穩(wěn)定性同位素示蹤法

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1、第六章穩(wěn)定性同位素示蹤法概述：1、1912年，Thomson首發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定性核素20Ne和22Ne（氖）。2、1929年，Naude發(fā)現(xiàn)了15N。3、1937年，Urey等首次報(bào)道人工生產(chǎn)15N的方法。4、1940年，先后獲得具生物意義的15N、18O和3H大量生產(chǎn)。5.1947年9月在美國(guó)Wisconsin大學(xué)召開了“同位素在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)中應(yīng)用”專題討論會(huì)，從此開始了穩(wěn)定性核素示蹤技術(shù)應(yīng)用的新紀(jì)元。6.近20年，穩(wěn)定性核素示蹤技術(shù)迅速發(fā)展，分離分析方法取得了較大突破，13C、2H、18O、15N廣泛應(yīng)用于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、環(huán)保、農(nóng)藥、農(nóng)學(xué)、微生物等研究領(lǐng)域。我國(guó)先后分

2、離了25種元素的100多種穩(wěn)定性核素，例如：15N標(biāo)記化合物就有30余種。幾個(gè)概念穩(wěn)定性同位素（Stableisotope）豐度（Abundance）A即某核在該組同位素中濃度(通常指人工加濃了的)。自然豐度（Naturalabundaa）A自(AO)15N：0.365%、18O:0.204%原子百分超（Atompercentexcess）aa=A-A自又稱富集度（Enrichment）富集15N（Enriched15N）貧化15N（Depeled15N)一.穩(wěn)定性同位素示蹤法的基本依據(jù)：1.自然界中一種元素同位素組成是相對(duì)恒定2.同一元素的同位素具有相同的化學(xué)

3、性質(zhì)3.同一元素的同位素之間存在質(zhì)量差異重要化學(xué)元素的穩(wěn)定性同位素元素同位素自然豐度樣品來源H1H99.985新鮮的表面淡水2H(D)0.0147B10B18.46意大利天然硼酸鹽11B81.54C12C98.892捷克撲利茲石灰石13C1.108N14N99.635大氣中的氮?dú)?5N0.365O16O99.759大氣中的氧氣17O0.037418O0.2039氮的同位素表同位素射線種類半衰期自然豐度12Nβ+0.011S13Nβ+9.96m14N--99.63515N--0.36516Nβ-7.1S17Nβ-4.15S18Nβ-0.63S穩(wěn)定性同位素標(biāo)記物的命

4、名1978年國(guó)際純化學(xué)和化學(xué)聯(lián)合會(huì)IUPAC的命名法:結(jié)構(gòu)式:15[N]HCl或15NHCl（這樣純的物質(zhì)不存在)單標(biāo)記化合物:H215N-CO-NH215N-尿素，例如15N的豐度可為5%，10%，15%……雙標(biāo)記化合物(一個(gè)同位素):H215N-CO-15NH2尿素4.混合標(biāo)記化合物:(15NH2)13CO(13C15N)尿素核素A（%）質(zhì)量數(shù)14N99.6351415N0.36515注意：由于同位素之間的質(zhì)量差異，因此它們的物理、化學(xué)、生物化學(xué)等性質(zhì)會(huì)有所不同，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，需注意同位素效應(yīng)。二.穩(wěn)定性同位素示蹤法的特點(diǎn)：1.無放射性，無輻射效應(yīng)及不良影響。

5、2.安全、對(duì)人無傷害。3.無污染，不受環(huán)境條件限制。4.無衰變，實(shí)驗(yàn)時(shí)間不受限制。5.可進(jìn)行放射性示蹤法難以進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。例：N素中T最長(zhǎng)的13N：T=9.096m一三.穩(wěn)定性同位素分析法的基本流程同位素引入生物體動(dòng)植物原始樣品儀器所需的待測(cè)樣品進(jìn)樣過程質(zhì)譜分析法光譜分析法記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析四.影響15N引入豐度的因素1.實(shí)驗(yàn)材料對(duì)15N的稀釋程度。2.N素在不同部位分布的不均勻性3.分析測(cè)定技術(shù)所能達(dá)到的精度。15N示蹤法引入N素肥料的豐度計(jì)算參考公式af=Wp?Rp?ap/Nf?RN式中：af：N素肥料的原子百分超Wp：植物總重量（待測(cè)）ap：植物樣品中原子百分

6、超Rp：植物樣品中含N百分率Nf：施純N量RN：N肥利用率注意事項(xiàng)：1.同位素交換反應(yīng)：在一定條件下，標(biāo)記的銨鹽可與大氣發(fā)生反應(yīng)：15NH+4水溶液+14NH3→14NH+4水溶液+15NH315N豐度高時(shí)應(yīng)注意。2.同位素效應(yīng)：藻類對(duì)14C、13C、12C的吸收依次遞減。3.予測(cè)樣品測(cè)定項(xiàng)目……五、質(zhì)譜和光譜測(cè)定15N原理14N和15質(zhì)量不同質(zhì)譜：把N2離子化為28N-N2，29N-N2，30N-N2使其在均勻磁場(chǎng)中發(fā)生不同角度偏轉(zhuǎn)2光譜：28N-N2：譜線波長(zhǎng)為2976.8埃29N-N2：譜線波長(zhǎng)為2982.9埃30N-N2：譜線波長(zhǎng)為2988.6埃-入口出

7、口加速電壓1800的均勻磁場(chǎng)六.供儀器待測(cè)樣品的制備、測(cè)量1.對(duì)待測(cè)樣品的要求：(1)因?yàn)闇y(cè)量的是不同質(zhì)量離子流的相對(duì)含量，因此，保證有一定的N量即可。一般要求含N量1mg/ml最少不低于0.5mg。(2)儀器的本底檢查。(3)離子峰的選擇（14N和15N的峰比28N、29N小10倍，選28N、29N、30N）。(4)儀器精確度檢查（檢查去O2后的空氣或純N氣）。2.分析樣品的制備：(1)K氏法（Kjeidali）質(zhì)譜分析常用法。A.樣品的消化：（例：0.05g植樣+10ml濃H2S04+3.3gSe:CuSO4:K2SO4為1:10:100混合催化劑→樣液清亮

8、再消煮5h（土）或2h(