气体稳定同位素质谱
气体离子源稳定同位素质谱
气体离子源稳定同位素质谱气体离子源稳定同位素质谱（Gas Ion Source Stable Isotope Mass Spectrometry，GASSIMS）是一种高分辨率、高精度的同位素测量技术，广泛应用于地球科学、环境科学和生物科学等领域。
它可以用于测量元素同位素丰度比例，从而揭示地球和生命的演化历史、环境变化过程和气候变化机制等重要问题。
一、气体离子源稳定同位素质谱的原理GASSIMS的测量原理基于离子的质量-电荷比（m/z）比值和元素的同位素丰度比例。
它通过将样品原子或分子转化为带正电荷的离子，然后通过电场加速并分离不同m/z的离子，最终在检测器上得到一个质谱图。
这个质谱图记录了不同的离子种类和它们的相对丰度比例，也就是同位素丰度比例。
具体来说，GASSIMS测量过程主要分为样品制备、离子源、质谱分析和数据处理四个步骤。
样品制备通常包括土壤、水、岩石或生物组织的化学预处理和样品制备。
离子源主要是通过电离将样品转化为带正电荷的离子，然后通过加速器和磁场分离不同的离子种类。
质谱分析是指在质谱仪内部，离子受到电场加速并受到磁场的作用，从而形成一个具有不同的m/z比值离子束。
检测器记录每个离子束的强度，从而得到质谱图。
数据处理是指通过计算或绘制同位素比例，以揭示样品中元素的同位素组成。
二、应用领域和优点GASSIMS技术广泛应用于地球科学、环境科学和生物科学的许多领域，如：1、地球科学：利用氧同位素、碳同位素、硫同位素和氢同位素探究地球和生命的演化历史、环境变化过程和气候变化机制等。
2、环境科学：测量污染源的同位素组成，分析大气、水和土壤中的污染物迁移、转换和去除过程，为环境治理提供科学依据。
GASSIMS的主要优点在于其高分辨率和高精度。
能够分离并测量同位素组成的微小差异，得到高精度的数据。
例如，可以测量同位素比例变化在千万分之一以下的差异。
这种精度对于了解许多地球科学、环境科学和生物科学重要问题至关重要。
稳定同位素质谱仪器故障及处理
气相色谱-稳定同位素比质谱（GC-IRMS）质谱主机、元素分析仪（EA）、GC、工作站仪器正常时状态ConFlo IV+Flash EAGC Isolink+Trace1310+AS3000Peak shape CO2Peak shape N2Peak shape H2Ar bgd ConFlo IVAr bgd Flash EAAr BGD GCIsolinkCO2 zeroN2 zeroH2 zero2017年3月20（换色谱柱）2017年4月16（换色谱柱）2017年8月（仪器异常）2017年8月8（换氧化管）2017年8月18（换氧化管）2017年9月12（换柱子老化色谱柱）2017年12月20（换色谱柱）2017年12月20（换色谱柱）2017年12月20（换色谱柱）氧化注氧（oxidize）三种方式：1、深度氧化（刚换的反应管需要做，大概13个小时）软件界面GC IsoLink easy 里点击Oxidize左上角的小笔Pre oxidize pre Ox.start in Seq后打勾OK随便打开一个序列，运行序列，在sequence scripts下选择GC IsoLink pre Oxidation Gradient.isl Open OK*下次运行序列时，一定要记得把sequence scripts后面删空*离子源和针阀一定要处于关闭状态才可进行深度氧化2、GC IsoLink easy （关闭针阀比较安全）Combustion模式下，打开O2气瓶，Maintenance里点击Oxidize直接启动，需要2小时3分钟3、每次做样品后注氧（大概需要5分钟）软件界面GC IsoLink easy 里点击Oxidize左上角的小笔oxidize seed oxidation settingsPost Sample seed Ox后打勾OK更换色谱柱1、关闭离子源，关闭针阀，断开GC与质谱连接（Connected灰色），反吹打开（BF蓝色状态下为反吹开，灰色状态为反吹关）2、TRACE 1310面板上OVEN：50 Front inlet SSL：50（降至50度方可操作，防止烫伤）Colum flow：设置为0.01或者关闭（处于OFF状态），换完之后记得开3、打开GC TRACE 1310 的门，拆下里面的色谱柱（操作一定要小心，拧螺丝的时候轻轻拧）取出新的色谱柱，两端用陶瓷割刀各割去一小段，大概2~3mm即可，新色谱柱进样口端螺丝往上5mm左右穿上垫子，固定位置，连接GC IsoLink端15mm左右，一定要用合适的石墨垫，使劲拧紧螺丝，拉色谱柱不会动为止。
色谱-质谱法分析甲烷分子稳定同位素质量数丰度比值法
色谱-质谱法分析甲烷分子稳定同位素质量
数丰度比值法
稳定同位素比值法（stable isotope ratio method）简称同位素化探。
是在20世纪60年代发展起来的一种化探方法。
是测量地壳物质中稳定同位素的含量和它们之间的比值，根据所发现与矿有关的同位素含量及比值的异常来寻找矿床。
例如有的多金属矿床围岩中，氧同位素比值（180：160）能形成范围极大的晕（比铜、铅、锌等元素的晕大），可以用此来找深部盲矿。
铅同位素比值（206Pb：207Pb）可用来分辨有工业价值的铅矿床与没有工业价值的铅矿化。
硫同位素比值（34S：32S）可用于区分水样中来自矿体的硫酸根和来自围岩中分散矿化的硫酸根。
利用汞、硼等同位素比值可以推测汞、硼等异常距离盲矿体的远近等等。
研究铅同位素以鉴别矿床的类型及与火成岩的成因联系；研究硫同位素以鉴别矿床的内、外生成因。
研究矿床（体）及其周围空间（特别是轴向）同位素比值的变化规律，可总结出寻找盲矿和判别矿体剥蚀程度的标志。
同位素化探方法尚处于试验阶段。
nu气体同位素质谱仪_概述及解释说明
nu气体同位素质谱仪概述及解释说明1. 引言1.1 概述本文介绍了nu气体同位素质谱仪的相关内容。
nu气体同位素质谱仪是一种重要的科学研究工具，可以用于分析和测量样品中不同气体同位素的丰度和比例。
随着科技的不断发展，该仪器在地质学、环境科学、天体物理学等领域得到了广泛应用。
1.2 文章结构本文共分为五个部分进行论述。
首先是引言部分，对nu气体同位素质谱仪进行概述。
然后是该仪器的概述部分，包括定义、原理和应用领域。
接下来是解释说明部分，详细介绍了样品准备与进样系统、质谱分析系统及数据处理方法以及该仪器的优势和局限性。
紧接着是实验结果与讨论部分，包括实验设计和条件设置、实验结果分析和讨论以及结果验证与可行性探究。
最后是结论与展望部分，总结主要研究发现及意义阐述、对研究工作的不足之处和改进空间进行分析，并展望了进一步研究方向。
1.3 目的本文的目的是全面介绍nu气体同位素质谱仪的原理、应用及相关技术。
通过对该仪器的详细解释说明和实验结果分析，进一步探讨其在不同领域中的潜力和发展前景。
希望通过本文的撰写，能够提供给读者对于nu气体同位素质谱仪有一个清晰完整的认识，并为后续研究工作提供参考和指导。
2. nu气体同位素质谱仪概述：2.1 nu气体同位素质谱仪的定义：nu气体同位素质谱仪是一种用于分析和测量气体中存在的不同同位素比例的仪器。
同位素是指具有相同原子序数但不同中子数量的元素形态，它们在化学性质上基本相似但在物理性质上略有差异。
nu气体同位素质谱仪能够通过测量样品中各个同位素与其总量之间的比值来确定同位素含量，进而揭示样品起源、地球过程以及环境状况等信息。
2.2 nu气体同位素质谱仪的原理：nu气体同位素质谱仪主要基于原子（或分子）中同位素产生离子，并利用离子在电场、磁场和其他电磁场作用下轨迹受到偏转的特点来进行定性和定量测量。
具体而言，该仪器通过将样品引入真空系统，并使用适当的电离源将气体分子或原子转化为带电粒子（例如正离子或电子），然后使这些带电粒子经过加速、聚焦和偏转，最终达到质量分析器进行同位素分离和测量。
气相色谱-稳定同位素质谱仪 -回复
气相色谱-稳定同位素质谱仪-回复气相色谱稳定同位素质谱仪（GC-IRMS）是一种高级仪器，结合了气相色谱（GC）和稳定同位素质谱（IRMS）的技术。
这种仪器利用了气相色谱的分离能力和稳定同位素的分析能力，可以对复杂混合物中的化合物进行分析和定量。
首先，让我们来了解一下气相色谱（GC）的原理。
气相色谱是一种分离技术，它能够将混合物中的化合物按照其挥发性和亲和性分离成单独的组分。
这种分离是通过将混合物注入到气相柱中，然后在柱中流动一个惰性气体载流相的作用下进行的。
化合物会在不同程度上吸附在气相柱固定相上，从而实现分离。
GC可以广泛应用于环境科学、食品分析、药物测试等领域。
稳定同位素质谱（IRMS）则是一种精确测量化合物中同位素比例的技术。
同位素是原子中具有相同原子序数但质量不同的原子，即同一元素的不同形式。
例如，碳的两种常见同位素是碳-12和碳-13。
不同同位素的相对丰度可以提供有关样品来源和化学反应的信息。
IRMS使用质谱仪来测量化合物中的同位素比例，这是一种分子中质量分别的技术。
GC-IRMS结合了GC和IRMS的优势，可以提供对混合物中化合物的特定同位素组成的详细信息。
下面我们将一步一步回答一些关键问题，以帮助您更好地了解GC-IRMS的工作原理和应用。
1. GC-IRMS是如何工作的？GC-IRMS的工作原理大致可以分为四个步骤：样品制备、气相色谱分离、质谱检测和数据分析。
首先，样品需要通过一些化学处理步骤进行准备，例如提取或清洁。
然后，样品会被注入到气相柱中，通过调整柱温和气相载流相的流速，化合物可以在柱中被分离。
分离后的化合物会进入质谱仪进行检测。
GC-IRMS使用质谱仪来测量化合物中特定同位素的丰度。
最后，数据会被采集并通过软件进行分析，以获得关于样品的详细信息。
2. GC-IRMS的应用领域有哪些？GC-IRMS在许多领域都有广泛的应用。
例如，在环境科学中，它可以用来研究大气成分、水体污染物和土壤有机物的来源和迁移。
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。
气相色谱-稳定同位素质谱仪
气相色谱-稳定同位素质谱仪气相色谱-稳定同位素质谱仪（GC-IRMS）是一种高分辨率和高精确度的分析仪器，用于分离和定量分析复杂混合物中的化合物的同位素组成。
GC-IRMS结合了气相色谱（GC）和稳定同位素质谱（IRMS）两种技术的优势。
气相色谱是一种常用的分离技术，能够有效地分离和纯化混合物中的化合物。
稳定同位素质谱是一种能够测量稳定同位素丰度比例的技术，可以提供高精确度和高灵敏度的同位素分析结果。
GC-IRMS的分析流程如下：首先，样品通过气相色谱柱分离出各种化合物；然后，化合物进入稳定同位素质谱仪进行同位素分析。
在质谱仪中，化合物被电离成离子，并经过质量分析仪器分析出各种同位素的丰度比例。
GC-IRMS广泛应用于各个领域的研究中，特别是在环境科学、地质学、生物学和化学等领域。
它可以用于分析气体、液体和固体样品中的同位素组成，如矿石、土壤、水体、气体和大气中的化合物等。
GC-IRMS的主要优势是精确度高、灵敏度高和多功能性。
它能够提供同位素组成的定量数据，并且能够检测少量化合物的同位素分析结果。
此外，GC-IRMS还可以通过测量不同同位素之间的比例，提供化合物的来源信息和反应机制等相关信息。
GC-IRMS在环境科学中的应用非常广泛。
例如，在研究气候变化和碳循环方面，GC-IRMS可以用于测量大气中二氧化碳、甲烷和氮氧化合物等气体的同位素组成，以了解它们的来源和变化。
此外，GC-IRMS还可以用于研究生态系统中不同碳汇、水池和物质循环过程的同位素组成，从而揭示生物地球化学过程的机制。
在地质学研究中，GC-IRMS可以用于分析岩石和矿石中的同位素组成，以确定它们的成因和演化过程。
同时，GC-IRMS也可以用于研究地下水和地下水中污染物的运移和循环过程，为地下水污染物的来源和迁移机制提供线索。
在生物学研究中，GC-IRMS可以用于分析生物体中的同位素组成，如动植物体内的碳、氮和氧同位素，以了解生物体的生态位、食物链和生物地理学等问题。
稳定同位素质谱与同位素光谱结合的方法分析氧同位素１７Ｏ／１６Ｏ
２０１３年６月Ｊｕｎｅ２０１３岩 矿 测 试ＲＯＣＫＡＮＤＭＩＮＥＲＡＬＡＮＡＬＹＳＩＳＶｏｌ．３２，Ｎｏ．３３９２～３９７收稿日期：２０１２－１２－０３；接受日期：２０１３－０２－２０基金资助：中国地质大调查项目（１２１２０１１１２０２７６，１２１２０１１３０１５１００）作者简介：李立武，博士，研究员，主要从事气体地球化学分析测试与研究。
Ｅ ｍａｉｌ：ｌｌｗｕ＠ｌｚｂ．ａｃ．ｃｎ。
文章编号：０２５４５３５７（２０１３）０３０３９２０６稳定同位素质谱与同位素光谱结合的方法分析氧同位素１７Ｏ／１６Ｏ李立武１，王 广２，李中平１，杜 丽１，曹春辉１（１．中国科学院油气资源研究重点实验室，甘肃兰州 ７３００００；２．国家地质实验测试中心，北京 １０００３７）摘要：传统的氧同位素分析方法一般将各种形式的氧转化为ＣＯ２，再通过稳定同位素质谱测定其氧同位素组成，由于二氧化碳中的１７Ｏ和１３Ｃ在质谱中有相同的质荷比ｍ／ｚ，这种方法不能测得１７Ｏ同位素的丰度，三氧同位素（１６Ｏ、１７Ｏ、１８Ｏ）丰度分析的关键是１７Ｏ同位素丰度的分析。
为了测量１７Ｏ同位素丰度，一般需要先将各种形式的氧转化为Ｏ２，然后利用稳定同位素质谱进行分析，转化过程复杂或者有危险。
本文提出了一种新思路，应用稳定同位素质谱与碳同位素光谱相结合的方法分析１７Ｏ／１６Ｏ。
先采用传统方法将各种形式的氧转化为ＣＯ２，再由多接收器稳定同位素质谱计测得ＣＯ２的质谱峰高比４５／４４（记为Ｒ４５），同位素光谱如光腔衰荡光谱测得１３Ｃ／１２Ｃ（定义为Ｒ１３），计算其同位素比值１７Ｏ／１６Ｏ＝（Ｒ４５－Ｒ１３）／２，方法的分析精度好于±０．０８‰（１σ）。
该方法是在传统方法的基础上，增加一个ＣＯ２碳同位素光谱分析步骤，通过简单的数据处理就可以获得１７Ｏ同位素组成，而无需将各种形式的氧转化为Ｏ２，１８Ｏ同位素样品制备方法成熟，无危险性，且分析精度优于或相当于其他测试方法。
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• EA-IRMS • GCisolink-IRMS • Gasbench-IRMS • Precon-IRMS
A
稳定同位素质谱-IRMS-工作原理
EA：土壤、沉积物、水 Gcisolink：有机物 Gasbench：碳酸盐 Precon：气体
外部设备 进样系统
离子源
质量分析 器
离子检测 器
谱图显示
B
EA-IRMS的工作原理
δ18OSMOW ‰ →CO
δDSMOW ‰ →H2
在线稀释
分离H2、CO
B
EA-IRMS的工作原理
H2
CO
H2和CO的谱图
C
GC-Isolink-IRMS的工作原理
δ13CPDB ‰ →CO2 δ15NAir ‰ →N2 δDSMOW ‰ →H2
C
GC-Isolink-IRMS的工作原理
有证标准物质
IAEA
GBW
USGS
IAS
国际原子能机构 美国
地质勘探局 美国
国家标准物质 中国
Elemental Microanalysis Ltd
英国
B
稳定同位素质谱分析的标准物质
实验室可以选用不同的标准物质进行样品同位素比值的测定 ，但所得的结果必须换算成相对于国际公认的同位素标准的 千分差后出具正式的分析报告。表示方法为：
氨氮化学法示意图：NO3-→NO2- → N2O
C
气体样品
1. 气体采样袋：直接采集气体样品，不少于100mL 2. 顶空瓶：钳口、聚四氟乙烯垫（样品需5~10nmol）
H2O
3. 同位素分馏：同一元素的同位素 之间，由于核质量的差别，其物理 和化学性质存在微小差别
A
稳定同位素质谱相关背景知识
B
稳定同位素质谱分析的标准物质
由世界各国权威实验室公认的国际统一标准，并把这些样品的δ值人为 地设定成 0 ‰。碳、氢、氧、氮和硫的国际公认的同位素标准列入下表， 也标出了这些标准物质的绝对同位素丰度。
将CH4氧化为CO2
E
Precon-IRMS的工作原理
N2O的谱图
以N2O为例，该峰 为CO2杂质峰
03
样品处理方法
A
土壤、沉积物、植物样品的含无机碳）、N同位素、植物样 品中的C、N：烘干（不超过60℃）、磨细（60~100目）、 锡纸包样（进样量为20~40μgC/次或20~40μgN/次）
稳定同位素质谱
谭扬 2015.11.03
目录
01 稳定同位素质谱相关知识 02 IRMS及其外部设备工作原理 03 样品处理方法 04 相关应用
01
稳定同位素质谱 相关知识
A
稳定同位素质谱相关背景知识
1. 同位素：质子数相同，中子数不同的原子（1700余种）
2. 稳定同位素：无可测放射性的同位素，自成核以来就保持稳 定（260余种）
D
Gas-bench-IRMS的工作原理
δ13CPDB ‰ →CO2
D
Gas-bench-IRMS的工作原理
D
Gas-bench-IRMS的工作原理
碳酸盐或DIC中CO2的谱图
E
Precon-IRMS的工作原理
δ13CPDB ‰（CO2、CH4 ）→CO2 δ15NAir ‰ →N2O
E
Precon-IRMS的工作原理
碳元素有 8 种核素同位素 ： 129C、 1210C 、 1211C 、 1214C 、 1215C 、 1216C放射性核素 1213C 、 1212C稳定性核素
D/H 13C/12C 18O/16O 15N/14N
A
稳定同位素质谱相关背景知识
H216O HD16O
D216O D218O
B
稳定同位素质谱分析的标准物质
候选物质具有代表性和适用性 可成批制备，并具备重新复制的特点 最小包装单元之间及单元内部具有良好的均匀性 在有限期内具有良好的稳定性 测量的平均值即为该标准物质特性量的标准值 具有溯源性的基本特性，为测量在国际范围具有可比性
提供了保证
B
稳定同位素质谱分析的标准物质
60℃烘干
包样、测试
盐酸熏蒸法示意图
B
海水、河水样品中的氨氮、硝氮
1. 蒸馏法：（适用于铵氮、硝氮含量较高的水样，＞5mg/L， 氨氮直接蒸馏，硝氮在去除完氨氮后，添加达氏合金将硝氮转 化为氨氮后再蒸馏
凯氏定氮装置示意图
B
海水、河水样品中的氨氮、硝氮
2. 化学法：（适用于铵氮、硝氮含量较低的水样，0.5~10μmol/L）
CO2
• 海水、淡水中的H
• 海水、淡水中的O
N2
H2 CO
B
EA-IRMS的工作原理
δ13CPDB ‰ →CO2
δ15NAir ‰ →N2
B
EA-IRMS的工作原理
δ13CPDB ‰ →CO2
δ15NAir ‰ →N2
在线稀释
分离CO2、N2
B
EA-IRMS的工作原理
N2
CO2
N2和CO2的谱图
δ15NAir ‰
δ13CPDB ‰ ；
δ18OSMOW ‰ 或 δ18OPDB ‰；
δDSMOW ‰
δ34SCDT ‰
δ ＞0时，Rsa ＞Rst, 即说明样品比标准 “重” δ ＜0时，Rsa ＜Rst，则样品比标准“轻”
02
IRMS及其外部设备 工作原理
A
稳定同位素质谱-IRMS-工作原理
IRMS MAT253
A
稳定同位素质谱-IRMS-工作原理
洛伦茨定律：
m 4.82 10 5 Rm2 H 2
e
V
原子质量m与偏转轨道 半径R成正比
磁场
接收器
离子源
A
稳定同位素质谱-IRMS-工作原理
校准过程
标准物质 δ1
参考气 δ2
待测样品 δ3
• 植物 • 土壤 • 沉积物
• 海水中的氨氮、硝氮 • 植物 • 土壤 • 沉积物
GC单元
高温单元
通He，在线稀释CO2、N2、H2
C
GC-Isolink-IRMS的工作原理
燃烧，将C转化为CO2，N转化为N2
C
GC-Isolink-IRMS的工作原理
高温裂解，将H转化为H2
C
GC-Isolink-IRMS的工作原理
有机化合物的谱图
以C为例，每一种化合物中的C转化为CO2， 会得到一个δ值
A
土壤、沉积物、植物样品的处理方法
2. 土壤、沉积物样品中的C同位素（含有无机碳）：烘干（不超 过60℃）、磨细（60~100目）、去除无机碳、锡纸包样（进样 量为20~40μgC/次）
A
土壤、沉积物、植物样品的处理方法
去除无机碳 的适用方法： 亚硫酸法: 海洋沉积物 盐酸熏蒸法: 土壤 醋酸缓冲溶液法: 湖积物