稳定同位素样品处理技术
稳定同位素示踪技术在生态学中的应用
稳定同位素示踪技术在生态学中的应用生态学是关于生物和环境互动关系的科学，它研究的核心问题之一是物质循环的过程和机制。
而稳定同位素示踪技术（Stable Isotope Tracing Technology）则是生态学中的一个重要工具，它通过对生物体内稳定同位素的监测和分析，揭示了生态系统中不同生物群体之间和物质之间的相互作用与循环过程，为我们深入了解生物和环境互动关系提供了有力支撑。
本文将从稳定同位素示踪的原理、示踪技术的种类以及它们在生态学中的应用等方面进行探讨。
一、稳定同位素示踪的原理稳定同位素示踪技术利用天然界中稳定同位素的相对丰度差异，来揭示各种生物或化学物质在环境中的循环和转化过程。
通俗地讲，自然界中存在着多种同种元素的同位素，其中相对丰度较高的同位素数量比较多，而相对丰度较低的同位素数量相对较少。
因为不同的同位素性质各异，所以它们在物质的各种过程中表现出不同的稳定性和反应活性。
比如水分子中氢原子的同位素就有稳定的氢-1、氘-2和氚-3，其中氢-1相对丰度最高，氚-3相对丰度最低。
同样，空气中的二氧化碳分子中碳原子也有稳定的碳-12、碳-13和碳-14，其中碳-12相对丰度最高，碳-14相对丰度最低。
这种差异可以利用质谱仪等仪器对稳定同位素进行检测和分析，从而揭示物质在生命体内和生态系统中的各种过程和转化。
二、示踪技术的种类稳定同位素示踪技术是一类复杂的实验手段，它可以应用于各种生物或化学物质的追踪和定量分析。
在生态学中，常用的示踪技术主要包括以下几种。
1. 激光荧光同位素比值仪激光荧光同位素比值仪是最常用的稳定同位素比值分析仪器，它通过激光诱导荧光技术，将样品中的稳定同位素分子转化为高能态激发态分子，利用荧光发射光谱测量不同同位素所发射的光谱波长，从而计算出它们的相对丰度比值。
2. 气相色谱质谱仪气相色谱质谱仪是目前最灵敏、最精确的稳定同位素示踪仪器，它能够检测不同同位素分子的相对丰度比值，常用于确定各种生物分子、尤其是蛋白质和氨基酸等化合物的同位素组成，以及微生物群体和植被的碳、氮同位素参量等方面的研究。
稳定同位素化学分析技术介绍
稳定同位素化学分析技术介绍稳定同位素化学分析技术是一种研究化合物或物质组成、反应机制、动力学等方面的重要手段。
与传统的元素分析技术不同，稳定同位素化学分析技术是一种可定量和定性地识别分子结构、分子运动、化学反应、生物代谢等方面的手段。
本文将从基本概念、仪器设备、样品预处理、分析应用等方面对稳定同位素化学分析技术进行介绍。
一、基本概念稳定同位素是指相同元素的原子核中含有相同的质子数，但中子数不同的同位素。
例如，氢元素有三种稳定同位素，分别是氢-1、氢-2和氢-3。
其中，氢-1也称为普通氢或原子氢，中子数为0；氢-2也称为氘或重氢，中子数为1；氢-3也称为氚或超重氢，中子数为2。
同位素的存在使得分子中的原子具有不同的质量，因而可以用质谱等方法进行分析和测量。
稳定同位素化学分析技术是利用化合物或物质中含有的稳定同位素进行分析或测量的一种技术。
稳定同位素化学分析技术不同于放射性同位素化学分析技术，它不会释放放射性，对人体和环境无害。
二、仪器设备稳定同位素化学分析技术主要包括四个方面的设备，分别是质谱仪、冰箱、真空干燥箱和制氢装置。
质谱仪是稳定同位素化学分析的核心设备，主要用于分析样品中稳定同位素的含量和比例。
常用的质谱仪有燃烧型质谱仪、光谱型质谱仪和液质联用质谱仪等。
冰箱主要用于冷却和储存稳定同位素标准物质和样品，以保证其稳定性和质量。
真空干燥箱是用于将生物样品或化学样品制成稳定的干燥样品的设备。
它可以抽取空气中的水分和其他杂质，防止样品的氧化或污染。
制氢装置是用于制取氢气的设备。
氢气是稳定同位素化学分析的必要物质，通常采用电解制氢、碱金属还原法或水解方法制氢。
三、样品预处理稳定同位素化学分析技术的样品通常为化合物、气体或生物样品。
不同的样品需要不同的预处理方法。
下面以生物样品为例，介绍样品的预处理方法。
生物样品的预处理需要将其转化为稳定的干燥样品，以便进行质谱分析。
生物样品通常需要经过以下步骤：首先，对样品进行清洗、研磨或切割处理，以便于后续步骤的处理；然后，将样品加入去离子水中，进行分离和去除无机盐和杂质；接着，进行有机溶剂提取，抽取生物样品中的有机成分；最后，将有机溶剂样品转化成干燥样品，以便于质谱仪分析。
稳定性同位素示踪法
2
几个概念
稳定性同位素（Stable isotope）
20
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。
21
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 ， 防其它气体干扰。
意大利天然硼酸盐
11B
捷克扑利兹石灰石
13C
1.108
14N
99.635
大气中的氮气
15N
0.365
16O
99.759
大气中的氧气
17O
0.0374
18O
0.2039
5
同位素
氮的同位素表
射线种类 半衰期
自然丰度
12N
β+
0.011S
13N
β+
9.96m
14N
-
- 99.635
12
注意事项：
1.同位素交换反应：在一定条件下，标记 的铵盐可与大气发生反应：
15NH+4水溶液+14NH3→14NH+4水溶液+15NH3 15N丰度高时应注意。
2.同位素效应：藻类对14C、13C、12C的吸收 依次递减。
稳定同位素质谱仪操作指南
稳定同位素质谱仪操作指南英文回答：Stable isotope mass spectrometry is a powerfulanalytical technique used to measure the isotopic composition of elements in samples. It allows scientists to determine the ratios of stable isotopes present in a sample, which can provide valuable information about the origin, history, and processes involved in the formation of the sample.Operating a stable isotope mass spectrometer requires careful attention to detail and adherence to proper procedures. Here is a step-by-step guide on how to operatea stable isotope mass spectrometer:1. Preparing the sample: Before running the sample on the mass spectrometer, it is important to properly prepare it. This may involve various steps such as sample digestion, extraction, and purification, depending on the nature ofthe sample. It is crucial to follow established protocols and use appropriate reagents and equipment to ensure accurate results.2. Loading the sample: Once the sample is prepared, it needs to be loaded onto the mass spectrometer. This is typically done by injecting the sample into a sample introduction system, such as a gas chromatograph or an elemental analyzer, which is connected to the mass spectrometer. Care should be taken to inject the correct amount of sample and to avoid any contamination or loss during the loading process.3. Setting up the mass spectrometer: Before starting the analysis, it is necessary to configure the mass spectrometer for the specific isotopes of interest. This involves adjusting various parameters such as ionization mode, mass range, and resolution. The instrument should be calibrated using appropriate standards to ensure accurate measurements.4. Running the analysis: Once the mass spectrometer isset up, the analysis can be initiated. The sample is introduced into the mass spectrometer, where it is ionized and separated based on the mass-to-charge ratio of the ions. The ions are then detected and recorded, allowing the determination of the isotopic composition of the sample.5. Data analysis: After the analysis is complete, the acquired data needs to be processed and analyzed. This may involve various steps such as peak integration, background correction, and isotopic ratio calculation. Specialized software is often used to facilitate these tasks and generate meaningful results.中文回答：稳定同位素质谱仪是一种强大的分析技术，用于测量样品中元素的同位素组成。
稳定同位素标记靶向蛋白质组学
稳定同位素标记靶向蛋白质组学稳定同位素标记靶向蛋白质组学是一种高通量的蛋白质组学技术，被广泛应用于蛋白质表达、蛋白质交互作用、蛋白质几何结构和蛋白质功能等方面的研究。
以下是围绕“稳定同位素标记靶向蛋白质组学”的一些步骤阐述。
第一步：同位素标记稳定同位素标记通常是在蛋白质表达期间进行，通过加入含有稳定同位素的代谢物来标记蛋白质。
这种标记方法允许在鉴定蛋白质时，与未标记的样品进行比较，从而更加准确地鉴定目标蛋白质。
常用的同位素标记有氘、碳以及氮等。
第二步：样品处理在稳定同位素标记后，细胞或组织应该被收集以用于后续的处理。
常用的处理包括提取蛋白质、消化蛋白质以及纯化蛋白质等。
第三步：蛋白质纯化为了获得高质量的蛋白质样品，蛋白质纯化至关重要。
蛋白质纯化方法包括亲和层析、离子交换层析、分子筛层析等等。
不同的纯化方法可以通过特定的蛋白质性质来选择。
第四步：蛋白质鉴定稳定同位素标记靶向蛋白质组学的主要应用是鉴定目标蛋白质。
鉴定方法包括质谱分析、比色法等等。
其中，质谱分析是最常用的鉴定方法，可以更加准确地识别目标蛋白质并定量。
比色法则是通过颜色变化来检测目标蛋白质的存在，但是对于样品中存在的其他干扰物质的准确度不够高。
第五步：蛋白质定量稳定同位素标记靶向蛋白质组学的另一个重要应用是蛋白质定量。
这是通过定量检测同位素标记的影响来实现的。
标准曲线法和内标法是当前主要的蛋白质定量方法。
总结稳定同位素标记靶向蛋白质组学是当前较为流行的蛋白质组学技术之一。
它可以提供高通量的蛋白质鉴定和定量分析，同时可以获得重要的蛋白质功能和结构信息。
然而，使用该技术还需要结合其他实验方法进行综合分析，以全面掌握蛋白质的生物学功能。
稳定同位素示踪技术
表1：试验所得数据
试样 测定项目 15N丰度（%）
地上部分 3.597
15N原子百分超（%） N%（全氮百分含量）
质量（g）
3.227 4.57 1.16
N的数量（mg/盆） 53.0
根系
3.547 3.177 1.31 0.74
9.7
土壤
0.454 0.084 0.19 1000 1900
（一）植物中来自肥料及土壤氮的百分数
=110 （公斤氮/公顷）
“A”值可用于评价土壤肥力状况，定量地 评定同土壤有效养分水平密切相关的因素。
(三) 肥料氮素利用率
肥料氮素利用率
NDFF% × 植物全氮量（kg/公顷）
=
施氮量（kg/公顷）
肥料氮素利用率% (地上部)
= 64.5% × 53mg/盆 100mg/盆
= 34.19%
肥料氮素利用率% (根系)
一般用硫酸钾、硫酸铜和硒粉组成的混合催化剂， 三者的质量比为 100：10：1。
2. 将铵转化成氨气
在高真空气化装置中，用碱性次溴酸钠将铵氧化 而产生氮气，其反应式：
2NH4+ + 3NaBrO
N2↑+ 5H2O + 3NaBr
四 、质谱法测定15N丰度
（一）质谱仪器的工作原理
利用电磁学原理，使带电粒子按照质荷比 进行分离，从而测定其质量的分析仪器。
进行的示踪试验。
局限性:
1. 标记化合物偏高; 2. 样品制备复杂; 3. 所需的仪器如质谱仪比较昂贵。
第二节 稳定同位素15N的测定方法
同位素
12N 13N 14N 15N 16N 17N 18N
氮元素的同位素
射线种类 半衰期 自然丰度 (原子%)
稳定同位素示踪技术在地球科学中的应用
稳定同位素示踪技术在地球科学中的应用一、稳定同位素的基本概念稳定同位素是指具有相同原子序数但不同质量数的同一元素中，核外电子数量相同的同位素。
稳定同位素的存在除了对于化学元素的区分外，还有地球科学中的应用。
稳定同位素示踪技术则是指利用稳定同位素的不同相对丰度或者比值来追踪某种过程或者反应，从而研究地球科学领域中的物质循环、生物地球化学和地球化学等方面的问题。
二、稳定同位素的常见应用1. 奥氏体形成机制研究奥氏体是钢材中常见的一种组织形态，其性能优异，广泛应用于工业生产中。
稳定同位素技术可以用于研究其形成机制，例如，利用碳同位素比值分析不同原料在生产过程中的影响，从而寻找更加优化的工艺。
2. 生物地球化学研究稳定同位素示踪技术在生物地球化学中的应用也非常广泛，例如，稳定碳同位素比值和稳定氮同位素比值分析可用于研究海洋、湖泊和河流等水体中的有机物来源、生态系统功能和物质循环等问题。
3. 元素迁移研究稳定同位素示踪技术可以用于研究元素在地球内部的迁移过程，例如，使用氧同位素比值研究熔岩和地幔物质之间的交换过程，对了解地球内部物质循环和成因有着重要作用。
4. 水循环研究稳定同位素示踪技术还广泛应用于研究水循环过程中各个组成部分间的相互作用，例如，通过氢和氧的同位素比值分析降水和地下水之间的关系，来研究水的循环过程。
三、稳定同位素技术的优势稳定同位素技术相对于其他技术有其独特的优点，其中包括：1. 稳定性高。
由于稳定同位素的存在形式是核外电子的数量差异，因此不会产生放射性衰变产生的辐射，也不会发生自然衰变转化成其他元素。
2. 分析量少。
相对于其他同位素分析方法，稳定同位素分析的样品量一般只需要毫克或者微克级别，大大降低了分析成本。
3. 信息获取全面。
稳定同位素技术可以用于研究物质循环、成因、生态系统功能和水文循环等方面的问题，信息获取的范围非常广泛。
四、未来展望稳定同位素示踪技术的应用将会越来越广泛，未来的发展趋势也将更加高效、准确和多元化。
稳定同位素示踪技术全解
(二) “A”值
“A”的概念是假定土壤中的某一营养物 质（如氮）有两个来源，一个是 土壤中固有 的营养物质（土壤氮）即“A”，另一为已知
数量的施入土壤的营养物质（肥料氮），而
用作物对两个来源的氮吸收几率相等。也即：
“A ” 值 NDFS% = 施肥量（公斤氮/公顷） NDFF%
NDFS% “A”值 = × 施肥量（公斤氮/公顷） NDFF%
局限性:
1. 标记化合物偏高;
2. 样品制备复杂;
3. 所需的仪器如质谱仪比较昂贵。
第二节 稳定同位素15N的测定方法
氮元素的同位素
同位素
12N
射线种类
半衰期
自然丰度 (原子%)
13N
14N 15N 16N 17N 18N
β+ β+
0.011s 9.96min 99.635 0.365
β β β
积累在豆株各部位的N素随着籽实的膨大
而进行再分配，从夹伸长期到籽实肥大 期，叶柄的N素最先开始运转。
Kunio 等应用13C标记13CO2 及15NO2的 双标记技术研究水稻植株从顶叶到根对C和 N的吸收及转移规律。结果表明：C和N从 叶到根的运转中，13C从喂饲叶运转到其它 器官需1天；15N通过喂饲叶片在几小时内迅 速运转。15N进入成熟根后再运转至新根及 鞘中，大量15N从叶运输到根后，最后累积 于新根中。
15N原子% 15N + 14N
15N
× 100
= 自然物质中某元素的同位素丰度称为自
然丰度或天然丰度。
原子百分超
某一同位素丰度与自然丰度之差称为同
位素的原子百分超。
将15N浓缩到自然丰度的10倍，其原子 百分超是多少？ 3.65% - 0.365% = 3.285% 在实际测定中，应该采用对照组生物样 品的自然丰度。
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稳定同位素样品处理技术
1、固体样品
固体样品在进行同位素质谱分析之前必须进行干燥、粉碎、称量等处理步骤。
1.1干燥
样品可以放在透气性好，而且耐一定高温的器具或取样袋中，然后在60~70℃的干燥箱进行干燥24~48小时。
注意：烘干的样品要及时研磨或者保持干燥，否则有返潮现象，给磨样造成困难，而且影响同位素数据。
1.2酸处理
将土壤样品适当粉碎（为了更好的反应），放在小烧杯中，倒入适量浓度的盐酸（浓度一般用0.5mol/L），这时会发现有小气泡冒出，这是盐酸与土壤中的无机碳反应产生的CO2，用玻璃棒搅拌使反应更完全，可以间隔1小时搅拌一次使之充分反应。
反应至少6小时，除去土壤中的无机碳，沉淀，倒掉上层清夜；再用去离子水搅拌洗涤，沉淀，倾倒上层清夜，重复3~4次，充分洗净过量盐酸；然后烘干土壤样品（条件同上）。
注意：测定碱性土壤中的有机C同位素，在干燥之前需要进行酸处理。
因为采集的土壤样品中含有无机碳，会影响到我们需要的数据。
1.3粉碎
经过烘干的样品需要粉碎才能进行分析，为了保证样品的均匀，粉碎程度至少要过60目的筛子。
粉碎可以用研钵、球磨机或混合磨碎机来等来处理。
1.4样品整理
磨好的样品放在合适的包装里，如小瓶子、小信封或自封袋里，最好密封保存。
以数字和英文字母做标记区别样品。
1.5称量
经过干燥和粉碎处理的样品在分析之前还得放在锡箔帽中称量。
用微量分析天平（同位素实验室专用），样品量可以精确到0.001mg （百万分之一天平）。
称样前，先将所需工具及样品排放好，所需工具包括样品垫、样品盘、镊子、勺子。
先调天平平衡，看水泡是否在圆圈内，在圆圈内则表示天平平衡。
在称量过程中尽量不要碰桌子，减少对天平的影响。
称量时，先将锡帽放进天平内，等天平显示的数字稳定时调零，然后将锡帽取出放在样品垫上，放适量样品至锡帽中，样品的量根据测定的同位素以及样品中的含量而定。
称量最终质量并作记录。
然后将锡帽团用镊子或拇指和食指轻轻用力团成小球。
已经称量并用锡箔包好的样品放在专门的样品盘里，并附带一份质量表格，保存。
注意：任何时候不能由裸露的双手触摸样品或锡帽。
若用手操作，须带上无尘橡胶手套。
并确保包好的样品没有泄漏。
样品盘中样品的标记对应记录本上的标记。
（只要同位素比率值的不需要记录质量数，而需要全N或全C量的则需要记录质量数）。