同位素分析的幾個問題

1、漫談同位素分析的幾個問題漫談同位素分析的幾個問題河 北 省 農(nóng) 林 科 學(xué) 院 同 位 素 農(nóng) 業(yè) 應(yīng) 用 研 究 中 心河 北 省 農(nóng) 林 科 學(xué) 院 同 位 素 農(nóng) 業(yè) 應(yīng) 用 研 究 中 心Center of Isotopic Application in Agricultural Sciences，HAAFSCIAAS高占鋒高占鋒2013年年6月月7日日 常用的縮寫常用的縮寫 空氣各成分的含量空氣各成分的含量 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 常用計(jì)量單位的關(guān)系常用計(jì)量單位的關(guān)系 分析天平的級別分析天平的級別 常用化學(xué)反應(yīng)常用化學(xué)反應(yīng) 主要分析設(shè)備間的關(guān)系主要分析設(shè)

2、備間的關(guān)系 濕法和干法前處理的優(yōu)缺點(diǎn)濕法和干法前處理的優(yōu)缺點(diǎn) 交叉污染的來源交叉污染的來源 分析結(jié)果的誤差來源分析結(jié)果的誤差來源 關(guān)于數(shù)字化儀器關(guān)于數(shù)字化儀器常用的縮寫常用的縮寫 MS Mass Spectrometry (Spectrometer) 質(zhì)譜學(xué)（儀） EA Elemental Analysis (Analyzer) 元素分析（儀） TCD Thermo Conductive Detector DI Dual Inlet (system) 雙路進(jìn)樣（系統(tǒng)） CF Continuous Flow 連續(xù)流 Conflo 連續(xù)流接口 Reference gas 參考?xì)?GC Gas Ch

3、romatography 氣相色譜 GC-C Gas Chromatography-Combustion氣相色譜-燃燒爐 A/D Analog/Digital 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換空氣各成分的含量空氣各成分的含量 名稱名稱分子式分子式 體積體積 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氬氬 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氫氫 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水蒸氣水蒸氣H2O0.03氧化亞氮氧化亞氮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 農(nóng)業(yè)科研常用的穩(wěn)定同位素組成農(nóng)業(yè)科研常用的穩(wěn)定同位素組成元素元素相對原子量相對原子量核素核素同位素豐度同位素豐度（%）H1.007941H 99.98442H 0.0156C12.010712C 98.892213C 1.1078N14.006714N 99.633715N 0.3663O15.999416O 99.762117O 0.037918O 0.2000

5、常用計(jì)量單位的關(guān)系常用計(jì)量單位的關(guān)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 納納 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 納克納克 皮克皮克長度長度 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 納米納米常用計(jì)量單位的關(guān)系常用計(jì)量單位的關(guān)系

6、 體積體積 m3 dm3 （l） cm3 （ml ） mm3 （l ） 立方米立方米 升升 毫升毫升 微升微升壓力壓力1大氣壓（大氣壓（atm） = 1 ba =760 mmHg（torr 乇）乇）=105 Pa = 0.1 MPa1乇乇=1 mmHg =1.33mba=133Pa濃度濃度mol/l ppm （10-6） w/w w/v v/v 分析天平的級別分析天平的級別 萬分之一天平萬分之一天平 不確定度10-4 g，即0.1mg，稱量誤差與稱樣量有關(guān)。 0.2000g 0.05%, 0.1000g 0.1% 百萬分之一天平百萬分之一天平 不確定度10-6 g，即0.001mg，或1 g。

7、 100 g 1% 1000 g 0.1%常用化學(xué)反應(yīng)常用化學(xué)反應(yīng) 元素分析儀（元素分析儀（C、N測定測定-燃燒爐）燃燒爐） 高溫1000 樣品+O2 NOX+CO2+H2O+SO2 氧化 高溫600 N2+CO2 GC MS 還原 副反應(yīng)副反應(yīng) N2+O2 NO常用化學(xué)反應(yīng)常用化學(xué)反應(yīng) 元素分析儀（元素分析儀（H、O測定測定-高溫爐）高溫爐） 高溫1400 樣品 CO+CO2+H2O+H2S+NH2-R 裂解 高溫還原 H2+CO GC MS 玻璃碳常用化學(xué)反應(yīng)常用化學(xué)反應(yīng) K氏定氮儀（濃硫酸消化）氏定氮儀（濃硫酸消化） 濃硫酸（催化劑） 樣品 CO2+H2O+SO2+（NH4 ）2SO4（

8、消化）（消化） 400 （NH4 ）2SO4 + NaOH NH3 +Na2SO4 +H2O（蒸餾）（蒸餾） NH3 +H2SO4 （NH4 ）2SO4 +H2O （滴定）（滴定）常用化學(xué)反應(yīng)常用化學(xué)反應(yīng) N2制樣系統(tǒng)制樣系統(tǒng) 2NH4+ +3BrO- +20H- N2 + 3Br- +5 H20（ 2NH3 +3BrO- N2 + 3Br- +3H20）(NH4)2SO4 +3LiBrO +2Li0H N2 + 3LiBr +Li2SO4 +5 H20副反應(yīng)副反應(yīng) BrO- +Br- + 2H+ Br2+H2O主要分析設(shè)備間的關(guān)系主要分析設(shè)備間的關(guān)系 Conflo IV燃燒（燃燒（Dumas

9、）N2 CO2高溫裂解高溫裂解 H2 COGC 分離、檢測分離、檢測Delta V MS參考?xì)鈪⒖細(xì)鈽悠烦槌到y(tǒng)樣品抽除系統(tǒng)元素分析儀元素分析儀 Conflo MS主要分析設(shè)備間的關(guān)系主要分析設(shè)備間的關(guān)系 Dual Inlet干法燃燒（干法燃燒（Dumas）N2 CO2濕法：濕法：K氏定氮氏定氮 N2制樣系統(tǒng)（制樣系統(tǒng)（N2 ）Delta V MS參考?xì)鈪⒖細(xì)釱氏定氮氏定氮 制樣系統(tǒng)制樣系統(tǒng) DI MS主要分析設(shè)備間的關(guān)系主要分析設(shè)備間的關(guān)系 制樣系統(tǒng)（制樣系統(tǒng)（N2 ）K氏定氮氏定氮 Dual Inlet元素分析儀元素分析儀樣品抽除系統(tǒng)樣品抽除系統(tǒng)Conflo IVDelta V Advan

10、tage MS參考?xì)鈪⒖細(xì)飧煞ǜ煞穹穹穹ê透煞ㄇ疤幚淼膬?yōu)缺點(diǎn)濕法和干法前處理的優(yōu)缺點(diǎn) 干法：元素分析儀干法：元素分析儀 濕法：濕法：K氏定氮氏定氮+制樣系統(tǒng)制樣系統(tǒng)濕法和干法前處理的優(yōu)缺點(diǎn)濕法和干法前處理的優(yōu)缺點(diǎn)項(xiàng)目項(xiàng)目干法干法濕法濕法樣品處理樣品處理 稱樣量稱樣量小，小，50-5000g大，大，100-1000mg樣品粉碎樣品粉碎要求高，至少要求高，至少100目目要求低，要求低，60-80目目稱樣時間稱樣時間長長短短測定結(jié)果測定結(jié)果 元素含量準(zhǔn)確性元素含量準(zhǔn)確性低低高高天然同位素豐度天然同位素豐度低低高高富集同位素豐度富集同位素豐度低低高高測定元素測定元素 元素?cái)?shù)量元素?cái)?shù)量多多少少可操

11、作性可操作性 自動化程度自動化程度高高低低運(yùn)行費(fèi)用運(yùn)行費(fèi)用 分析成本分析成本高高低低交叉污染交叉污染 綜合綜合不詳不詳不詳不詳交叉污染的來源交叉污染的來源記憶效應(yīng)（吸附，分析管路）記憶效應(yīng)（吸附，分析管路）K氏定氮儀氏定氮儀(包括消化管、三角瓶包括消化管、三角瓶)制樣系統(tǒng)制樣系統(tǒng)元素分析儀元素分析儀ConfloDI1.MS分析結(jié)果的誤差來源分析結(jié)果的誤差來源 樣品粉碎樣品粉碎 樣品稱量樣品稱量 試劑引入試劑引入 交叉污染交叉污染 滴定誤差滴定誤差 儀器系統(tǒng)誤差儀器系統(tǒng)誤差 儀器隨機(jī)誤差儀器隨機(jī)誤差關(guān)于數(shù)字化儀器關(guān)于數(shù)字化儀器 現(xiàn)代絕大多數(shù)儀器均采用數(shù)字化電路現(xiàn)代絕大多數(shù)儀器均采用數(shù)字化電路 儀器的參數(shù)和數(shù)據(jù)數(shù)字化儀器的參數(shù)和數(shù)