稳定同位素示踪技术概要.ppt

第五章稳定同位素示踪技术第一节稳定同位素示踪原理丰度某种同位素的原子数在该元素总的原子数中所占的百分数。通常以原子百分数表示。例如：15N15N+14N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。元素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。二、稳定同位素示踪的基本原理和特点（一）基本原理1.自然界中一种元素的同位素组成（自然丰度）是相对恒定的。2.元素的同位素具有相同的化学性质。3.同一元素的同位素间存在质量差异。（二）稳定同位素示踪法的特点优点:1.无放射性；2.操作安全，对人无辐射损伤；3.不污染环境，试验范围不受限制；4.试验周期不受限制；5.可以代替某些元素的放射性同位素难以进行的示踪试验。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。一、15N丰度的选择不同丰度的15N标记化合物价格差异比较大，因此，在试验允许情况下，尽可能应用低丰度的。15N丰度的选择主要考虑两个因素：1.试验中15N被普通N稀释的程度；2.15N分析仪器的精确度。二、15N示踪试验的布置一般采用微区试验。三、15N测样的制备测定15N的质谱仪对测样的要求是以简单的分子态进行。具体制备过程如下：1.将样品中的标记氮转化成铵用凯氏法将含氮样品在增温剂和催化剂的参与下，用浓硫酸消煮，使其中所含的各种形态的氮转化为氨，与硫酸结合形成硫酸铵，然后加碱蒸馏，使氨吸收在硼酸溶液中，用标准酸测定样品的全氮量。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++3NaBrON2↑+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。MAT253型同位素比值质谱仪为德国Finnigan公司制造，可以精确测量13C、15N、18O、34S和H/D的相对同位素丰度。最多有10个积分通道用于多种离子流的同时测量。FlashEA1112型元素分析仪与MAT253型同位素比值质谱仪联机（EA-C(ConFloIII)-IRMS）可以在线测定固体(或液体)样品的C、N同位素组成。1/2M1v12=eV（1）M1v12R1根据上述两式可得：如带电粒子的电荷数以电子所带的电量为单位，则上式可改写成：或：R=(3)(3)式表示了磁式质谱仪的工作原理，从中可得到如下结论：1.在加速电压V不变的情况下，可以通过连续改变磁场强度H而得到同一R而不同M的扫描质谱图，此即为磁扫描。2.在磁场强度H不变的情况下（永磁铁），可以通过改变加速电压而得到同一R而不同M的扫描质谱图，此即为电压扫描。（二）15N质谱分析的计算公式1.质谱峰的选择氮分子经电离后产生质量不同的离子：离子种类质荷比[15N15N]+30[15N14N]+29[14N14N]+28[15N]+和[15N15N]++15[15N14N]++14.5[14N]+和[14N14N]++14通常选用质荷比为28，29，30的峰。当样品中的15N丰度小于5%时，质荷比为30的峰高比28，29的小得多（？），只能测量质荷比为28和29峰的离子强度进行计算。2.计算公式设：R=同位素质谱仪euro-03又设：全部氮原子中14N占的比例为p，而15N的为q；则p+q=1。由此可得：（p+q）2=p2+2pq+q2其中：p2为质荷比为28的离子数目；2pq为质荷比为29的离子数目。也即：R==(4)15N14N+15N==(5)（5）式就是通用的以同位素离子强度比计算15N原子数的公式。第三节稳定同位素示踪技术应用硝态氮的吸收率以始花期追肥者为最高，达91%，其后减少。追肥的N肥在收获期有85%分配籽实中，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。二、土壤肥料研究此类试验常用以说明土壤、肥料与植物营养的关系，须得到以下数据：1.试样的总含氮量和15N原子百分超；2.施入15N标记肥料的总氮量；3.标记肥料的15N原子百分超；4.试样的干重、肥料用量、供试土壤量。例如：在应用15N的盆栽试验中，每盆装土