314), 2828.172(0.0240) Mg 2510.00(1)0.200(5) 1.0012061808.668(0.0180), 1129.575(0.00891), 3831.480(0.00418) Mg 2611.01(3)0.0386(6) 1.0014413Al 271000.231(3) 1.0002161778.92(0.232)d, 30.6380(0.0798), 7724.027(0.0493) 14Si 2892.2297(7)0.177(5) 1.001463538.966(0.1190), 4933.889(0.1120), 2092.902(0.0331) Si 29 4.6832(5)0.119(3) 1.00399 Si 30 3.0872(5)0.107(2) 1.0073915P 311000.172(6) 1.001158512.646(0.079), 78.083(0.059), 636.663(0.0311) 16S 3294.93(31)0.548(10) 1.000101840.993(0.347), 5420.574(0.308), 2379.661(0.208) S 330.76(2)0.454(25) 1.001249 S 34 4.29(28)0.235(5) 1.00155 S 360.02(1)0.23(2) 1.0142217Cl 3575.78(4)43.5(4) 1.0003841164.8650(8.91), 517.0730(7.58), 6110.842(6.59) Cl 3724.22(4)0.430(6) 1.0007118Ar 360.3365(30) 5.2(5) 1.01610 Ar 380.0632(5)0.8(2) 1.0400 Ar 4099.6003(30)0.66(1) 1.00240167.30(0.53), 4745.3(0.36), 1186.8(0.34) 19K 3993.2581(44) 2.1(2) 1.00130829.8300(1.380), 770.3050(0.903), 1158.887(0.1600) K 400.0117(1)30(4) 1.000490 K 41 6.7302(44) 1.45(3) 1.00163820Ca 4096.94(16)0.41(2) 1.001491942.67(0.352), 6419.59(0.176), 4418.52(0.0708) Ca 420.647(23)0.68(7) 1.00144 Ca 430.135(10) 6.2(6) 1.001129 Ca 44 2.09(11)0.88(5) 1.00141 Ca 460.004(3)0.72(3) 1.00010 Ca 480.187(21) 1.09(14) 1.0011521Sc 4510027.2(2) 1.002440227.773(7.13), 147.011(6.08), 142.528(4.88)d 22Ti 468.25(3)0.59(18) 1.00123 Ti 477.44(2) 1.52(11) 1.001175 Ti 4873.72(3)7.88(25) 1.002921381.745(5.18), 6760.084(2.97), 6418.426(1.96) Ti 49 5.41(2) 1.79(12) 1.00188 Ti 50 5.18(2)0.179(3) 1.0011923V 500.250(4)21(4) 0.999328 V 5199.750(4) 4.92(4) 1.0013091434.10(4.81)d, 125.082(1.61), 6517.282(0.78) 24Cr 50 4.345(13)15.9(2) 1.00064749.09(0.569), 8510.77(0.233), 8482.80(0.169) Cr 5283.789(18)0.76(6) 1.000167938.46(0.424) Cr 539.501(17)18.2(15) 1.00090834.849(1.38), 8884.36(0.78), 9719.06(0.260) Cr 54 2.365(7)0.36(4) 1.0003825Mn 5510013.36(5) 1.000126846.754(13.10)d, 1810.72(3.62)d, 26.560(3.42) 26Fe 54 5.845(35) 2.25(18) 1.001339297.68(0.0747) Fe 5691.754(36) 2.59(14) 1.0001937631.136(0.653), 7645.5450(0.549), 352.347(0.273) Fe 57 2.119(10) 2.5(3) 1.00135 Fe 580.282(4) 1.30(3) 1.0026727Co 5910037.18(6) 1.000340229.879(7.18), 277.161(6.77), 555.972(5.76) 28Ni 5868.0769(89) 4.5(2) 1.0002368998.414(1.49), 464.978(0.843), 8533.509(0.721) Ni 6026.2231(77) 2.9(2) 1.0001377819.517(0.336), 282.917(0.211), 7536.637(0.190) Ni 61 1.1399(6) 2.5(8) 1.00064 Ni 62 3.6345(17)14.5(3) 1.000536837.50(0.458) Ni 640.9256(9) 1.63(7) 1.000 35 * Decay gamma: 20F(11.163 s), 24Na(20.20 ms), 28Al(2.2414 m), 46Sc(18.75 s), 52V(3.75 m), 56Mn(2.5789 h)
稳定同位素技术的发展及其应用
核技术与核安全课程作业 稳 定 同 位 素 技 术 的 发 展 及 其 应 用
原子核内质子数相同而中子数不同的一类原子称为同位素，它们处在周期表上的同一位置，可分为稳定性同位素和放射性同位素。放射性同位素的原子核是不稳定的，它通过自发的放出粒子而衰变成另一种同位素。而不具有放射性的同位素称为稳定同位素，其中一部分是由放射性同位素通过衰变后形成的稳定产物，称为放射成因同位素；另一部分是天然的稳定同位素，是核合成以来就保持稳定，迄今为止还未发现它们能够自发衰变形成其他同位素。自然界中共有1700余种同位素，其中稳定同位素有270余种。有的元素由很多的稳定同位素组成，如第50号元素锡含有10个稳定同位素；而有的稳定同位素却仅仅只有一个稳定同位素，如元素氟、钠等。 稳定同位素较放射性同位素具有安全、无污染、易控制的优点，在地质、生态、医药、农业等领域研究中得到广泛应用。 1.稳定同位素技术的发展过程 稳定同位素的发现比放射性同位素要晚一些，1912年汤姆孙用电磁分析器（近代质谱计的雏形）才第一次确定了氖-20和氖-22的存在；1927年发现了氧的稳定同位素O 17和O 18 ；1932年发现了重氢（D ）。1936年尤里等用精馏法从水中富集了O 18，随后又用化学交换法富集了Li 8，C 13，N 15和S 34，不但证实了早年发表过的有关分离的计算理论，同时也发现了化学交换法对大量分离轻同位素很合适的。与此同时也采取了几种物理方法分离了若干种同位素。 在1930-1941年期间稳定同位素分离还处于探索阶段，此时尚无工业规模的生产，少量分离物只是提供研究同位素本身的核性质以及作为示踪原子用。到20世纪50年代后期，由于科学技术的进步及稳定同位素特殊性质的逐步显示，才使之得以迅速发展。我国稳定同位素的研制工作起步于50年代中，60年代首先在农业上获得应用。之后，在医药学中的应用也取得初步成果。目前，我国已有一支稳定同位素的研究、生产机应用的技术队伍，个别产品进入了国际市场。 2.稳定同位素分析技术 稳定同位素分析是分离研究、生产和应用的前提，它是稳定同位素科学技术中不可缺少的组成部分。其中最重要的方法是质谱分析，它用于同位素分析已有70年历史，是经典、常用，准确的方法，适用于各种元素同位素质量和浓度测定以及物质成分和结构分析。近来在样品引入、离子源、分析器以及检出系统等四个主要方面都有重大的改进。在样品引入部分加上气相色谱，构成色质联用仪器，可以分析复杂混合物样品而不必转化为简单气体。此外，现在又出现高压液相色谱与质谱联用的更新技术。在离子化方面出现了许多新型离子化型式，如化学离子化，在离子源中产生的离子基本上是分子离子，谱线要比普通的电子轰击离子化单纯得多，大大提高了检测灵敏度。又如场致离子化和场解吸离子化，它们都是不直接轰击样品分子，是一种软离子化技术，不出现离子碎片，基本上没有同位素效应的干扰问题，可以直接分析多成分的混合物样品，而且不必像GC-MS 那样需要引入适合于气相色谱的诱导体，所以操作更为简单。这对多重标记物的分析十分有利，能测定稀释了一百万倍的样品，最小检测量可低到fs(1510 g)。此外，还有激光离子化、大气压离子化和多点场离子化等。在分析器方面，除了磁场偏转形式外，还有一种简便的四重极质量过滤器，它是用四根圆棒电极(最好是双曲线断面型式)代替了笨重的磁铁。对角线上两根电极互成一对，分别加上高
稳定同位素比例质谱仪(IRMS)的原理和应用
稳定同位素比例质谱仪（IRMS）的原理和应用 祁彪，崔杰华 （中国科学院沈阳应用生态研究所农产品安全与环境质量检测中心，沈阳，110016）同位素质谱最初是伴随着核科学与核工业的发展而发展起来的，同位素质谱是同位素地质学发展的重要实验基础。当前我国同位素质谱技术已深入到矿床同位素地球化学、岩石年代学、有机稳定同位素地球化学、无机稳定同位素地球化学等各个方面，并在国家一系列重大攻关和研究课题中发挥重大作用，如金矿和石油天然气研究、水资源开发等。稳定同位素技术的出现加深了生态学家对生态系统过程的进一步了解，使生态学家可以探讨一些其它方法无法研究的问题。与其它技术相比，稳定同位素技术的优点在于使得这些生态和环境科学问题的研究能够定量化并且是在没有干扰（如没有放射性同位素的环境危害）的情况下进行。有些问题还只能通过利用稳定同位素技术来解决。现在，有许多农业研究机构和大学，已经开始使用高精度同位素质谱计从事合理用肥、果实营养、固氮分析、农药毒性、家畜气候对作物的影响以及食品质量控制等多方面的研究工作。与原子能和地质研究工作相比较，在农业和食品方面应用同位素方法从事科研和检测工作，正处于方兴未艾阶段，随着人类社会发展，对农业的要求越来越高，今后大力开展和普及用现代化方法研究农业增产、改善果实质量以及进行食品质量控制检测的工作前途无限广阔。 一、有关同位素的基本概念 1、同位素（Isotope） 由于原子核所含有的中子数不同，具有相同质子数的原子具有不同的质量，这些原子被称为同位素。例如，碳的3个主要同位素分别为12C、13C和14C，它们都有6个质子和6个电子，但中子数则分别为6、7和8。 2、稳定同位素（Stable isotope） 同位素可分为两大类：放射性同位素（radioactive isotope）和稳定同位素（stable isotope）。 凡能自发地放出粒子并衰变为另一种同位素者为放射性同位素。 无可测放射性的同位素是稳定同位素。其中一部分是放射性同位素衰变的最终稳定产物。例如206Pb 和87Sr等。另一大部分是天然的稳定同位素，即自核合成以来就保持稳定的同位素，例如12C和13C、18O 和16O等。与质子相比，含有太多或太少中子均会导致同位素的不稳定性，如14C。这些不稳定的“放射性同位素”将会衰变成稳定同位素。 3、同位素丰度（Isotope abundance）
仪器名称气体稳定同位素比质谱仪
仪器名称：气体稳定同位素比质谱仪 数量：1套，进口 用途：科研及教学。 技术指标（标注有*的部分为重要技术条款，不能有负偏离）： 1. 工作条件： 1.1环境温度：18℃-28℃，对环境温度变化敏感度小； 1.2相对湿度：20% - 70%； 1.3电源电压：230V-10%+6%, 16A\50Hz单相； 2. 设备用途： 2.1 元素－同位素质谱联用：用于固体样品、液体样品中C、N、H和O稳定同位素比率高精度分析； 2.2 气相－同位素质谱联用：用于单体化合物中C和H稳定同位素比率高精度分析； 3. 技术规格： 3.1 硬件部分： 3.1.1 稳定同位素比质谱主机： 3.1.1.1 离子源：高灵敏度电子轰击源； 3.1.1.2 离子源室：为无焊缝整块不锈钢(或合金材料)，可烘烤到90℃，有效消除记忆效应和本底； 3.1.1.3 真空系统：带有涡轮分子泵和前级真空泵的自动真空系统； 3.1.1.4 离子光学：不小于18cm的扇形磁场能同时测定所有气体，100%传输所有离子束； 3.1.1.5万用三杯接收器，能实现CO2 /N2O (44, 45, 46), O2 (32, 33, 34), N2 /CO (28, 29, 30) 和NO (30, 31, 32) 检测； 3.1.1.6 D/H接收器，独立的H2接收器和HD接收器，用于测定氢同位素比；内置3He过滤器，消除HD+以外所有离子的干扰；具有自动测定H3+因子与自动校正功能，可以在样品序列的前、后、进行中的任何时机自动监视H3+因子与校正； 3.1.17软件自动识别和自动控制外围设备； 3.1.1.8 参考气连接器；所有参考气体的智能连接、自动样品识别、样品气体和参考气体信号强度的自动匹配；可以同时连接5路参考气：C, N, O和H的连续测定，不需要交换气路，方便操作，节约气体；自动监测所有气体的线性、稳定性参数； 3.1.2 元素分析仪及其接口： 3.1.2.1元素分析仪是一台具有C/N 全部分析功能的元素分析仪和温度可高达1500°C裂解分析仪的组合，并且可以同时获得元素百分含量。在低温燃烧模式下对C/N进行单独或同时测定；在高温裂解模式下，使
等离子体发射光谱和质谱法测定(精)
等离子体发射光谱和质谱法测定 环境样品中重金属研究 项目承担单位：国家电化学和光谱研究分析中心 项目完成人：陈杭亭宋雪洁谢文兵段太成刘杰 随着生产力的飞速发展，已有文献报道，土壤环境中的重金属含量近一个世纪来有了明显增加，重金属输入量增高，土壤中累积量不断增大；人们对生活质量要求的不断提高又要求通过食物链摄入的重金属总量受严格的控制，这对矛盾日益尖锐化。本项目针对工农业生产环境的评价、污染控制的要求，采用多种原子光谱方法开展了准确、快速、简便的环境样品（主要是土壤样品和水）中痕量和超痕量重金属分析方法研究。 针对土壤、植物类样品，设计了酸法提取、HF酸赶SiO2、微波高压消解等多种处理方法；用等离子体原子发射光谱、等离子体质谱、原子荧光光谱方法分别测定，并对测定结果进行比较。针对不同的仪器分析方法，优化了工作参数，考察了分析元素间的干扰情况，并采取了简单、易行的消除干扰或补偿的方法。 完成了包括As、Hg、Pb、Cd、Cr、Be、Tl等公认有害元素在内的16种金属元素原子光谱法的定量测定。 本方法已应用于吉林省通化市委组织部的扶贫项目“无公害中草药种植基地”的土壤中重金属测定和长春市高新技术开发区环境评估项目（表层土、深层土和地表水、地下水中重金属含量测定），取得了满意的结果。 一、实验部分 1. 仪器与试剂 等离子体发射质谱仪（美国TJA 公司POEMS型），原子吸收光谱仪（美国P-E公司800型）， AFS-920双道原子荧光仪（北京吉天仪器有限公司），微波消解仪和，高压釜，恒温箱。 实验用HSO4、HNO3、HCl、HClO4和HF等均为优级纯试剂，硫脲、抗坏血酸、KBH4、KOH、盐酸羟胺等为分析纯试剂，As和Hg 标准溶液（100μg/mL，北京钢铁研究总院）， 溶液作Hg保其他元素标准溶液均由光谱纯金属或金属氧化物配制而成。以50g/L KMnO 4 304
等离子体质谱法测定Nb、Ta、Zr、Hf等9种元素量
等离子体质谱法测定Nb、Ta、Zr、Hf等9种元素量 1 范围 本方法规定了各类样品中Be、Cs、Hf、Li、Nb、Rb、Sr、Ta、Zr元素含量的测定方法。 本方法适用于矿物、水系沉积物、土壤和岩石等类型样品中以上各元素量的测定。 本方法检出限（3S）及测定范围见表1。 表1 方法检出限及测定范围* 元素方法检出限 （3S） μg·g-1 测定范 围 μg·g-1 元素 方法检出限 （3S） μg·g-1 测定范 围 μg·g-1 Be 0.006 0.02~200 Nb 0.03 0.1~5000 Cs 0.003 0.01~200 Rb 0.1 0.3~5000 Hf 0.015 0.05~500 Sr 0.4 2~10000 Li 0.06 0.2~1000 Ta 0.005 0.02~500 00 Zr 0.015 0.5~1000
*可根据含量确定称样量及稀释倍数扩大测定范围上限。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本方法的本部分的引用而成为本部分的条款： 下列不注日期的引用文件，其最新版本适用于本方法。 GB／T20001.4 标准编写规则第4部分：化学分析方法。 GB／T14505 岩石和矿石化学分析方法总则及一般规定。 GB6379 测试方法的精密度通过实验室间试验确定标准测试方法的重复性和再现性。 GB／T14496-93 地球化学勘查术语。 3 方法提要 试料用氢氟酸、硝酸、高氯酸分解并赶尽高氯酸，用王水溶解后，移至聚乙烯试管中，定容，摇匀。分取部分澄清溶液，用硝酸(3+97)稀释至1000倍(指试料总稀释系数为1000)后，在等离子体质谱仪上测定。 4 试剂 除非另有说明，在分析中仅使用确认为优级纯的试剂和去离子水。在空白试验(6.2)中，若已检测到所用优级纯试剂中含有大于以上元素方法检出限的含量，并确认已经影响试料中以上元素低量的测定，应净化试剂。
气体稳定同位素比质谱仪Thermo Delta V Advantage介绍
气体稳定同位素比质谱仪介绍（Thermo Delta V Advantage） 清华大学环境学院公共研究平台文彦杰 2012年3月22日
Thermo Delta V Advantage 同位素质谱介绍清华大学环境学院文彦杰 一、概述 1.1 硬件部分 第一部分——质谱（桌面以下） 测：N2O、CO2，H2、CO，N2，SO2→ 计算出H、C、N、O、S同位素比第二部分——强大的前处理附件（桌面以上） 又分为三个独立部分（由左向右）： Precon（气体混合物中N2O、CH4、CO2的C、N同位素比）→ N2O、CO2 EA/HT（液体样品中的H、O同位素比）→ H2、CO （固态样品中C、N、S同位素比）→ N2、CO2、SO2 GC-Isolink（液态有机物中C、N同位素比）→ N2、CO2 （顶空进样，无机气体中C、N同位素比）→ N2、CO2
Thermo Delta V Advantage 同位素质谱介绍清华大学环境学院文彦杰 1.2 操作软件 操作界面概览：
二、Flash EA/HT 2.1 概述 2.1.1 可分析物质 ①固体进样，固体自动进样盘——无机或有机固体样品中总氮、总碳、总硫、总氢、总氧的同位素比。 ②液体进样，液体自动进样器——水或其它液体样品中总氢、总氧的同位素比。 2.1.2 流路 快速燃烧模式：产生和分离N2、CO2、SO2 高温裂解模式：产生和分离H2和CO 2.2 D/H和18O/16O的测定 高温裂解模式： 裂解管定量高温转换，1320℃，迅速定量地把样品中氧和氢转换为CO和H2。
CO和H2通过恒温色谱柱分离，按时间顺序进入质谱仪的离子源，被高速电子打为带电离子H2+（或CO+），通过磁场分离，被法拉第杯收集到2、3质量数的H2+（而后，收集到28、29、30质量数的CO+）。 特点： 陶管，内套玻璃碳管，内填充玻璃化碳粒。 陶管含氧，必须不能与样品气接触，以免发生氧交换。 实现单次同时测定D/H和18O/16O同位素比值。 亚微升进样量，5-6min测定完成。 应用： 有机物的H、O分析 H2O的同位素比分析 硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐的O同位素分析 硝酸盐的N、O同位素分析 页硅酸盐、闪石的H同位素分析 2.3 13C/12C、15N/14N和36S/34S的测定 快速燃烧模式： 固态有机物由固体进样盘进入燃烧管，转化为N2、CO2、SO2，经GC分离，进入IRMS。 特点： 氧气在预先设定的时刻自动注入反应炉，保证样品定量转换。 测量样品中的某元素总量的同位素比。 样品被锡杯包好，落入反应炉后燃烧。 燃烧产生N2和CO2，可能产生的N x O被燃烧管中的Cu还原为N2。
稳定同位素质谱仪的应用
稳定同位素质谱仪的应用 一、地质地球化学：稳定同位素质谱仪的最早应用 主要研究轻元素（CHONS）的稳定同位素在自然界（岩石圈、土壤圈、水圈、大气圈）的丰度及其变化机理、在各种天然过程中的化学行为，并以此为指导研究天然和环境物质的来源、迁移过程以及经历过的物理和化学反应。 研究领域： 固体地球学科：地球动力学、地质构造学、岩石学、矿床学、矿物学、沉积学。 其他：海洋学、水文学、冰川学、古气候学、天体学、天体化学、考古学、石油/石油相关。 二、农业、林业（起步也比较早） 稳定同位素技术在农业研究中的应用包括：科学施肥、作物营养代谢、生物固氮、土壤呼吸、农用化学物质对环境影响、饲料配方、水产养殖、林木果树、药材等。 ●肥料的利用/转化途径和利用效率（13C，15N）。 ●氮素的硝化、反硝化过程（2H，15N，18O）。 ●光合作用及同化产物的传导和分布研究 ●利用稳定同位素展开的固氮研究。 ●农业残留、代谢及降解研究。 ●土壤碳氮循环研究：有机质年龄及周转率的测定、土壤细根年龄测算、土壤呼吸 等。 三、生态 稳定同位素技术加深了对生态过程的研究，可以探讨一些其他方法无法研究的问题。 1. 植物生理生态学 稳定同位素（2H、13C、15N和18O）可对生源元素的吸收、水分来源、水分平衡和利用效率等进行测定，从而研究植物的光合作用途径； ●植物水分胁迫程度； ●植物水分利用效率：植物13C组成能够在时间尺度上反映植物的水分利用效率。 ●植物水通量检测：通过植物中水2H和18O组成，判定植物对表层水和深层水的依 赖程度。 ●确定植物的分布区域（15N,18O,2H） ●光合作用、呼吸作用研究：对生态系统CO2交换的相对贡献（13C，18O） ●蒸发和升腾作用研究：对生态系统水交换或蒸散（ET）的相对贡献（2H，18O） ●树木年轮同位素环境响应：通过年轮同位素比值变化，分析过去环境变化（湿度、 旱涝、气候特征）。 2. 生态系统生态学 稳定同位素技术可用来研究生态系统的气体交换、生态系统功能及对全球变化的响应
同位素
1000 /)()(000?=标准标准样品－R R R δ8.3 矿区地下水环境同位素分析 在水中天然存在很多种环境同位素，比如2H 、18O 、34S 、13C 、14C 等。地下水和地表水在其演化运动过程中，除了形成其一般的物理、化学踪迹外，还形成了大量微观的同位素踪迹。用同位素方法研究地下水的优越性在于它的化学性质比较稳定，不易被岩土吸附，不易生成沉淀的化合物；它的检测灵敏度非常高，很小的剂量就可获得满意的效果。用环境同位素的示踪方法来研究地下水的运动规律，能快速和有效的取得其它方法难以得到或者根本无法得到的重要水文地质信息，由于环境同位素作为天然示踪剂“标记”着天然水和地下水的形成过程，因此研究它们在各水体中的分布规律就有可能直接获得地下水形成和运动过程的信息。其途径就是通过环境同位素的分析，比较地下水体和地表水体中环境同位素的差异和变化规律来揭示地下水的起源、形成条件、补给机制以及各水体之间的水动力关系。该方法还是解决地下水各种补给来源水的混合比例、各类水体间水力联系等实际问题的有效工具。 8.3.1同位素标准及应用方法原理 在稳定同位素研究中，把某一元素两种同位素的丰度比用R 值来表示， 如D/H 、18O/16O ，在分析时只测定它的丰度比值而不测量单项同位素的绝对含量，通常用δ值表示，δ值定义如下： 其意义是样品中一元素的两种同位素丰度相对于某一对应标准丰度的千分偏差。使用国际标准SMOW(为平均大洋水)为标准。SMOW 定义δ2H 和δ18O 值均为零作为其标准。 氢氧元素共有5个稳定同位素（1H 、2H 、16O 、 17O 、18O ），但通常用于稳定同位素研究的是2H 和18O 。一般在水分子中氢氧的不同稳定同位素以不同方式组合，可形成9种不同形式的水分子，如H 216O 、HD 16O 、D 216O 、H 218O 、HD 18O 、D 218O 、H 217O 、HD 17O 、D 217O ，这些同位素水分子，由于质量不同，因而具有
电感耦合等离子体质谱仪NeXION1000
电感耦合等离子体质谱仪(NeXION 1000) （一）仪器总体描述： 1.1 本仪器设备主要用途 1.1.1用于环保、食品和环境与土壤中痕量或常量目标元素的含量快速精确测定； 1.1.2用于分析金属纳米材料元素组成及微观特性。 1.2 仪器主要功能与结构 ▲1.2.1能够分析金属纳米材料的元素组成与浓度、尺寸及其尺寸分布； *1.2.2质谱结构：“三重四级杆”或“双重四级杆”或“双重四级杆+单八级杆” （二）仪器硬件指标： 2.1 进样系统及接口： 2.1.1雾化器：高灵敏同心雾化器，雾化效率大于5%。 2.1.2雾化室：小体积旋流型雾化室，死体积小，低记忆效应，在30秒内降低到原来信号的0.1%。 ▲2.1.3接口：保证长期分析高盐样品的稳定性，满足高通量分析及大进样量的要求，采样锥口径0.9-1.1mm，截取锥口径≥0.7mm，锥口径越大越好。 2.1.4为实现对离子射束紧凑控制，接口至少采用三级锥设计，应至少包括一个采样锥和两个截取锥或一个采样锥、一个截取锥和一个超级锥。 2.1.5进样量为0.25ml/min。 2.1.6 记忆效应测试：100μg/L Rh溶液引入后，在30秒内样品清洗应降低到原信号的0.1%以下。 2.1.7 雾室应直接连接到炬管的基座上，而无需在雾室与炬管之间使用传输管。 2.2等离子体系统 2.2.1 RF最大输出功率1600W，连续1W可调。 2.2.2等离子体炬位调整：自动调节控制。 *2.2.3等离子体工作线圈无需外部冷却水额外冷却，实现超低射频能量损耗(提供制造商证明截图)。 2.2.4 采样锥和截取锥的拆卸和更换后仪器应可以立即重新运行，无需费时的炬管准直程序。 2.2.5射频发生器、接口和系统软件应使操作者可以在600W下运行仪器进行冷等离子体分析。 2.2.6 有机物直接进样或者做HPLC-ICP-MS联用时，可以实时观察等离子体的绿色碳键发光，并在通氧气时通过颜色的变化优化氧气的流量。
电感耦合等离子体质谱法
附录XI D 电感耦合等离子体质谱法 电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）是以等离子体为离子源的一种质谱型元素分析方法。主要用于进行多种元素的同时测定，并可与其他色谱分离技术联用，进行元素价态分析。 测定时样品由载气（氩气）引入雾化系统进行雾化后，以气溶胶形式进入等离子体中心区，在高温和惰性气氛中被去溶剂化、汽化解离和电离，转化成带正电荷的正离子，经离子采集系统进入质谱仪，质谱仪根据质荷比进行分离，根据元素质谱峰强度测定样品中相应元素的含量。 本法具有很高的灵敏度，适用于各类药品中从痕量到微量的元素分析，尤其是痕量重金属元素的测定。 1、对仪器的一般要求 电感耦合等离子体质谱仪由样品引入系统、电感耦合等离子体(ICP)离子源、接口、离子透镜系统、四极杆质量分析器、检测器等构成，其他支持系统有真空系统、冷却系统，气体控制系统，计算机控制及数据处理系统等。 样品引入系统 按样品的状态不同可以分为以液体、气体或固体进样，通常采用液体进样方式。样品引入系统主要由样品提升和雾化两个部分组成。样品提升部分一般为蠕动泵，也可使用自提升雾化器。要求蠕动泵转速稳定，泵管弹性良好，使样品溶液匀速地泵入，废液顺畅的地排出。雾化部分包括雾化器和雾化室。样品以泵入方式或自提升方式进入雾化器后，在载气作用下形成小雾滴并进入雾化室，大雾滴碰到雾化室壁后被排除，只有小雾滴可进入等离子体离子源。要求雾化器雾化效率高，雾化稳定性高，记忆效应小，耐腐蚀；雾化室应保持稳定的低温环境，并应经常清洗。常用的溶液型雾化器有同心雾化器、交叉型雾化器等；常见的雾化室有双通路型和旋流型。实际应用中宜根据样品基质，待测元素，灵敏度等因素选择合适的雾化器和雾化室。 电感耦合等离子体离子源 电感耦合等离子体的“点燃”，需具备持续稳定的高纯氩气流(纯度应不小于99.99％)、炬管、感应圈、高频发生器，冷却系统等条件。样品气溶胶被引