稳定同位素比例质谱仪(IRMS)的原理和应用

稳定同位素比例质谱仪（IRMS）的原理和应用

祁彪，崔杰华

同位素质谱最初是伴随着核科学与核工业的发展而发展起来的，同位素质谱是同位素地质学发展的重要实验基础。当前我国同位素质谱技术已深入到矿床同位素地球化学、岩石年代学、有机稳定同位素地球化学、无机稳定同位素地球化学等各个方面，并在国家一系列重大攻关和研究课题中发挥重大作用，如金矿和石油天然气研究、水资源开发等。稳定同位素技术的出现加深了生态学家对生态系统过程的进一步了解，使生态学家可以探讨一些其它方法无法研究的问题。与其它技术相比，稳定同位素技术的优点在于使得这些生态和环境科学问题的研究能够定量化并且是在没有干扰（如没有放射性同位素的环境危害）的情况下进行。有些问题还只能通过利用稳定同位素技术来解决。现在，有许多农业研究机构和大学，已经开始使用高精度同位素质谱计从事合理用肥、果实营养、固氮分析、农药毒性、家畜气候对作物的影响以及食品质量控制等多方面的研究工作。与原子能和地质研究工作相比较，在农业和食品方面应用同位素方法从事科研和检测工作，正处于方兴未艾阶段，随着人类社会发展，对农业的要求越来越高，今后大力开展和普及用现代化方法研究农业增产、改善果实质量以及进行食品质量控制检测的工作前途无限广阔。

一、有关同位素的基本概念

1、同位素（Isotope）

由于原子核所含有的中子数不同，具有相同质子数的原子具有不同的质量，这些原子被称为同位素。例如，碳的3个主要同位素分别为12C、13C和14C，它们都有6个质子和6个电子，但中子数则分别为6、7和8。

2、稳定同位素（Stable isotope）

同位素可分为两大类：放射性同位素（radioactive isotope）和稳定同位素（stable isotope）。

凡能自发地放出粒子并衰变为另一种同位素者为放射性同位素。

无可测放射性的同位素是稳定同位素。其中一部分是放射性同位素衰变的最终稳定产物。例如206Pb 和87Sr等。另一大部分是天然的稳定同位素，即自核合成以来就保持稳定的同位素，例如12C和13C、18O 和16O等。与质子相比，含有太多或太少中子均会导致同位素的不稳定性，如14C。这些不稳定的“放射性同位素”将会衰变成稳定同位素。

3、同位素丰度（Isotope abundance）

①绝对丰度：指某一同位素在所有各种稳定同位素总量中的相对份额，常以该同位素与1H（取1H ＝1012）或28Si（28Si＝106）的比值表示。这种丰度一般是由太阳光谱和陨石的实测结果给出元素组成，结合各元素的同位素组成计算的。

②相对丰度：指同一元素各同位素的相对含量。例如12C＝98.892％，13C＝1.108％。大多数元素由两种或两种以上同位素组成，少数元素为单同位素元素，例如19F＝100％。

4、R值和δ值

①一般定义同位素比值R为某一元素的重同位素原子丰度与轻同位素原子丰度之比. 例如D/H、13C/12C、34S/32S等，由于轻元素在自然界中轻同位素的相对丰度很高，而重同位素的相对丰度都很低，R值就很低且冗长繁琐不便于比较，故在实际工作中通常采用样品的δ值来表示样品的同位素成分。

②样品（sq）的同位素比值Rsq与一标准物质（st）的同位素比值（Rst）比较，比较结果称为样品的δ值。其定义为：

δ（‰）=（Rsq/Rst －1）×1000

即样品的同位素比值相对于标准物质同位素比值的千分差。

5、同位素标准（Isotope standard）

δ值的大小显然与所采用的标准有关，所以在作同位素分析时首先要选择合适的标准，不同的样品间的比较也必须采用同一标准才有意义。对同位素标准物质的一般要求是：

（a）组成均一性质稳定；

（b）数量较多，以便长期使用；

（c）化学制备和同位素测量的手续简便；

（d）大致为天然同位素比值变化范围的中值，便用于绝大多数样品的测定；

（e）可以做为世界范围的零点。

目前国际通用的同位素标准是由国际原子能委员会（IAEA）和美国国家标准和技术研究所（NIST）颁布的，其主要的分析标准和数据报道如下：

（a）氢同位素：分析结果均以标准平均大洋水（Standard Mean Ocean Water，即SMOW）为标准报导，这是一个假象的标准，以它作为世界范围比较的基点，其D/H SMOW =（155.76±0.10）×10－6。事实上并不存在SMOW这样一种无知，它是根据NBS－1定义的，NBS－1是由NBS分发的一个水样，

＝－47.6‰。后来IAEA 它是用Potome河水制成的蒸馏水，相对于SMOW，其氢同位素比值为：δD NBS

－1

分发了两个用作同位素标准的水样V－SMOW和SLAP，其氢同位素比值分别为

δD VSMOW＝0‰。

δD SLAP＝－428‰。

（b）碳同位素：标准物质为美国南卡罗来纳州白垩纪皮狄组层位中的拟箭石化石（Peedee Belemnite，即PDB），其13C/12C =（11237.2±90）×10－6，定义其δ13C＝0‰。。

（c）氧同位素：大部分氧同位素分析结果均以SMOW标准报导，它是根据水样NBS－1定义的，18O/16O SMOW＝（2005.2±0.43）×10－6，17O/16O SMOW＝（373±15）×10－6；而在碳酸盐样品氧同位素分析中则经常采用PDB标准，其18O/16O＝2067.1×10－6，它与SMOW标准之间存在转换关系。相对于SMOW，NBS－1的样同位素比值为：δ18ONBS－1＝－7.94‰。两个IAEA标准水样VSMOW 和SLAP的氧同位素比值分别为：

δ18OVSMOW＝0‰。

δ18OSLAP＝－55.50‰。

（d）硫同位素：标准物质选用Canyon Diablo铁陨石中的陨硫铁(Troilite)，简称CDT。34S/32S CDT ＝0.0450045±93，定义CDT的δ34S＝0‰。。

（e）氮同位素：选空气中氮气为标准。15N/14N＝（3.676.5±8.1）×10－6，定义其δ15N＝0‰。。

（f）硅同位素：硅同位素组成常以30Si/28Si比值表示，标准是石英砂NBS－28，定义其δ30Si ＝0‰。

（g）硼同位素：采用SRM951硼酸做为标准，NBS推荐的11B/10B比值为4.04362±0.00137，定义其δ11B＝0‰。

二、稳定同位素比例质谱仪（IRMS）工作原理简介

质谱是按照原子（分子）质量的顺序排列的图谱。利用光谱法、核感应法或微波吸收法都可以构成试验装置，进行质谱研究；而历史上把基于电磁学原理设计而成的仪器叫做质谱仪（mass spectrometer 或mass spectrograph）。因此种仪器中采用的质量分析器只能对带电粒子起分离作用，所以，要求将被研究的原子（分子）转变成离子，而仪器所获得的信息则是离子的质量m与电荷e之比m/e。近百年来，人们利用质谱仪进行了原子量测定、同位素分离与分析、有机物结构分析和其它科学实验，形成质谱法（mass spetromettry或mass spetroscopy），其在现代分离、分析研究领域中占有重要地位。

质谱仪器的主要特点有：①擅长同位素分析；②可以进行多种形态样品（气体、液体、固体、常温、高温、常量、微量……）分析；③可以同时（或顺序）检测多种成分；④可以连续（或间歇）进样、连续分析；⑤可以提供丰富的结构信息；⑥可以进行快速分析与实时检测；⑦即可进行定性分析，也可定量分析；⑧样品用量少，灵敏度很高；⑨测量准确度与精密度较高；⑩仪器结构复杂，造价较高。同位素比例质谱仪是利用离子光学和电磁原理，按照质荷比（m/e）进行分离从而测定同位素质量和相对含量的科学实验仪器。

1、IRMS的基本测量过程

在稳定同位素分析中均以气体形式进行质谱分析，因此常有气体质谱仪之称。同位素质谱分析仪的

测量过程可归纳为以下步骤：

① 将被分析的样品以气体形式送入离子源；

② 把被分析的元素转变为电荷为e 的阳离子，应用纵电场将离子束准直成为一定能量的平行离子束；

③ 利用电、磁分析器将离子束分解为不同m/e 比值的组分；

④ 记录并测定离子束每一组分的强度；

⑤ 应用计算机程序将离子束强度转化为同位素丰度；

⑥ 将待测样品与工作标准相比较，得到相对于国际标准的同位素比值。

2、 IRMS 的基本原理：

同位素比例质谱仪的原理是首先将样品转化成气体（如CO 2，N 2，SO 2或H 2），在离子源中将气体分子离子化（从每个分子中剥离一个电子，导致每个分子带有一个正电荷），接着将离子化气体打入飞行管中。飞行管是弯曲的，磁铁置于其上方，带电分子依质量不同而分离，含有重同位素的分子弯曲程度小于含轻同位素的分子。

在飞行管的末端有一个法拉第收集器，用以测量经过磁体分离之后，具有特定质量的离子束强度。由于它是把样品转化成气体才能测定，所以又叫气体同位素比例质谱仪。以CO 2为例，需要有三个法拉第收集器来收集质量分别为44、45和46的离子束。不同质量离子同时收集，从而可以精确测定不同质量离子之间的比率。

带电粒子在磁场中运动时发生偏转，偏转程度与粒子的质荷比m/e 成反比。带电离子携带电荷e'，通过电场时获得能量e'V ，它应与该离子冬动能相等：

1/2m' v' 2＝e' V （1）

式中m'和 v'分别为粒子的质量和速度，e'为粒子电荷，V 为电压。带电粒子沿垂直磁力线方向进入磁场时，受到洛仑兹力作用，此力垂直于磁场方向和运动方向，力的大小为：

F=e ' VB/c （2）

式中B 为磁场强度，c 为光速。合并（1）和（2）式，得到：

F ＝/m e'c 2V

e'm c V

2e' e' B B ＝ （3）

显然，F 为粒子质量的函数，确切来说是荷质比/m e'的函数。据此，带电粒子在磁场中运动时因洛仑兹力而偏转，导致不同质量同位素的分离，重同位素偏转半径大，轻同位素偏转半径小。

实际测定中，不是直接测定同位素的绝对含量，因为这一点很难做到；而是测定两种同位素的比值，例如18O/16O 或34S/32S 等。用作稳定同位素分析的质谱仪是将样品和标准的同位素比值作对比进行测量。

3、 IRMS 的基本结构

同位素比例质谱仪与其它质谱仪一样，其结构主要可分为进样系统、离子源、质量分析器和检测器四部分，此外还有电气系统和真空系统支持。

（a ） 进样系统：即把待测气体导入质谱仪的系统。它要求导入样品但不破坏离子源和分析室的真空。为避免扩散引起的同位素分馏，要求在进样系统中形成粘滞性气体流，即气体的分子平均自由路径小于储样器和气流管道的直径，因此气体分之间能够彼此频繁碰撞，分子间相互作用，形成一个整体。。

（b ） 离子源：在离子源中，待测样品的气体分子发生电离，加速并聚焦成束。针对某种元素，往往可以采用不止一种离子源测定同位素丰度。对离子源的要求是电离效率高，单色性好。

（c ） 质量分析器：接收来自质量分析器的具有不同荷质比的离子分开。主体为一扇形磁铁。要求其分离大，聚焦效果好。

（d ） 离子检测器：接收来自质量分析器的具有不同荷质比俄离子束，并加以放大和记录。由离子接收器和放大测量装置组成。离子通过磁场后，待分析离子束通过特别的狭缝后，重新聚焦落到接收器上并收集起来。接收器一般为法拉第筒。现代质谱仪都有两个或多个接收器以便同时接收不同质量数的离子束，交替车辆样品和标准的同位素比值并将两者加以比较，可以得到高的测量精度。对检测部分的

要求是灵敏度高，信号不畸变。

4、IRMS的主要部件

中国科学院沈阳应用生态研究所农产品安全与环境质量检测中心的Finnigan MA T DeltaplusXP同位素比例质谱仪是一种用于精密测定13C、15N、18O和34S同位素比值的中型质谱仪。该IRMS系统部件主要由系统主机、四个外设、两个接口和一个工作站组成。

①主机即质谱仪，由离子源、质量分析器、检测器、电气系统以及真空系统组成。

②四个外设包括：燃烧型元素分析仪（flash EA1112）、高温裂接元素分析仪（TC/EA）、气相色谱仪（GC）和预浓缩装置（PreCon）。

③两个接口：连接元素分析仪的连续流接口（即Conflo Ⅲ）和连接气相色谱仪的带燃烧、裂接的接口（GCC）。

④一个工作站：一台运行控制程序ISODA T NT的奔腾计算机。

三、IRMS分析技术的应用

随着同位素质谱测试技术的改进，大大拓宽了稳定同位素的研究领域。除了人们所熟知的“稳定同位素地球化学”已形成一门独立的学科外，稳定同位素技术还应用于农业、医学和环境科学研究领域。通过同位素分析，可以得知农作物施肥的最佳配方比和时间；诊疗病症；了解物品组成成分与来源；推断古气候及环境条件特征

总结它的应用主要分为两个方面：

①各种物质同位素δ值存在着天然的差异。

②稳定同位素示踪方法

同位素质谱测试技术应用的几个实例：

1、同位素比例质谱法鉴别海洛因来源

当前，毒品来源推断技术已成为国际上的研究热点之一。化合物的稳定同位素比值被称为该化合物的“同位素签字”，它能反映化合物的来源信息。海洛因是由吗啡经二乙酰化得到，海洛因的13C同位素比值能反映海洛因的合成和来源信息，但由于乙酰基对13C的贡献，不能完全反映吗啡来源地信息。因此，为研究海洛因的来源地，应排除乙酰基的影响，即把海洛因水解为吗啡，再测定吗啡的13C同位素比值来推断其原产地。

2、生态系统中污染物的监测与环境保护

在不同环境条件下，稳定同位素的组成会有一定的差异。譬如不同来源的含氮物质可以具有不同的氮同位素组成，因此氮同位素是一种很好的污染物指示剂。目前，化肥的使用非常普遍，土壤中的氮肥及其它的含氮有机物随着水土的流失而流进江河湖海，因此δ15N值可以作为水域环境污染程度指标。

3、食品质量控制方面的应用

根据植物C3和C4循环产物的δ13C值得不同，碳同位素技术在食品质量控制方面可以发挥特别的作用，能够解决常规分析技术解决不了的问题。例如，常规归分析技术无法分别甜菜糖和蔗糖，但甜菜是C3植物，δ13C约为－25.5‰，蔗糖是C4植物，δ13C约为－11.5‰，应用碳同位素技术则可以轻而易举地加以区分。同样枫树是C3植物，δ13C＝－22.4‰～－25.5‰，所以在枫树糖浆中若掺入蔗糖，用δ13C分析即可检出。同样的方法可以鉴别蜂蜜（主要来自C3植物）中掺入的蔗糖，或是区别天然香料（δ13C约为－20‰）和合成香料（δ13C＝－27‰）等。谷物发酵形成酒精的过程中碳同位素分馏不超过千分之几，所以也可用来鉴别酒类。应用碳同位素技术甚至可以坚定喂蛋鸡的饲料，用麦子喂养鸡的蛋其δ13C＝－23.7‰，玉米喂养鸡的蛋其δ13C＝－11.0‰，混合饲料喂养鸡时的蛋其δ13C介于其间。

同样的原理还可以应用于考古，由于有机残余物的δ13C可追溯古代文明的食品状况。把碳和氧同位素综合应用，还可对于不同食品的混合作出更精细的判断。

浅谈质谱技术及其应用word精品

浅谈质谱技术及其应用 摘要：质谱分析灵敏度高，分析速度快，被广泛应用于化学，化工，环境，能源，医药，运动医学，刑事科学技术，生命科学，材料科学等各个领域。本文对质谱仪原理进行了介绍，并叙述了质谱仪的发展过程，对质谱仪技术在各个领域的应用进行了综述，并对其发展提出了展望。 关键词：质谱仪应用发展 1质谱技术 质谱（又叫质谱法）是一种与光谱并列的谱学方法，通常意义上是指广泛应用于各个学科领域中通过制备、分离、检测气相离子来鉴定化合物的一种专门技术。质谱法在一次分析中可提供丰富的结构信息，将分离技术与质谱法相结合是分离科学方法中的一项突破性进展。在众多的分析测试方法中，质谱学方法被认为是一种同时具备高特异性和高灵敏度且得到了广泛应用的普适性方法。 1.1质谱原理 质谱分析是一种测量离子质荷比（质量-电荷比）的分析方法，其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。 1.2质谱技术的发展 1910年，英国剑桥卡文迪许实验室的汤姆逊研制出第一台现代意义上的质谱仪器。这台质谱仪的诞生，标志着科学研究的一个新领域一质谱学的开创。第一台质谱仪是英国科学家弗朗西斯阿斯顿于1919年制成的。阿斯顿用这台装置发现了多种元素同位素，研究了53个非放射性元素，发现了天然存在的287种核素中的212种，第一次证明原子质量亏损。他为此荣获1922年诺贝尔化学奖。1934年诞生的双聚焦质谱仪是质谱学发展的又一个里程碑。在此期间创立的离子光学理论为仪器的研制提供了理论依据。双聚焦仪器大大提高了仪器的分辨率，为精确原子量测定奠定了基础 1.3质谱技术的分类

稳定同位素比例质谱仪(IRMS)的原理和应用

稳定同位素比例质谱仪（IRMS）的原理和应用 祁彪，崔杰华 （中国科学院沈阳应用生态研究所农产品安全与环境质量检测中心，沈阳，110016）同位素质谱最初是伴随着核科学与核工业的发展而发展起来的，同位素质谱是同位素地质学发展的重要实验基础。当前我国同位素质谱技术已深入到矿床同位素地球化学、岩石年代学、有机稳定同位素地球化学、无机稳定同位素地球化学等各个方面，并在国家一系列重大攻关和研究课题中发挥重大作用，如金矿和石油天然气研究、水资源开发等。稳定同位素技术的出现加深了生态学家对生态系统过程的进一步了解，使生态学家可以探讨一些其它方法无法研究的问题。与其它技术相比，稳定同位素技术的优点在于使得这些生态和环境科学问题的研究能够定量化并且是在没有干扰（如没有放射性同位素的环境危害）的情况下进行。有些问题还只能通过利用稳定同位素技术来解决。现在，有许多农业研究机构和大学，已经开始使用高精度同位素质谱计从事合理用肥、果实营养、固氮分析、农药毒性、家畜气候对作物的影响以及食品质量控制等多方面的研究工作。与原子能和地质研究工作相比较，在农业和食品方面应用同位素方法从事科研和检测工作，正处于方兴未艾阶段，随着人类社会发展，对农业的要求越来越高，今后大力开展和普及用现代化方法研究农业增产、改善果实质量以及进行食品质量控制检测的工作前途无限广阔。 一、有关同位素的基本概念 1、同位素（Isotope） 由于原子核所含有的中子数不同，具有相同质子数的原子具有不同的质量，这些原子被称为同位素。例如，碳的3个主要同位素分别为12C、13C和14C，它们都有6个质子和6个电子，但中子数则分别为6、7和8。 2、稳定同位素（Stable isotope） 同位素可分为两大类：放射性同位素（radioactive isotope）和稳定同位素（stable isotope）。 凡能自发地放出粒子并衰变为另一种同位素者为放射性同位素。 无可测放射性的同位素是稳定同位素。其中一部分是放射性同位素衰变的最终稳定产物。例如206Pb 和87Sr等。另一大部分是天然的稳定同位素，即自核合成以来就保持稳定的同位素，例如12C和13C、18O 和16O等。与质子相比，含有太多或太少中子均会导致同位素的不稳定性，如14C。这些不稳定的“放射性同位素”将会衰变成稳定同位素。 3、同位素丰度（Isotope abundance） ①绝对丰度：指某一同位素在所有各种稳定同位素总量中的相对份额，常以该同位素与1H（取1H ＝1012）或28Si（28Si＝106）的比值表示。这种丰度一般是由太阳光谱和陨石的实测结果给出元素组成，结合各元素的同位素组成计算的。 ②相对丰度：指同一元素各同位素的相对含量。例如12C＝98.892％，13C＝1.108％。大多数元素由两种或两种以上同位素组成，少数元素为单同位素元素，例如19F＝100％。 4、 R值和δ值 ①一般定义同位素比值R为某一元素的重同位素原子丰度与轻同位素原子丰度之比. 例如 D/H、13C/12C、34S/32S等，由于轻元素在自然界中轻同位素的相对丰度很高，而重同位素的相对丰度都很低，R值就很低且冗长繁琐不便于比较，故在实际工作中通常采用样品的δ值来表示样品的同位素成分。 ②样品（sq）的同位素比值Rsq与一标准物质（st）的同位素比值（Rst）比较，比较结果称为样品的δ值。其定义为： δ（‰）=（Rsq/Rst －1）×1000 即样品的同位素比值相对于标准物质同位素比值的千分差。 5、同位素标准（Isotope standard） δ值的大小显然与所采用的标准有关，所以在作同位素分析时首先要选择合适的标准，不同的样品间的比较也必须采用同一标准才有意义。对同位素标准物质的一般要求是：

稳定同位素技术的发展及其应用

核技术与核安全课程作业 稳 定 同 位 素 技 术 的 发 展 及 其 应 用

原子核内质子数相同而中子数不同的一类原子称为同位素，它们处在周期表上的同一位置，可分为稳定性同位素和放射性同位素。放射性同位素的原子核是不稳定的，它通过自发的放出粒子而衰变成另一种同位素。而不具有放射性的同位素称为稳定同位素，其中一部分是由放射性同位素通过衰变后形成的稳定产物，称为放射成因同位素；另一部分是天然的稳定同位素，是核合成以来就保持稳定，迄今为止还未发现它们能够自发衰变形成其他同位素。自然界中共有1700余种同位素，其中稳定同位素有270余种。有的元素由很多的稳定同位素组成，如第50号元素锡含有10个稳定同位素；而有的稳定同位素却仅仅只有一个稳定同位素，如元素氟、钠等。 稳定同位素较放射性同位素具有安全、无污染、易控制的优点，在地质、生态、医药、农业等领域研究中得到广泛应用。 1.稳定同位素技术的发展过程 稳定同位素的发现比放射性同位素要晚一些，1912年汤姆孙用电磁分析器（近代质谱计的雏形）才第一次确定了氖-20和氖-22的存在；1927年发现了氧的稳定同位素O 17和O 18 ；1932年发现了重氢（D ）。1936年尤里等用精馏法从水中富集了O 18，随后又用化学交换法富集了Li 8，C 13，N 15和S 34，不但证实了早年发表过的有关分离的计算理论，同时也发现了化学交换法对大量分离轻同位素很合适的。与此同时也采取了几种物理方法分离了若干种同位素。 在1930-1941年期间稳定同位素分离还处于探索阶段，此时尚无工业规模的生产，少量分离物只是提供研究同位素本身的核性质以及作为示踪原子用。到20世纪50年代后期，由于科学技术的进步及稳定同位素特殊性质的逐步显示，才使之得以迅速发展。我国稳定同位素的研制工作起步于50年代中，60年代首先在农业上获得应用。之后，在医药学中的应用也取得初步成果。目前，我国已有一支稳定同位素的研究、生产机应用的技术队伍，个别产品进入了国际市场。 2.稳定同位素分析技术 稳定同位素分析是分离研究、生产和应用的前提，它是稳定同位素科学技术中不可缺少的组成部分。其中最重要的方法是质谱分析，它用于同位素分析已有70年历史，是经典、常用，准确的方法，适用于各种元素同位素质量和浓度测定以及物质成分和结构分析。近来在样品引入、离子源、分析器以及检出系统等四个主要方面都有重大的改进。在样品引入部分加上气相色谱，构成色质联用仪器，可以分析复杂混合物样品而不必转化为简单气体。此外，现在又出现高压液相色谱与质谱联用的更新技术。在离子化方面出现了许多新型离子化型式，如化学离子化，在离子源中产生的离子基本上是分子离子，谱线要比普通的电子轰击离子化单纯得多，大大提高了检测灵敏度。又如场致离子化和场解吸离子化，它们都是不直接轰击样品分子，是一种软离子化技术，不出现离子碎片，基本上没有同位素效应的干扰问题，可以直接分析多成分的混合物样品，而且不必像GC-MS 那样需要引入适合于气相色谱的诱导体，所以操作更为简单。这对多重标记物的分析十分有利，能测定稀释了一百万倍的样品，最小检测量可低到fs(1510 g)。此外，还有激光离子化、大气压离子化和多点场离子化等。在分析器方面，除了磁场偏转形式外，还有一种简便的四重极质量过滤器，它是用四根圆棒电极(最好是双曲线断面型式)代替了笨重的磁铁。对角线上两根电极互成一对，分别加上高

气体稳定同位素比质谱仪Thermo Delta V Advantage介绍

气体稳定同位素比质谱仪介绍（Thermo Delta V Advantage） 清华大学环境学院公共研究平台文彦杰 2012年3月22日

Thermo Delta V Advantage 同位素质谱介绍清华大学环境学院文彦杰 一、概述 1.1 硬件部分 第一部分——质谱（桌面以下） 测：N2O、CO2，H2、CO，N2，SO2→ 计算出H、C、N、O、S同位素比第二部分——强大的前处理附件（桌面以上） 又分为三个独立部分（由左向右）： Precon（气体混合物中N2O、CH4、CO2的C、N同位素比）→ N2O、CO2 EA/HT（液体样品中的H、O同位素比）→ H2、CO （固态样品中C、N、S同位素比）→ N2、CO2、SO2 GC-Isolink（液态有机物中C、N同位素比）→ N2、CO2 （顶空进样，无机气体中C、N同位素比）→ N2、CO2

Thermo Delta V Advantage 同位素质谱介绍清华大学环境学院文彦杰 1.2 操作软件 操作界面概览：

二、Flash EA/HT 2.1 概述 2.1.1 可分析物质 ①固体进样，固体自动进样盘——无机或有机固体样品中总氮、总碳、总硫、总氢、总氧的同位素比。 ②液体进样，液体自动进样器——水或其它液体样品中总氢、总氧的同位素比。 2.1.2 流路 快速燃烧模式：产生和分离N2、CO2、SO2 高温裂解模式：产生和分离H2和CO 2.2 D/H和18O/16O的测定 高温裂解模式： 裂解管定量高温转换，1320℃，迅速定量地把样品中氧和氢转换为CO和H2。

CO和H2通过恒温色谱柱分离，按时间顺序进入质谱仪的离子源，被高速电子打为带电离子H2+（或CO+），通过磁场分离，被法拉第杯收集到2、3质量数的H2+（而后，收集到28、29、30质量数的CO+）。 特点： 陶管，内套玻璃碳管，内填充玻璃化碳粒。 陶管含氧，必须不能与样品气接触，以免发生氧交换。 实现单次同时测定D/H和18O/16O同位素比值。 亚微升进样量，5-6min测定完成。 应用： 有机物的H、O分析 H2O的同位素比分析 硫酸盐、磷酸盐、硝酸盐的O同位素分析 硝酸盐的N、O同位素分析 页硅酸盐、闪石的H同位素分析 2.3 13C/12C、15N/14N和36S/34S的测定 快速燃烧模式： 固态有机物由固体进样盘进入燃烧管，转化为N2、CO2、SO2，经GC分离，进入IRMS。 特点： 氧气在预先设定的时刻自动注入反应炉，保证样品定量转换。 测量样品中的某元素总量的同位素比。 样品被锡杯包好，落入反应炉后燃烧。 燃烧产生N2和CO2，可能产生的N x O被燃烧管中的Cu还原为N2。

质谱仪原理

王俊朋6 我的主页帐号设置退出儒生一级|消息私信通知|我的百科我的贡献草稿箱我的任务为我推荐|百度首页新闻网页贴吧知道音乐图片视频地图百科文库 帮助首页自然文化地理历史生活社会艺术人物经济科技体育图片数字博物馆核心用户百科商城秦始皇兵马俑博物馆 质谱仪 求助编辑百科名片 CHY-2质谱仪质谱仪又称质谱计。分离和检测不同同位素的仪器。即根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离和检测物质组成的一类仪器。 目录 质谱仪原理 质谱仪简介 用法 有机质谱仪 无机质谱仪 同位素质谱仪 离子探针 编辑本段质谱仪原理质谱仪能用高能电子流等轰击样品分子，使该分子失去电子变为带正电荷的分子离子和碎片离子。这些不同离子具有不同的质量，质量不同的离子在磁场的作用下到达检测器的时间不同，其结果为质谱图。 原理公式：q/m=2v/B2r2 编辑本段质谱仪简介 质谱仪以离子源、质量分析器和离子检测器为核心。离子源是使试样分子在高真空条件下离子化的装置。电离后的分子因接受了过多的能量会进一步碎裂成较小质量的多种碎片离子和中性粒子。它们在加速电场作用下获取具有相同能量的平均动能而进入质量分析器。质量分析器是将同时进入其中的不同质量的离子，按质荷比m/e大小分离的装置。分离后的离子依次进入离子检测器，采集放大离子信号，经计算机处理，绘制成质谱图。离子源、质量分析器和离子检测器都各有多种类型。质谱仪按应用范围分为同位素质谱仪、无机质谱仪和有机质谱仪；按分辨本领分为高分辨、中分辨和低分辨质谱仪；按工作原理分为静态仪器和动态仪器。 编辑本段用法分离和检测不同同位素的仪器。仪器的主要装置放在真空中。将物质气化、电离成离子束，经电压加速和聚焦，然后通过磁场电场区，不同质量的离子受到磁场电场的偏转不同，聚焦在不同的位置，从而获得不同同位素的质量谱。质谱方法最早于1913年由J.J.汤姆孙确定，以后经 F.W.阿斯顿等人改进完善。现代质谱仪经过不断改进，仍然利用电磁学原理，使离子束按荷质比分离。质谱仪的性能指标是它的分辨率，如果质谱仪恰能分辨质量m和m+Δm，分辨率定义为m/Δm。现代质谱仪的分辨率达105 ～106 量级，可测量原子质量精确到小数点后7位数字。 质谱仪最重要的应用是分离同位素并测定它们的原子质量及相对丰度。测定原子质量的精度超过化学测量方法，大约2/3以上的原子的精确质量是用质谱方法测定的。由于质量和能量的当量关系，由此可得到有关核结构与核结合能的知识。对于可通过矿石中提取的放射性衰变产物元素的分析测量，可确定矿石的地质年代。质谱方法还可用于有机化学分析，特别是微量杂质分析，测量分子的分子量，为确定化合物的分子式和分子结构提供可靠的依据。由

稳定同位素质谱仪的应用

稳定同位素质谱仪的应用 一、地质地球化学：稳定同位素质谱仪的最早应用 主要研究轻元素（CHONS）的稳定同位素在自然界（岩石圈、土壤圈、水圈、大气圈）的丰度及其变化机理、在各种天然过程中的化学行为，并以此为指导研究天然和环境物质的来源、迁移过程以及经历过的物理和化学反应。 研究领域： 固体地球学科：地球动力学、地质构造学、岩石学、矿床学、矿物学、沉积学。 其他：海洋学、水文学、冰川学、古气候学、天体学、天体化学、考古学、石油/石油相关。 二、农业、林业（起步也比较早） 稳定同位素技术在农业研究中的应用包括：科学施肥、作物营养代谢、生物固氮、土壤呼吸、农用化学物质对环境影响、饲料配方、水产养殖、林木果树、药材等。 ●肥料的利用/转化途径和利用效率（13C，15N）。 ●氮素的硝化、反硝化过程（2H，15N，18O）。 ●光合作用及同化产物的传导和分布研究 ●利用稳定同位素展开的固氮研究。 ●农业残留、代谢及降解研究。 ●土壤碳氮循环研究：有机质年龄及周转率的测定、土壤细根年龄测算、土壤呼吸 等。 三、生态 稳定同位素技术加深了对生态过程的研究，可以探讨一些其他方法无法研究的问题。 1. 植物生理生态学 稳定同位素（2H、13C、15N和18O）可对生源元素的吸收、水分来源、水分平衡和利用效率等进行测定，从而研究植物的光合作用途径； ●植物水分胁迫程度； ●植物水分利用效率：植物13C组成能够在时间尺度上反映植物的水分利用效率。 ●植物水通量检测：通过植物中水2H和18O组成，判定植物对表层水和深层水的依 赖程度。 ●确定植物的分布区域（15N,18O,2H） ●光合作用、呼吸作用研究：对生态系统CO2交换的相对贡献（13C，18O） ●蒸发和升腾作用研究：对生态系统水交换或蒸散（ET）的相对贡献（2H，18O） ●树木年轮同位素环境响应：通过年轮同位素比值变化，分析过去环境变化（湿度、 旱涝、气候特征）。 2. 生态系统生态学 稳定同位素技术可用来研究生态系统的气体交换、生态系统功能及对全球变化的响应

(完整版)质谱法的原理和应用

质谱法的原理和应用 原理 待测化合物分子吸收能量（在离子源的电离室中）后产生电离，生成分子离子，分子离子由于具有较高的能量，会进一步按化合物自身特有的碎裂规律分裂，生成一系列确定组成的碎片离子，将所有不同质量的离子和各离子的多少按质荷比记录下来，就得到一张质谱图。由于在相同实验条件下每种化合物都有其确定的质谱图，因此将所得谱图与已知谱图对照，就可确定待测化合物用电场和磁场将运动的离子（带电荷的原子、分子或分子碎片）按它们的质荷比分离后进行检测的方法。测出了离子的准确质量，就可以确定离子的化合物组成。这是由于核素的准确质量是一多位小数，决不会有两个核素的质量是一样的，而且决不会有一种核素的质量恰好是另一核素质量的整数倍。 应用 质谱中出现的离子有分子离子、同位素离子、碎片离子、重排离子、多电荷离子、亚稳离子、负离子和离子－分子相互作用产生的离子。综合分析这些离子，可以获得化合物的分子量、化学结构、裂解规律和由单分子分解形成的某些离子间存在的某种相互关系等信息。 质谱法特别是它与色谱仪及计算机联用的方法，已广泛应用在有机化学、生化、药物代谢、临床、毒物学、农药测定、环境保护、石油化学、地球化学、食品化学、植物化学、宇宙化学和国防化学等领域。近年的仪器都具有单离子和多离子检测的功能，提高了灵敏度及专一性，灵敏度可提高到10（克水平。用质谱计作多离子检测，可用于定性分析，例如，在药理生物学研究中能以药物及其代谢产物在气相色谱图上的保留时间和相应质量碎片图为基础，确定药物和代谢产物的存在；也可用于定量分析，用被检化合物的稳定性同位素异构物作为内标，以取得更准确的结果。 在无机化学和核化学方面，许多挥发性低的物质可采用高频火花源由质谱法测定。该电离方式需要一根纯样品电极。如果待测样品呈粉末状，可和镍粉混合压成电极。 此法对合金、矿物、原子能和半导体等工艺中高纯物质的分析尤其有价值，有可能检测出含量为亿分之一的杂质。 利用存在寿命较长的放射性同位素的衰变来确定物体存在的时间, 在考古学和地理学上极有意义。例如, 某种放射性矿物中有放射性铀及其衰变产物铅的存在，铀238 和铀235 的衰变速率是已知的，则由质谱测出铀和由于衰变产生的铅的同位素相对丰度，就可估计该轴矿物生成的年代。 近年来质谱技术发展很快。随着质谱技术的发展, 质谱技术的应用领域也越来越广。由于质谱分析具有灵敏度高，样品用量少，分析速度快，分离和鉴定同时进行等优点，因此，质谱技术广泛的应用于化学，化工，环境，能源，医药，运动医学，刑侦科学，生命科学，材料科学等各个领域。 质谱仪种类繁多，不同仪器应用特点也不同，一般来说，在300C左右能汽化的样品，可以优先考虑用GC-MS进行分析，因为GC-M3使用EI源，得到的质谱信息多，

稳定性同位素内标与质谱检测

稳定性同位素内标与质谱检测 稳定性同位素内标是质谱方法（稳定性同位素稀释法）独有的，没有别的临床检测方法用到同位素内标。比如光吸收和免疫的方法，都无法分辨出被检测物和同位素内标的区别，因为它们的理化性质太接近了。如果真的加进内标，那测出来的值肯定大大的偏高。只有质谱才能把同位素内标和要检测的物质分得开，虽然它们的差别只有几个道尔顿。现在的内标基本都是稳定同位素标记的，最常见的是D和13C。同位素内标和被检测物是同一个物质，但是其中的几个氢原子被氘所取代，或者是12C换成了13C，理化性质基本不变。 同样是标记，13C就比D要好。但是D要比13C便宜很多。绝大多数D做的内标性能是很好的。出问题的经常是一些疏水性比较差，保留时间比较短的物质。出峰的时候跟很多其它物质一起出来，些许的偏差就能引起浓度测不准。 临床检测的数据要想测的准，离不开一条好的标准曲线。通俗来讲，标准曲线就像一把尺子。只有把尺子做准确了，才能把未知物品的长度测准确。从科学上来讲，标准曲线就是检测物质的浓度和仪器读数的一种线形关系。一般是浓度越高，读数越大。标准品的浓度是已知的，高中低都有。测完标准品以后，把它们的浓度和仪器测得的读数在x/y的坐标纸上一画，连一条线就成了。测未知的病人样品时，浓度（x）是未知的，只有仪器的读数(y)，通过这条曲线可以把y 换算成浓度。 标准品应该怎么做，怎么用，这里面有很多学问。质谱是新鲜技术，大多的检测项目还买不到标准品，只能自己配。做标准品需要有纯样品。最好的纯样品应该是浓度和纯度都有保证书的，这样用起来放心。如果是液体的溶液就更好了，省去自己称量和溶解的麻烦。高浓度的纯样品要稀释到不同的低浓度才能使用。用什么来稀释是下一个非常关键的步骤，这里面牵扯到基质效应。因为基质效应这块儿瓦是质谱临床应用里比较难理解的一个概念。 目前同位素内标广泛应用于临床检测中：

元素分析仪-稳定同位素比例质谱仪的使用及维护

第16卷第3期2018年6月实验科学与技术 Experiment Science and Technolog ^^VoL . 16 N o . 3 Jun . 2018 元素分析仪-稳定同位素比例质谱仪的使用及维护 严玉鹏\郭智成2,张丽梅1 (1.华中农业大学资源与环境学院，湖北武汉430070; 2.北京嘉德元素科技有限公司，北京朝阳区101318) 摘要元素分析仪-稳定同位素比例质谱仪具有灵敏、快速、高效、便捷等特点，在同位素自然丰度和示踪分析方面得 到广泛应用。元素分析仪-稳定同位素比例质谱仪的科学管理和正确使用维护，是获得良好测试数据和延长仪器使用寿命的 前提和基础。介绍了元素分析仪-稳定同位素比例质谱仪的工作原理和操作流程，并对使用过程中出现的问题提出了应对策 略。此外，还对元素分析仪-同位素比例质谱仪使用过程中的日常维护和注意事项进行了阐述。 关键词元素分析仪；同位素比例质谱仪；使用；维护中图分类号 TH6 文献标志码 A d o i:10.3969/j.issn. 1672 -4550. 2018. 03. 018 Use and Maintenance of Elemental Analyzer - Isotope - Ratio Mass Spectrometer (EA - IRMS) YAN Yupeng 1 , GUO Zhicheng 2, and ZHANG Limei 1 (1. College of Resources and Environment, Huazhong Agricultural University, W uhan 430070 , China ； 2. Beijing Jiade Element Technology Co. , Ltd, Chaoyang 101318, China) Abstract The elemental analyzer-isotope-ratio mass spectrometer( E A -IR M S ) is sensitive, rapid, efficient and convenient properties, which is widely used in isotope natural abundance analysis and trace analysis. The scientific management and proper use and maintenance of the elemental analyzer-stable isotope ratio mass spectrometer is the prerequisite and foundation for boating good test data and prolonging the service life of the instrument. This article describes the working principle and operation flo w - of the elemental analyzer - stable isotope ratio mass spectrometer, and proposes the countermeasures for the problems that arise during the use. In ad-dition ,routing maintenance and precautions during the use of the elemental analyzer - isotope proportional mass spectrometer are de-scribed. Key words elemental analyzer(EA ); isotope - ratio mass spectrometer(IRM S); use ； instrument maintenance 了 EA -IRMS 的基本工作原理，结合对该实验室 Vario PYRO cube 元素分析仪-Isoprime 100 稳定同位素比例质谱仪的管理和使用经验，较详细地介 绍了 EA -IRMS 在日常管理和使用维护等方面的一 些体会，希望与同行们共享。1 E A -I R M S 的工作原理 元素分析仪-稳定同位素比例质谱仪整个分析 系统主要包括Vario PYRO cube 元素分析仪、 Isoprime 100质谱仪、稀释器和参考气进样器四部 分，结构示意简图如图1(以CN 模式为例）所示。 元素分析仪-稳定同位素比例质谱（EA -IRMS ) 分析法在同位素自然丰度和示踪分析方面得到广 泛应用，具有测试速度快、结果精确、样品用量 少等优点[1]。作为便捷的分析测试仪器，E A - IRMS 被广泛应用于地球化学、地质、环境、生 物、农业、生态系统以及食品检测等各领域[2-13]。 EA -IRMS 技术可应用于土壤、植物等样品中H 、 C 、N 、O 和S 等元素的定量分析以及其稳定碳同 位素比例的高效精确测定和分析。EA -IRMS 的科 学管理和正确使用维护，是获得良好测试数据和 延长仪器使用寿命的前提和基础。本文主要介绍 收稿日期：2016-12-01;修改日期：2017-04-01 基金项目：国家自然科学基金(41603100)。 作者简介：严玉鹏（1986-)，男，博士，工程师，主要从事大型实验仪器管理工作

仪器名称气体稳定同位素比质谱仪

仪器名称：气体稳定同位素比质谱仪 数量：1套，进口 用途：科研及教学。 技术指标（标注有*的部分为重要技术条款，不能有负偏离）： 1. 工作条件： 1.1环境温度：18℃-28℃，对环境温度变化敏感度小； 1.2相对湿度：20% - 70%； 1.3电源电压：230V-10%+6%, 16A\50Hz单相； 2. 设备用途： 2.1 元素－同位素质谱联用：用于固体样品、液体样品中C、N、H和O稳定同位素比率高精度分析； 2.2 气相－同位素质谱联用：用于单体化合物中C和H稳定同位素比率高精度分析； 3. 技术规格： 3.1 硬件部分： 3.1.1 稳定同位素比质谱主机： 3.1.1.1 离子源：高灵敏度电子轰击源； 3.1.1.2 离子源室：为无焊缝整块不锈钢(或合金材料)，可烘烤到90℃，有效消除记忆效应和本底； 3.1.1.3 真空系统：带有涡轮分子泵和前级真空泵的自动真空系统； 3.1.1.4 离子光学：不小于18cm的扇形磁场能同时测定所有气体，100%传输所有离子束； 3.1.1.5万用三杯接收器，能实现CO2 /N2O (44, 45, 46), O2 (32, 33, 34), N2 /CO (28, 29, 30) 和NO (30, 31, 32) 检测； 3.1.1.6 D/H接收器，独立的H2接收器和HD接收器，用于测定氢同位素比；内置3He过滤器，消除HD+以外所有离子的干扰；具有自动测定H3+因子与自动校正功能，可以在样品序列的前、后、进行中的任何时机自动监视H3+因子与校正； 3.1.17软件自动识别和自动控制外围设备； 3.1.1.8 参考气连接器；所有参考气体的智能连接、自动样品识别、样品气体和参考气体信号强度的自动匹配；可以同时连接5路参考气：C, N, O和H的连续测定，不需要交换气路，方便操作，节约气体；自动监测所有气体的线性、稳定性参数； 3.1.2 元素分析仪及其接口： 3.1.2.1元素分析仪是一台具有C/N 全部分析功能的元素分析仪和温度可高达1500°C裂解分析仪的组合，并且可以同时获得元素百分含量。在低温燃烧模式下对C/N进行单独或同时测定；在高温裂解模式下，使

同位素比例质谱

同位素比例质谱 1 同位素有关概念 同位素：两个原子质子数目相同，但中子数目不同，则他们仍有相同的原子序，在周期表是同一位置的元素。同位素可分为两大类：放射性同位素（radioactive isotope）和稳定同位素（stable isotope）。 放射性同位素指某些同位素的原子核很不稳定，会不间断地、自发地放射出射线，直至变成另一种稳定同位素。 稳定同位素指某元素中不发生或极不易发生放射性衰变的同位素，常用的有34种，已实现规模生产的稳定同位素及化合物有235U、重水、6Li、10B，而常用于质谱分析的主要是12C和13C、18O和16O、34S和32S、D/H等。 2 同位素丰度 绝对丰度：指某一同位素在所有各种稳定同位素总量中的相对份额，常以该同位素与1H（取1H＝1012）或28Si（28Si＝106）的比值表示。 相对丰度：指同一元素各同位素的相对含量。例如12C＝98.892％，13C＝1.108％。大多数元素由两种或两种以上同位素组成，少数元素为单同位素元素，例如19F＝100％。 3 R值和δ值 同位素比值R为某一元素的重同位素原子丰度与轻同位素原子丰度之比. 例如D/H、13C/12C、34S/32S等，由于轻元素在自然界中轻同位素的相对丰度很高，而重同位素的相对丰度都很低，R值就很低且冗长繁琐不便于比较，故在实际工作中通常采用样品的δ值来表示样品的同位素成分。 样品（se）的同位素比值Rse与一标准物质（st）的同位素比值（Rst）比较，比较结果称为样品的δ值。其定义为：δ（‰）=（Rse/Rst －1）×1000（即样品的同位素比值相对于标准物质同位素比值的千分差）。 氢同位素标准物质：分析结果均以标准平均大洋水（Standard Mean Ocean Water，即SMOW）为标准报导，这是一个假象的标准，以它作为世界范围比较的基点，其D/H SMOW =（155.76±0.10）×10－6。碳同位素标准物质为美国南卡罗来纳州白垩纪皮狄组层位中的拟箭石化石（Peedee Belemnite，即PDB），其13C/12C =（11237.2±90）×10－6，定义其δ13C ＝0‰。硫同位素标准物质为Canyon Diablo铁陨石中的陨硫铁(Troilite)，简称CDT。34S/32S CDT＝0.0450045±93，定义CDT的δ34S＝0‰。氮同位素标准物质为：选空气中氮气为标准，15N/14N＝（3.676.5±8.1）×10－6，定义其δ15N＝0‰。氧同位素标准物质：大部分氧同位素分析结果均以SMOW标准报导，它是根据水样NBS－1定义的，18O/16O SMOW＝（2005.2±0.43）×10－6，17O/16O SMOW＝（373±15）×10－6；而在碳酸盐样品氧同位素分析中则经常采用PDB标准，其18O/16O＝2067.1×10－6，它与SMOW标准之间存在转换关系。 4 稳定同位素质谱的原理 稳定同位素质谱仪测定样品中的C、H、O、S等同位素之前，需要将样品转化成相应的气体。如H 同位素分析转化成氢气，C、O同位素分析分析采用二氧化碳气体，S同位素分析采用二氧化硫和SF6 。 下面以元素分析仪-同位素比例质谱（EA-IRMS)为例介绍下原理：以测定葡萄酒中乙醇的δ13C为例。Integra-CN稳定碳同位素比质谱仪( 英国Sercon 质谱有限公司,软件为

质谱仪的简介和使用方法

质谱仪的简介和使用方法 姓名：xxx 专业：生物科学学号：xxxxxxx 摘要：质谱仪又称质谱计。[1]分离和检测不同同位素的仪器。即根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离和检测物质组成的一类仪器。质谱仪按应用范围分为同位素质谱仪、无机质谱仪和有机质谱仪。按分辨本领分为高分辨、中分辨和低分辨质谱仪；按工作原理分为静态仪器和动态仪器。 关键词：质谱仪；检测技术；简介；方法 一、前言：质谱法(简称质谱)是一种与光谱并列的谱学方法，通常意义上是指广泛应用于各个学科领域中的通过制备、分离、检测气相离子来鉴定化合物的一种专门技术。质谱和光谱、核磁共振等方法是并列关系，目前很少有交叉领域;但实际上，质谱与经典谱学方法之间的交叉是应该引起重视的研究领域。质谱仪器通常由样品导入系统、离子源、质量分析器、检测器等部分组成，[2]本文按照这些部分对质谱仪器进行简要介绍，并对其性能进行评述，指出了质谱仪器的发展方向及其在基础科学研究、国防、航天以及其他诸多领域的重要意义。 二、当前国内外发展现状：质谱仪经过数十年的发展，技术与性能不断增强，应用也日趋广泛，越来越多的检测标准与检测方法采用了质谱法，[3]质谱仪逐渐由高高在上的“少数派”、“贵族化”仪器，发展成为一种主流的常规分析测试仪器。实际上，这几十年来我国在质谱方面的研究生产并非真的是一片空白，上个世纪六十年代，北京分析仪器厂曾经研制成功中国最早的同位素质谱计;在上个世纪七十年代，北京分析仪器厂和北京科学仪器厂也分别自主研发了气质联用仪，使我国成为美国之外第二个能研发生产质谱仪的国家;改革开放以后，北京分析仪器厂和北京科学仪器厂也曾经分别从惠普和岛津引进技术组装质谱仪。但由于种种原因，我国在质谱仪方面的研发生产一再被割裂和中断，这些前辈们的研究成果都变成了孤立的，无法延续下来，仅是昙花一现。而在此后，质谱的相关技术如质量分析器等有了长足的进步，差距逐渐被拉大到难以想象的地步。形

稳定同位素质谱分析技术及其在食品检验中的应用研究进展_段鹤君

稳定同位素质谱分析技术及其在食品检验中的 应用研究进展 段鹤君，赵立文* （北京疾病预防控制中心，北京100013） 摘 要：简述稳定同位素质谱分析技术的基本原理，综述该技术几年来在食品安全溯源及真伪鉴别中的应用研究进 展，重点介绍其在婴幼儿奶粉掺假、蜂蜜掺假及产地溯源、植物油掺假、酒水溯源及掺假及动物食品产地溯源及掺假检验等方面的研究及应用，展望该技术在食品安全中的发展前景。关键词：稳定同位素质谱仪；食品安全；掺假；产地溯源 Application of Stable Isotope Mass Spectrometry in Food Safety Inspection DUAN He-jun ，ZHAO Li-wen * （Beijing Center Diseases Prevention and Control ，Beijing 100013，China ） Abstract ：A review on the stable isotope mass spectrometry analysis technique and its application in food safety traceability and authenticity.Focuses on the application of its in infant milk powder adulterated ，honey adulter －ation and provenance ，adulteration of vegetable oils ，drinks traceability and adulteration and animal food pro －duction traceability and adulteration detection.Meanwhile ，made some suggestions to develop prospect in food safety. Key words ：stable isotope mass spectrometry ；food safety ；adulteration ；traceability adulteration areas 食品研究与开发 F ood Research And Development 2016年10月 第37卷第20期 DOI ：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.20.049 基金项目：北京市居民膳食双酚A 、壬基酚风险评估（2011-1013-01） 作者简介：段鹤君（1978—），女（汉），副研究员，博士，研究方向：食品安全与评估。 *通信作者：赵立文，男，副主任技师。 民以食为天，食源安全问题不仅和广大人民群众的健康息息相关，也对系到国家经济，社会稳定有着重大影响[1-2]。 同位素质谱技术最初应用在核工业、地质学、天然矿业、 天然气及考古等领域[3]。随着仪器科学的进步，同位素质谱技术也开始进入农业和食品方面的检测和质量控制等研究工作领域。稳定同位素质谱技术可用于区分合成的和天然的食品的添加物[4]；来自不同产地的化合物可能显示不同的同位素组成及地域信息。依据植物的代谢途径的差异，测定蜂蜜同位素比值判别是否掺入了植物糖浆[5-6]。也可以通过肥料，环境和代谢途径鉴别有机食品与传统食品的差别[7]。近年来，食品掺假水平日新月异，需要更加先进的科学检测手段进行应对。随着科学技术的进步，稳定同 位素术质谱技术在食品安全检测中掺假鉴别、产地溯源等方面均已建立起成熟的检测方法。在乳制品、蜂蜜、果汁、油脂，葡萄酒及白酒掺假，动物食品、葡萄酒、饲料原料的地域溯源检测方面均有重要作用。1在婴幼儿食品检验中的应用 婴幼儿配方奶粉是婴幼儿的主要食品，而婴幼儿又是化学污染物暴露的高危人群。奶粉的定量方法有凯氏定氮法、高效液相色谱法、近红外光谱法、傅里叶变化红外光谱法、紫外分光光度法、氨基酸分析法等，但是这些方法均以奶粉中蛋白质的含量判断，并没有解决奶源产地溯源、奶粉掺假等问题[8]。 近年来婴幼儿奶粉掺假事件频出，国内奶粉市场掺假的现象不断发生，所以直接影响了婴幼儿的食品安全。追溯原料奶的产地和奶源质量非常关键，李鑫等[9]采用元素分析-稳定同位素质谱（EA-IRMS ）同时测定原料乳粉中δ15N 和δ13C 值，研究表明在国内和国外奶源δ13C 值呈规律性变化，而δ15N 无明显变化。用于提高乳粉中氮含量的非法添加物如尿素、三聚氰胺 专题论述 207