漫談同位素分析的幾個問題河北省農林科學院同位素農業應用研究中心

CenterofIsotopicApplicationinAgriculturalSciences，HAAFSCIAAS高占鋒

2013年6月7日常用的縮寫空氣各成分的含量常用元素元素周期表中的位置常用計量單位的關系分析天平的級別常用化學反應主要分析設備間的關系濕法和干法前處理的優缺點交叉污染的來源分析結果的誤差來源關于數字化儀器常用的縮寫MSMassSpectrometry(Spectrometer)質譜學（儀）EAElementalAnalysis(Analyzer)元素分析（儀）TCDThermoConductiveDetectorDIDualInlet(system)雙路進樣（系統）CFContinuousFlow連續流Conflo連續流接口Referencegas參考氣GC

GasChromatography氣相色譜GC-CGasChromatography-Combustion氣相色譜-燃燒爐A/DAnalog/Digital

模擬/數字轉換空氣各成分的含量名稱分子式

體積℅

重量℅氧

O220.9323.1氮

N278.0375.06氦He(4.6~5.3)×10-40.7×10-4氖Ne(15~18)×10-412×10-4氬Ar0.9321.286氪Kr1.80×10-43×10-4氙Xe0.08×10-40.4×10-4氡Rn6×10-13

氫

H20.5×10-40.036×10-4二氧化碳CO20.030.046臭氧

O3(0.01~0.02)×10-40.2×10-4水蒸氣H2O0.03

氧化亞氮N2O0.3×10-4

甲烷CH41.7×10-4

常用同位素在元素周期表中的位置

農業科研常用的穩定同位素組成元素相對原子量核素同位素豐度（%）H1.007941H99.98442H0.0156C12.010712C98.892213C1.1078N14.006714N99.633715N0.3663O15.999416O99.762117O0.037918O0.2000常用計量單位的關系倍率K=103M=106G=109

千或K兆Gd=10-1c=10-2m=10-3

μ=10-6n=10-9p=10-12分厘毫微納皮重量Kg(103)gmg(10-3)μg(10-6)ng(10-9)pg(10-12)千克克毫克微克納克皮克長度Km(103)mdm(10-1)cm（10-2)mm(10-3)μm(10-6)nm(10-9)千米米分米厘米毫米微米納米常用計量單位的關系體積m3dm3（l）cm3（ml）mm3（μl）立方米升毫升微升壓力1大氣壓（atm）=1ba=760mmHg（torr乇）=105Pa=0.1MPa1乇=1mmHg=1.33mba=133Pa濃度mol/lppm（10-6）w/ww/vv/v分析天平的級別萬分之一天平

不確定度10-4g，即0.1mg，稱量誤差與稱樣量有關。0.2000g0.05%,0.1000g0.1%百萬分之一天平不確定度10-6g，即0.001mg，或1μg。100μg1%

1000μg0.1%常用化學反應元素分析儀（C、N測定-燃燒爐）高溫1000℃樣品+O2NOX+CO2+H2O+SO2氧化高溫600℃N2+CO2GCMS還原

副反應N2+O2NO常用化學反應元素分析儀（H、O測定-高溫爐）

高溫1400℃樣品CO+CO2+H2O+H2S+NH2-R

裂解

高溫還原H2+COGCMS

玻璃碳常用化學反應K氏定氮儀（濃硫酸消化）

濃硫酸（催化劑）樣品CO2+H2O+SO2+（NH4）2SO4（消化）

400℃（NH4）2SO4

+NaOHNH3+Na2SO4+H2O（蒸餾）NH3+H2SO4（NH4）2SO4

+H2O（滴定）常用化學反應N2制樣系統

2NH4++3BrO-+20H-

N2

+

3Br-+5

H20（2NH3

+3BrO-N2

+

3Br-+3H20）(NH4)2SO4+3LiBrO

+2Li0H

N2

+

3LiBr

+Li2SO4+5

H20副反應BrO-+Br-+2H+

Br2+H2O主要分析設備間的關系

ConfloIV燃燒（Dumas）—N2

CO2高溫裂解—H2COGC分離、檢測DeltaVMS參考氣樣品抽除系統元素分析儀—Conflo—MS主要分析設備間的關系

DualInlet干法燃燒（Dumas）—N2

CO2濕法：K氏定氮—N2制樣系統（N2）DeltaVMS參考氣K氏定氮—制樣系統—DI—MS主要分析設備間的關系

制樣系統（N2）K氏定氮

DualInlet元素分析儀樣品抽除系統ConfloIVDeltaVAdvantageMS參考氣干法濕法濕法和干法前處理的優缺點干法：元素分析儀濕法：K氏定氮+制樣系統濕法和干法前處理的優缺點項目干法濕法樣品處理稱樣量小，50-5000μg大，100-1000mg樣品粉碎要求高，至少100目要求低，60-80目稱樣時間長短測定結果元素含量準確性低高天然同位素豐度低高富集同位素豐度低高測定元素元素數量多少可操作性自動化程度高低運行費用分析成本高低交叉污染綜合不詳不詳交叉污染的來源記憶效應（吸附，分析管路）K氏定氮儀(包括消