第六章稳定性同位素示踪法

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%
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,释放的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)。
the soil）:Ndfs
Ndfs =1- Ndff (4)
5、植物中来自肥料的N量: Npf
Npf=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的量：Nps
Nps = 总N - Npf
(6)
7.N素利用率：R = Npf / Nf×100% (7) Nf：施入纯N的总量
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， 防其它气体干扰。
八、 13C示踪法
1．样品的制备：
（ 1 ） 样 品 碳 转 化 为 BaCO3 ： 干 氧 化 法 （Pregl）: 如上图
1.对待测样品的要求：
(1) 因为测量的是不同质量离子流的相对含 量，因此，保证有一定的N量即可。一般要求 含N量1mg/ml最少不低于0.5mg。
(2) 仪器的本底检查。
(3)离子峰的选择（14N和15N的峰比28N、29N小 10倍，选28N、29N、30N）。
(4) 仪器精确度检查（检查去O2后的空气或 纯N气）。
一.稳定性同位素示踪法的基本依据：
1.自然界中一种元素同位素组成是相对恒定 2.同一元素的同位素具有相同的化学性质 3.同一元素的同位素之间存在质量差异
元素 H B C N O
重要化学元素的稳定性同位素
同位素
自然丰度
样品来源
1H
99.985
新鲜的表面淡水
2 H(D)
0.0147
10B
18.46
意大利天然硼酸盐
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：
如果是液体样品。需用Pyrex玻 璃管（1cm Φ 2mm）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 1218Kg/cm2压力下制成棒状,备光谱 分析
生 物 固 氮 ： N2+6H++xATP 2NH3+xADP+xPi
6e-/ 固 氮 酶
下列研究方法：
1. 测根瘤数目和干物质产量。早、有无？
2. 氮素平衡法。十分烦琐。
3. 比较固N作物和非固N作物总N量差异。
4. 乙炔还原法。简单、灵敏。
5.乙炔还原成乙烯，存在转换因子（3个）。
6. 同位素法：
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 = 已检出的Nf量 / Nf×100% (9)
10、N素损失率：
R失 = 100% - R回
即某核在该组同位素中浓度(通常指人工加浓 了 的)。
自然丰度（Natural abundaa） A自(AO)
15N：0.365%、18O:0.204%
原子百分超（Atom percent excess） a
a = A-A自 又称富集度（Enrichment）
富集15N（Enriched15N） 贫化15N（Depeled15N )
3. 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
14N 99.635
14
15N 0.365
15
注意：由于同位素之间的质量差异，因此 它们的物理、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。
A值=Ndfs/Ndff×Nf=70%/30% ×20Kg/亩=46.7Kg/亩（土壤中可 供蕃茄生长的每亩有效N--当然不是全部被吸收,A值愈大说明土 壤的供N能力愈强）
15N示踪与生物固氮(以下各方法简讲)
工剂/业45固℃氮，（20H0a在be气r-压Bosc2hN反H3应）：N2+3H2 催化
①15N2还原法（Burris,1941）:充15N2密室进行
NdfA=a样/a气×100%
固氮量=NdfA×总N量 ②同位素稀释法（J、O、Legg等，1975），15N施入土壤
NdfA=1- a固/a非
③AN值法（M、Fried等，1975），田间种固N、非固N NdfA=(As + Afix - As) ×NdfF/Af As、Af、Afix分别代表土壤、肥料、大豆有效N量。 NdfF:来自肥料N素的比例。
2.植样的原子百分超: 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的%: Ndff
植物中N有多少%是来自于肥料 （ Percentage of in the plant derived from the fertilizer），可以是根、茎、叶、
果实的任一Ndff
(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，植物样品的15N丰度为0.67%，15N-尿素的15N丰度为1.37%， 设自然丰度为0.37%，尿素的含N量为40%。
求：1、每亩施入尿素量？2、肥料N素的利用率？ 3.A值?
6. 近20年，稳定性核素示踪技术迅速发展，分离分析方 法取得了较大突破，13C、2H、18O、15N广泛应用于生物 学、医学、环保、农药、农学、微生物等研究领域。我 国先后分离了25种元素的100多种稳定性核素，例如： 15N标记化合物就有30余 种。
几个概念
稳定性同位素（Stable isotope） 丰度（Abundance） A
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100 μg） 的样品，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
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
-
1800的均匀磁场
加 速
出口
电
入口
压
六.供仪器待测样品的制备、测量
第六章 稳定性同位素示踪法
概述：
1、1912年，Thomson首发现稳定性核素20Ne 和22Ne（氖）。 2、1929年，Naude发现了15N。
3、1937年，Urey等首次报道人工生产15N的 方法。
4、1940年，先后获得具生物意义的15N、18O 和3H大量生产。
5. 1947年9月在美国Wisconsin大学召开了“同位素 在生物学和医学中应用”专题讨论会，从此开始 了稳定性核素示踪技术应用的新纪元。
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。
Nf：施纯N量 RN：N肥利用率
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。
3.予测样品测定项目……
五、质谱和光谱测定15N原理
-
-
-
-
β-
7.1S
β-
4.15S
β-
0.63S
自然丰度
99.635 0.365
稳定性同位素标记物的命名
1978年国际纯化学和化学联合会IUPAC的命名 法:
1. 结构式: 15[N]HCl 物质不存在)
或15NHCl（这样純的
2. 单标记化合物: H215N-CO-NH2 15N-尿素， 例如15N的丰度可为5%，10%，15%……