同位素分析的几个问题

1、漫谈同位素分析的几个问题漫谈同位素分析的几个问题河 北 省 农 林 科 学 院 同 位 素 农 业 应 用 研 究 中 心河 北 省 农 林 科 学 院 同 位 素 农 业 应 用 研 究 中 心Center of Isotopic Application in Agricultural Sciences，HAAFSCIAAS高占锋高占锋2013年年6月月7日日 常用的缩写常用的缩写 空气各成分的含量空气各成分的含量 常用元素元素周期表中的位置常用元素元素周期表中的位置 常用计量单位的关系常用计量单位的关系 分析天平的级别分析天平的级别 常用化学反应常用化学反应 主要分析设备间的关系主要分析设

2、备间的关系 湿法和干法前处理的优缺点湿法和干法前处理的优缺点 交叉污染的来源交叉污染的来源 分析结果的误差来源分析结果的误差来源 关于数字化仪器关于数字化仪器常用的缩写常用的缩写 MS Mass Spectrometry (Spectrometer) 质谱学（仪） EA Elemental Analysis (Analyzer) 元素分析（仪） TCD Thermo Conductive Detector DI Dual Inlet (system) 双路进样（系统） CF Continuous Flow 连续流 Conflo 连续流接口 Reference gas 参考气 GC Gas Ch

3、romatography 气相色谱 GC-C Gas Chromatography-Combustion气相色谱-燃烧炉 A/D Analog/Digital 模拟/数字转换空气各成分的含量空气各成分的含量 名称名称分子式分子式 体积体积 重量重量氧氧 O220.9323.1氮氮 N278.0375.06氦氦He (4.65.3)10-4 0.710-4氖氖 Ne (1518)10-4 1210-4氩氩 Ar0.9321.286氪氪Kr 1.8010-4 310-4氙氙 Xe 0.0810-4 0.410-4氡氡Rn 610-13氢氢 H2 0.510-4 0.03610-4二氧化碳二氧化碳C

4、O20.030.046臭氧臭氧 O3 (0.010.02)10-4 0.210-4水蒸气水蒸气H2O0.03氧化亚氮氧化亚氮N2O0.310-4甲烷甲烷CH41.710-4常用同位素在元素周期表中的位置常用同位素在元素周期表中的位置 农业科研常用的稳定同位素组成农业科研常用的稳定同位素组成元素元素相对原子量相对原子量核素核素同位素丰度同位素丰度（%）H1.007941H 99.98442H 0.0156C12.010712C 98.892213C 1.1078N14.006714N 99.633715N 0.3663O15.999416O 99.762117O 0.037918O 0.2000

5、常用计量单位的关系常用计量单位的关系 倍率倍率 K=103 M=106 G=109 千或千或K 兆兆 G d=10-1 c= 10-2 m=10-3 =10-6 n=10-9 p=10-12 分分 厘厘 毫毫 微微 纳纳 皮皮重量重量 Kg(103) g mg(10-3) g(10-6) ng(10-9) pg(10-12) 千克千克 克克 毫克毫克 微克微克 纳克纳克 皮克皮克长度长度 Km(103) m dm(10-1) cm（10-2) mm(10-3) m(10-6) nm(10-9) 千米千米 米米 分米分米 厘米厘米 毫米毫米 微米微米 纳米纳米常用计量单位的关系常用计量单位的关系

6、 体积体积 m3 dm3 （l） cm3 （ml ） mm3 （l ） 立方米立方米 升升 毫升毫升 微升微升压力压力1大气压（大气压（atm） = 1 ba =760 mmHg（torr 乇）乇）=105 Pa = 0.1 MPa1乇乇=1 mmHg =1.33mba=133Pa浓度浓度mol/l ppm （10-6） w/w w/v v/v 分析天平的级别分析天平的级别 万分之一天平万分之一天平 不确定度10-4 g，即0.1mg，称量误差与称样量有关。 0.2000g 0.05%, 0.1000g 0.1% 百万分之一天平百万分之一天平 不确定度10-6 g，即0.001mg，或1 g。

7、 100 g 1% 1000 g 0.1%常用化学反应常用化学反应 元素分析仪（元素分析仪（C、N测定测定-燃烧炉）燃烧炉） 高温1000 样品+O2 NOX+CO2+H2O+SO2 氧化 高温600 N2+CO2 GC MS 还原 副反应副反应 N2+O2 NO常用化学反应常用化学反应 元素分析仪（元素分析仪（H、O测定测定-高温炉）高温炉） 高温1400 样品 CO+CO2+H2O+H2S+NH2-R 裂解 高温还原 H2+CO GC MS 玻璃碳常用化学反应常用化学反应 K氏定氮仪（浓硫酸消化）氏定氮仪（浓硫酸消化） 浓硫酸（催化剂） 样品 CO2+H2O+SO2+（NH4 ）2SO4（

8、消化）（消化） 400 （NH4 ）2SO4 + NaOH NH3 +Na2SO4 +H2O（蒸馏）（蒸馏） NH3 +H2SO4 （NH4 ）2SO4 +H2O （滴定）（滴定）常用化学反应常用化学反应 N2制样系统制样系统 2NH4+ +3BrO- +20H- N2 + 3Br- +5 H20（ 2NH3 +3BrO- N2 + 3Br- +3H20）(NH4)2SO4 +3LiBrO +2Li0H N2 + 3LiBr +Li2SO4 +5 H20副反应副反应 BrO- +Br- + 2H+ Br2+H2O主要分析设备间的关系主要分析设备间的关系 Conflo IV燃烧（燃烧（Dumas

9、）N2 CO2高温裂解高温裂解 H2 COGC 分离、检测分离、检测Delta V MS参考气参考气样品抽除系统样品抽除系统元素分析仪元素分析仪 Conflo MS主要分析设备间的关系主要分析设备间的关系 Dual Inlet干法燃烧（干法燃烧（Dumas）N2 CO2湿法：湿法：K氏定氮氏定氮 N2制样系统（制样系统（N2 ）Delta V MS参考气参考气K氏定氮氏定氮 制样系统制样系统 DI MS主要分析设备间的关系主要分析设备间的关系 制样系统（制样系统（N2 ）K氏定氮氏定氮 Dual Inlet元素分析仪元素分析仪样品抽除系统样品抽除系统Conflo IVDelta V Advan

10、tage MS参考气参考气干法干法湿法湿法湿法和干法前处理的优缺点湿法和干法前处理的优缺点 干法：元素分析仪干法：元素分析仪 湿法：湿法：K氏定氮氏定氮+制样系统制样系统湿法和干法前处理的优缺点湿法和干法前处理的优缺点项目项目干法干法湿法湿法样品处理样品处理 称样量称样量小，小，50-5000g大，大，100-1000mg样品粉碎样品粉碎要求高，至少要求高，至少100目目要求低，要求低，60-80目目称样时间称样时间长长短短测定结果测定结果 元素含量准确性元素含量准确性低低高高天然同位素丰度天然同位素丰度低低高高富集同位素丰度富集同位素丰度低低高高测定元素测定元素 元素数量元素数量多多少少可操

11、作性可操作性 自动化程度自动化程度高高低低运行费用运行费用 分析成本分析成本高高低低交叉污染交叉污染 综合综合不详不详不详不详交叉污染的来源交叉污染的来源记忆效应（吸附，分析管路）记忆效应（吸附，分析管路）K氏定氮仪氏定氮仪(包括消化管、三角瓶包括消化管、三角瓶)制样系统制样系统元素分析仪元素分析仪ConfloDI1.MS分析结果的误差来源分析结果的误差来源 样品粉碎样品粉碎 样品称量样品称量 试剂引入试剂引入 交叉污染交叉污染 滴定误差滴定误差 仪器系统误差仪器系统误差 仪器随机误差仪器随机误差关于数字化仪器关于数字化仪器 现代绝大多数仪器均采用数字化电路现代绝大多数仪器均采用数字化电路 仪器的参数和数据数字化仪器的参数和数