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

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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

压射频电场和直流电场，改变两个电场强度的比值，即可检测一定质荷比的离子。将磁分析器与静电分析器组合起来，可以做到方向和能量的双聚焦，使仪器的分辨本领提高到610。近代质谱仪大多用电子倍增器，1910

-。A 的离子流强度也可以检测出来，而采用闪烁探测器和脉冲计数方法还可以检测出22

10-A 的离子流强度。近代质谱仪多用数字显示或打印机直接打印出分析结果，配备微信息电子计算机处理数据并对仪器操作进行程序控制。在机械结构，抽真空系统和冷却技术等方面也有很大改进，因此不仅仪器体积缩小，重量减轻，工效提高，而且灵敏度有了显著提高，最小检出量一般可达810-~1810-g ，相对灵敏度达810-~910-，满足了稳定同位素标记技术在生物化学、医学和药理学等方面应用的要求。

美国设计了一种医用稳定同位素质谱仪，样品重只需0，1~50μg ，相对灵敏度达5

10-，质量分析范围为2~700。只要每天调整一次仪器即可稳定工作，只要将样品插进仪器入口，即可打印输出同位素比值的分析结果，每小时可分析8~10个样品。还制造了一种具有四个离子流捕集器的呼吸反析用的质谱仪。

第二个重要的分析方法是核磁共振(NMR)。由于构成有机体主要元素的稳定同位素氢、氧、碳、硫等的核自旋量子数都不等于零，这些原子核在外磁场作用下会像陀螺一样作拉摩进动，如果此时在磁场垂直方向上加上一个射频电场，当它的频率与这些原子核振动频率相同时，即出现共振吸收现象，核的自旋就从原来的取向变为另一个取向，自旋量子数从低能级跃迁到高能级，当再返回到低能级时就放出一定的能量，使得核磁共振能谱上出现峰值。当磁场强度不变时，发生核磁共振的射频场频率与表征原子核种类的特征值——旋磁比v 有固定的对应关系，因此根据共振时，可以拾出样品中同位素种类，根据峰高，可以测定含量。但由于它的测定灵敏度较差，一般都不用来作定量分析。 3.稳定同位素技术的应用

3.1稳定同位素技术在地质学中的应用

地球的大气圈、水圈和岩石圈具有各自的稳定同位素组成特征，每个层圈内部不同物质或同种物质形态之间同位素组成可以有很大差别。层圈的相互作用导致它们之间同位素的交换和变化。因此自然界稳定同位素的变化是复杂的，但同时又具有一定的规律性，这就有可能利用稳定同位素地球化学来示踪各层圈物质的来源及相互作用。例如，利用氢、氧、碳同位素地幔不均一性及地幔去气作用，利用氢氧同位素示踪岩浆热液浊变和水岩相互作用，利用氢、氧、碳同位素示踪变质作用过程，用氢、氧同位素示踪成矿热液来源，用碳、硫同位素示踪热液矿床成矿的物理化学环境，用氧、碳同位素示踪古气候和古环境变迁，用地层碳、氢、氧、硫同位素组成变化进行地层对比。

稳定同位素测温是现代地球化学中迅速发展的一个分支。近年来, 对氢、氧、碳、硫等同位素比值, 在平衡固一液相和多种共生矿物对之间的分馏系数进行了实验测定不. 丁理论计算,制定出适用于各种地质条件的同位素温度计。同位素测温方法应用于萝地质科学, 不但能提供各种成岩、成矿环境的温度数据, 而且近年来已开始应用实测同位素分馏系数, 探讨地质作用的平衡性质及其他物理化学条件指标。同其他地质测温技术相比,同位素测温法具有适用范围广和基本不受压力因素影响的特点。随着实验数据的积累和质谱分析技术的改进, 同位素测温的精度不断提高, 方法日趋完善。同位素测温已成为地质工作者手中又一有力工

具。

3.2稳定同位素技术在生态学中的应用

稳定性同位素技术早在2 0世纪70年代末期就被引入到生态学领域。最初是利用植物稳定性碳同位素的差异,开展了许多有关营养流动方面的研究;到90年代,稳定性碳和氮

同位素被用来分析动物的食性、营养级位置关系以及食物链结构;本世纪初,由于技术的进步,稳定性同位素(特别是氢同位素)被用来开展动物迁徙习性方面的研究。到目前为止,国内有关这方面的研究还鲜有报道,而且对自然界存在的稳定性同位素的理解还存在一定偏差。稳定性同位素在示踪动物食性信息、确定营养级位置关系、分析食物网结构以及研究动物迁徙生态学中的起着重要作用。

动物、鸟类的出生地段、繁殖基地和活动区域的植被非放射性同位素组成及浓度就像无形的标签一样把每一个息者准确地进行了标记。由于体内脂类和蛋白质合成都需要氢原子，所以它们的毛发和羽毛中的重氢含量反映了栖息地的重氢含量。无论它们走到哪里，只要对它们的毛发、羽毛重氢(即氘)进行测试比较，就可以知道它们的原产地或栖息地，还可以推断出它们的迁徙途径。比如美丽的北美洲鸣鸟秋季开始向南迁徙，于冬季到达中美洲过冬。鸟类学家通过对它们迁徙途中脱落的羽毛氘含量测定后得知，在北美洲最北端繁殖栖息的鸣鸟最早在秋季开始南迁，于冬季最早到达中美洲南端，即所谓的蛙跳式迁徙理论，而这些知识除了用同位素术是不可能得到的。

近年来, 动物生态学家也开始将稳定同位素技术应用于动-植物相互关系研究中。动物同位素组成总是与其生活环境中植物同位素组成相一致, 而且还反映了一段时间内(几小时到几年甚至更长时间)动物所采食的所有食物同位素组成的综合特征。当动物栖息环境发生变化或动物迁移到一个新的生境中, 动物组织同位素组成又会向新环境的同位素特征转变。这样, 动物组织同位素组成能真实地反映一段时期内动物的食物来源、栖息环境、分布格局及其迁移活动等信息, 是动物生存状况理想的指示者。而且, 分析不同时间尺度上动物组织同位素组成还可以深入了解动物对环境变化的适应等过程. 此外, 动物吸收利用营养过程中存在的同位素分馏效应, 为研究动物食物网和群落结构提供了理想工具。稳定同位素技术可以连续地测出食物网和群落中动物所处的营养级位置, 从本质上揭示动物间捕食与被捕食

关系及其在整个生态系统物质平衡和能量流动中的作用, 从而使其成为动-植物相互关系研究中十分重要的、有效的研究工具。

3.3稳定同位素技术在水文中的应用

地球上的水分通过蒸发、凝结、降落、渗透和径流形成水的循环, 由于水分子的某些热力学性质与组成它的氢、氧原子的质量有关, 在水的各种状态转化过程中, 组成水分子的氢和氧同位素将发生分馏作用。随着质谱仪技术的不断完善, 精确测定水样中稳定同位素含量成为可能, 从而使稳定同位素技术被广泛应用于现代水文学中。同位素技术在水文学方面的应用主要有天然降水同位素分布, 水体蒸发过程中同位素的变化, 地下水年龄、补给来源的测定, 流域产流机制的研究, 流量过程线划分等。

大气降水氢氧同位素组成的变化基本遵循瑞利分馏模式。瑞利过程是在开放体系中进行的瞬时相平衡过程。降水可以看作是水汽在云团中达瞬时平衡, 经冷凝后迅速分离出来的过程, 可造成不同地区降水中的同位素分馏。大气降雨是地下水的主要补给来源, 大气降水的氢氧同位素分布规律和大气降水线方程为开展同位素水文地质研究提供了重要的基础资料。

蒸发过程是水循环的一个重要组成部分, 利用稳定同位素技术研究水体蒸发过程中同

位素分馏具有重要意义, 提供了一种计算蒸发量的新方法。

降雨径流问题是水文循环的关键组成部分, 其研究的主要内容是降雨径流关系, 地表水和地下水相互转换的规律, 稳定性氢氧同位素技术为这些研究提供了新的技术。流域产流机制的研究是水文学研究中最重要的基础问题。传统的流域模型面临的最大问题是建模所需的

信息缺乏, 所以只能停留在概念性模型的水平。该类研究要有突破的关键是建模所需的信息要有所突破, 同位素在流域水源过程示踪研究中的应用, 能有效地避免对自然状况模拟的失真间题, 可以为土壤水流规律研究、水文模型结构与参数识别提供更详细的信息, 是未来水文学发展的一个方向。

流量过程线分割划分是现代水文学中的一个基本问题, 主要是研究流域径流的不同成

分及组成比例。流域水流的水源成分十分复杂, 特别是土壤中水流向出口断面的运动, 其信息全部放映在流域出口断面的流量过程线中, 很难区别并确定其水卷增刊矿物岩石地球化

学通报源成分。由于稳定同位素或在水文过程中主要受混合影响以及因物理条件如蒸发、凝结等变化而构成同位素分馏影响, 且以不同水源的混合影响为主, 因而可用以示踪不同水源的径流成分, 采用不同稳定同位素的质量平衡关系, 将一次降雨事件产生的流量过程线分割成不同的水源。

3.4稳定同位素技术在农业中的应用

利用同位素示踪技术测定作物的肥料利用率：将稳定同位素标记的肥料施用于作物的土壤里，可利用同位素稀释原理来定量测定作物体内来自肥料中的各种营养成分，从而得知作物对肥料养分的吸收利用率。此方法直接简单，与通过比较施肥和不施肥条件下养分吸收差值法来测定肥料养分利用率相比，稳定同位素示踪法更接近自然条件下的植物生长发育状况，从而可以在正常的生产和施肥条件下进行，真实地反映植物对肥料的利用情况。同位素稀释原理是利用同位素示踪法测定作物肥料利用率的基本技术是同位素稀释法，其原理如下。同位素标记的某肥料养分（示踪剂）与天然的、未标记的同种养分（被示踪剂，亦即被测养分）在土壤和植物中的代谢行为相同，植物对其吸收利用也相同。

稳定同位素在畜牧业中也有应用。传统上研究和测定家畜动物的蛋白质合成和肌肉生长是利用原始的称重法，简便易行但比较粗放，结果误差大。随着科学技术的发展，这种古老的办法在很多情况下已不适用，而要求用更精确、更科学的方法来研究动物生产。最常用的方法是同位素示踪法，包括放射性和非放射性两种。前者由于放射性同位素的较早商业生产而及早得到了应用，但是由于其放射污染而造成对人体、动物及环境的污染等诸多限制，放射性同位素的应用越来越不受欢迎而呈现下降趋势。从上世纪中期以来开始流行的非放射性（稳定）同位素技术由于其安全可靠而受到人们的青睐。通常用于测定肌肉生长的稳定示踪剂包括由碳13、氮15或氘标记的氨基酸，将其通过饲喂、静脉注射或腹膜腔注射，然后定期采集肌肉样品来测定该示踪剂在肌肉中的丰度（即进入肌肉的示踪剂的量），从而计算得到肌肉蛋白的合成速率或增长率。由于质谱仪测定的高精度甚至超高精度，其结果准确可靠。而且可以同时测定任何组织，比如在同一次试验中可以测定不同部位的骨骼肌、心肌、肝脏等各个组织器官的蛋白质合成。试验也可以是存活试验，只需要在被测试动物肌肉组织采集极小量的样品（毫克级）即足够供仪器测试所用。

3.5稳定同位素技术在医药领域的应用

稳定同位素在自然界无处不在，所以也就自然地存在人体内。其物理化学性质与普通元素相同，所以可用作示踪剂来标记化合物临床医学和药物生产等领域。由于没有辐射污染，稳定同位素示踪剂可以用于任何对象，包括孕妇、婴儿和疾病患者，无论是口服还是注射，都绝对安全。所以在医药领域广受青睐。它在糖耐量试验与血糖控制、能量消耗测定、体重观察控制、药物研发生产和质量控制中均有应用。

口服葡萄糖耐受性试验，即糖耐量试验，是临床上常用的一种简便的预测、诊断糖尿病的方法。被测者饮用一剂普通葡萄糖后，在以后的2~3小时内定时采血，测定血糖浓度的变化。糖尿病的严重程度和病症的不同发展时期有着不同的、具有特征性的血糖浓度变化轨迹，例如血糖浓度峰值和下降曲线都可能有所不同。利用稳定同位素示踪剂技术可以同时测定肝脏的葡萄糖代谢状况以及肌肉、脂肪组织的葡萄糖利用状况，从而提高糖尿病诊断的特异性

和可靠性，帮助医生制定具有针对性的治疗方案，提高疗效。换句话说，稳定同位素技术可以用来让医生根据每个病人的不同病变特点进行个性化治疗，达到提高疗效的目的。

肥胖症和超体重是二型糖尿病的高发群体，其发病机制往往因为不同器官的病变而有所区别。稳定同位素技术可以用来对这些群体进行定期检测，及早发现不同器官的代谢变化，从而对糖尿病的发生起到预警和预防作用。

利用氘及重氧双标记的重水可以用来测定人在自然生活状态下的能量消耗，比如在各种正常工作状态下、休息时或运动中，并且测试程序简单。被试者喝入与体重成比例的小量双标记重水后，继续正常生活状态，只是定时采集几次尿液、唾液或血液以供仪器测试，测试结果用来计算能量消耗。此外，还可以根据能量消耗及体重变化来推算出试验期间的能量摄入量(即进食量)。这些结果可用于对体重的观察控制，以便及时制定相应措施，比如什么时候应该体育锻炼，什么锻炼项目合适，运动量应该多大。该技术准确性高，适用于任何人，无副作用，无毒性，绝对安全。

参考文献：

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易现峰，张晓爱. 稳定性同位素技术在生态学上的应用. 生态学杂志

胡海英，包为民，瞿思敏，王涛. 稳定同位素在水文学领域中的应用. 矿物岩石地球化学通报

赵仑山. 稳定同位素地质测温的理论和方法. 地质科技情报

宋鹤彬. 稳定同位素地质研究的回顾与展望. 矿床地质研究所所刊

碳稳定性同位素分析食物网中能量流动审批稿

碳稳定性同位素分析食物网中能量流动 YKK standardization office【 YKK5AB- YKK08- YKK2C- YKK18】

碳稳定性同位素分析食物网中能量流动 摘要：随着科学技术发展，稳定性同位素已经广泛应用在生态学研究的诸多领域。在研究食物网中能量流动关系时，稳定性同位素能提供更迅速、客观的分析。此次实验利用碳稳定性同位素技术对受到人类破坏或其他因素影响的选定区域分析其食物网中的能量流动，旨在研究该区域生物之间的能量流动关系，从而对该区域采取合理的保护措施。 关键词：碳稳定性同位素；食物网；能量流动；δ13C值 Carbon Stable Isotopeanalyzes Studies Energy Flux in Food Web ABSTRACT: Stable isotopehas been widely used in various fields in ecology studieswith the development of science and isotope can provide rapider and more objective analysis when researching energy flux relationship in the food web. In the process of this experiment, we analyze the energy flux relationship in the food web of the chosen areas that are destroyed by human beings or affected by other factors by means of carbon stable isotope technology, with the aim of researching the energy flux relationship among population in this area, consequently we can adopt reasonable protective measures in this areas. KEY WORDS: Carbon stable isotope；food web；energy flux；δ13C 一．研究背景 随着世界人口的持续增长和人类活动范围与强度的扩展和增加，地球上的生物多样性逐渐降低。例如，持续不断地砍伐树木已经导致世界上大量树木物种面临灭种的危险；环境污染使得动植物的栖息地环境遭到严重的破坏，致使物种数量锐减[1]。在某一区域中，动植物数量的减少还有一个很重要的原因，即某些因素（例如栖息地减少和改变、滥捕乱猎、外来物种的引入、污染等[2]）导致该区域部分动植物数量的减少，而这进一步通过该区域的食物网影响到区域中其他动植物的种类和数量，进而对整个区域各种生物体造成影响。 食物网是在生态系统中的生物成分之间通过能量传递关系存在着一种错综复杂的普遍联系，直接反映生态系统的结构和功能[3]。生产者制造有机物，各级消费者消耗这些有机物，生产者和消费者之间相互矛盾，又相互依存。不论是生产者还是消费者，其中某一种群数量突然发生变化，必然牵动整个食物网。食物网是生态系统长期发展的进化过程中形成的。人类活动使生态系统中某一生物体种群数量遭到破坏，将使生态平衡失调，甚至是生态系统崩溃[2]。因此，研究食物网中生物的能量流动关系，对于维持生态系统的稳定、利用动物间的相互制约来减缓人类活动对生态系统的破坏具有重要的意义。

放射性同位素应用与发展

放射性同位素应用与发展 一百年前天然放射性的发现，引起了人类对宇宙认识和知识更新的一场伟大变革。正是由于这场科学思想上的革命，在经历了半个世纪的探索和奋斗后，终于打开了核能的巨大宝库。当今全世界有４３７座核电站在运行，另有３０座核电站在建造，核电已占世界总发电量的１７％。 放射性元素及放射性同位素的应用业已遍及医学、工业、农业和科学研究等各个领域。在很多应用场合，放射性同位素至今尚无代用品；在很多其它应用场合，它要比现有可替代的技术或流程更有效、更便宜。目前，世界上总共有３２个国家拥有核电。与此相比，放射性同位素几乎已在全球所有国家使用。其中有５０个国家拥有进行同位素生产或分离的设施。其中一些国家的同位素生产部门已成为经济活动中一个相当重要的组成部分。 放射性同位素（以下简称同位素）主要由研究反应堆和回旋加速器生产。同位素生产设施还包括了核动力厂、同位素分离装置和非专门从事同位素生产的普通加速器。 全球有将近３００台放射性同位素生产装置或设备。重要的同位素生产设施大约只有５０个国家拥有。大量共享的生产设施属于经济合作和发展组织（ＯＥＣＤ）。此外，主要的同位素生产国家还有中国、印度、俄罗斯和南非。 正在运行的研究堆在全世界有３００个，但只有将近１００个堆用作同位素生产（占运行时间的５％或更多一些）。其中包括６个高通量堆，主要生产６０Ｃｏ和２５２Ｃｆ。俄罗斯的２个快中子堆生产８９Ｓｒ。大多数同位素由研究堆生产，主要有９９Ｍｏ、６０Ｃｏ、１９２Ｉｒ和１３１Ｉ等。亚洲正在建造或计划建造新的研究堆，同位素生产能力期望会迅速增加。而欧洲和北美，现有的反应堆在老化，一旦关闭，还没有计划用新的装置来取代他们。目前有几个核电厂，如加拿大、阿根廷的压管式重水堆和俄国的ＲＢＭＫＳ堆正在生产６０Ｃｏ。另一些国家包括法国、俄国、英国和美国在用一些研究堆生产民用氚。 全世界有１８０多台加速器在生产放射性同位素。其中约有５０台回旋加速器致力于放射性药物生产。他们生产的主要同位素是２０１Ｔｌ以及少量的１２３Ｉ、６７Ｇａ和１１１Ｉｎ。还有大约１２５台回旋加速器致力于ＰＥＴ工作。由于这类应用正在扩展，全球估计每年要建造２５台。由ＰＥＴ回旋加速器生产的主要同位素有１８Ｆ、１１Ｃ、１３Ｎ和１５Ｏ。此外，还有一些非专门从事同位素生产的普通加速器。 同位素分离设施包括工厂，车间和热室。在这里放射性同位素从裂变产物或放射性废料中提取出来。４家具有工业规模的设施（在比利时、加拿大、荷兰和南非运行）和几个小的车间（在阿根廷、澳大利亚、挪威、俄罗斯和中国运行）正在从事由裂变产物中提取９９Ｍｏ。 另一些设施（包括热室）正在生产１３７Ｃｓ和８５Ｋｒ。这些设施的大多数在印度、俄罗斯和美国运行。大约１０个热室（在法国、德国、俄罗斯、英国和美国）采用很成熟的流程，从乏燃料中分离出超铀元素和α发射体。 在科学研究中，同位素的应用已深入到了生物医学、遗传工程、材料科学和地球科学。医学应用在同位素诸多有益应用领域里最为活跃。广泛而又多样的工业应用覆盖了众多的工业部门。辐射育种、昆虫不育和食品保藏等技术促进了农业的可持续发展。另一些应用还包括环境污染的监测与去除以及正在扩大的安全检查体系等。

稳定同位素应用

高精度稳定同位素技术 同位素指质子数相同而中子数不同的同种化学元素，最常用的稳定同位素有碳-13 (13C)、氮-15(15N)、氢-2 (2H即氘) 和氧(18O)等。因为这些同位素比普通元素重1到2个原子量单位，所以也叫作重元素。稳定同位素(stable isotope) 就是天然同位素或非放射性同位素(non-radioactive isotope)，即无辐射衰变，质量保持永恒不变。稳定同位素在自然界无处不在，包括所有化合物、水和大气，所以也就自然地存在于动植物和人体内。其物理化学性质与普通元素相同，所以可用作示踪剂来标记化合物用于科学研究、临床医学和药物生产等几乎所有自然领域。由于没有辐射污染，稳定同位素示踪剂可以用于任何对象，包括孕妇、婴儿和疾病患者，无论是口服还是注射，都绝对安全。 稳定同位素技术的另一特点是其测试定量的高精度和超高精度，达到PPM级（即百万分之一精度)，而且同时也测定了化合物的浓度，事半功倍，且降低了测试误差。现在，利用同位素技术人们可以同时测定多个不同的样品，从而提高测定效率。这些高效率、高精度的特点是放射性同位素等技术所不可比拟的。 稳定同位素技术的第三个特点是其示踪能力的微观性和灵活多变性。微观性是指它可以用来标记、追踪化合物分子内部某个或多个特定原子，比如葡萄糖分子中各个原子在人体内的不同代谢途径, 哪些原子进入三羧酸循环产生能量，而哪些原子进入脂肪代谢途径参与脂肪合成。多变性是指通过对同位素标记位点的合理选择和巧妙设计来追踪、定性定量测定化合物的不同代谢途径或者生成过程。 由于以上特性，自上世纪中叶特别是70年代以来稳定同位素技术在科技先行国家被广泛应用于医学、营养、代谢、食品、农业、生态和地质等研究和生产领域。近年来在药物研发生产以及新兴的基因工程、蛋白质组学(proteomics)、代谢组学(metabolomics) 和代谢工程(metabolic engineering) 等前沿领域，稳定同位素技术已成为一种应用广泛、独特高效甚至必须的技术，显著地提高了解决科学问题的能力和生产效率。最新近的例子是德国科学家用碳13氨基酸通过三代喂养成功地标记了动物全身的所有蛋白质而获得了细胞代谢的重要发现。这一崭新的技术堪比当年的聚合酶连锁反应技术(PCR), 必将迅速得到广泛的推广和应用，有力地推动生命科学的发展。稳定同位素在自然界的无所不在意味着该技术应用的普遍性，有大自然显微镜的独特功能，将揭开越来越多的大自然和人体的奥秘。

岩气稳定同位素连续流分析技术研究样本

页岩气取样及其烃类、二氧化碳、硫化氢等C、H、O、S 同位素连续流 分析技术研究 1、国外现状 烃类碳氢同位素组成的分析技术一直是困扰同位素地球化学研究和应用的关键问题之一。20世纪90年代之前, 对天然气等有机质碳氢同位素的测试是首先将天然气制备成CO及H2,然后送质谱分析。步骤为：将天然气在气相色谱仪(GC)中分离出CH、CH CsH、CM。等；将甲烷及其同系物逐个在高温下的过量氧气中燃烧为CO和H2O;将产生的水在高温下用锌、铀或者镉还原法制备成H2;最后将CO及H2样品管分别与同位素质谱计(IRMS)联接,进行碳氢同位素测试。此方法的工序繁多, 重复性差, 在控制严格的条件下, 碳氢同位素标准偏差可控制在1%o及5%0以内。 大气中CO碳氧同位素的分析始于上个世纪中后期，国外专家利用传统的双路方法分析, 使用超过400ml 的空气来提取CO2。1990 年, 科罗拉多大学稳定同位素实验室采取了大量的空气样品, 进行CO2 的碳稳定素研究, 用VG SIRA Series II 双路质谱仪能够得到 C O同位素的精度分别为0.3 %。、0.5 %°。 对于硫化氢而言, 硫同位素是研究其成因的最有效手段。由于硫化氢极强的腐蚀性, 需要在现场将其转化为稳定的硫化物, 方可送入实验室分析。在天然气的试气现场, 在各项安全保护措施到位的情况下, 可将高含硫化氢页岩气经过导管输入到饱和的乙酸锌(Zn(CH3COO2)?2HO)溶液中，反应后形成大量白色ZnS 沉淀物,带回实验室烘干，将样品中的硫转化为SO,采用Finnigan MAT公司的MAT251同位素质谱仪，进行质谱分析，最后测量获得硫化物的S 34S值，分析精度为±0.2%。 随着质谱技术的发展, 国外于上世纪末出现了在线连续流技术, 对页岩气烃类、二氧化碳、硫化氢等C、H、O、S 同位素的测定更为高效, 便捷。 20世纪90年代后期, 随着对碳氢同位素研究的需要, 高精度专用质谱仪器得

稳定同位素样品处理技术

稳定同位素样品处理技术 1、固体样品 固体样品在进行同位素质谱分析之前必须进行干燥、粉碎、称量等处理步骤。 1.1干燥 样品可以放在透气性好，而且耐一定高温的器具或取样袋中，然后在60~70℃的干燥箱进行干燥24~48小时。 注意：烘干的样品要及时研磨或者保持干燥，否则有返潮现象，给磨样造成困难，而且影响同位素数据。 1.2酸处理 将土壤样品适当粉碎（为了更好的反应），放在小烧杯中，倒入适量浓度的盐酸（浓度一般用0.5mol/L），这时会发现有小气泡冒出，这是盐酸与土壤中的无机碳反应产生的CO2，用玻璃棒搅拌使反应更完全，可以间隔1小时搅拌一次使之充分反应。反应至少6小时，除去土壤中的无机碳，沉淀，倒掉上层清夜；再用去离子水搅拌洗涤，沉淀，倾倒上层清夜，重复3~4次，充分洗净过量盐酸；然后烘干土壤样品（条件同上）。 注意：测定碱性土壤中的有机C同位素，在干燥之前需要进行酸处理。因为采集的土壤样品中含有无机碳，会影响到我们需要的数据。 1.3粉碎 经过烘干的样品需要粉碎才能进行分析，为了保证样品的均匀，粉碎程度至少要过60目的筛子。粉碎可以用研钵、球磨机或混合磨碎机来等来处理。 1.4样品整理 磨好的样品放在合适的包装里，如小瓶子、小信封或自封袋里，最好密封保存。以数字和英文字母做标记区别样品。 1.5称量 经过干燥和粉碎处理的样品在分析之前还得放在锡箔帽中称量。用微量分析天平（同位素实验室专用），样品量可以精确到0.001mg （百万分之一天平）。称样前，先将所需工具及样品排放好，所需工具包括样品垫、样品盘、镊子、勺子。先调天平平衡，看水泡是否在圆圈内，在圆圈内则表示天平平衡。在称量过程中尽量不要碰桌子，减少对天平的影响。称量时，先将锡帽放进天平内，等天平显示的数字稳定时调零，然后将锡帽取出放在样品垫上，放适量样品至锡帽中，样品的量根据测定的同位素以及样品中的含量而定。称量最终质量并作记录。然后将锡帽团用镊子或拇指和食指轻轻用力团成小球。已经称量并用锡箔包好的样品放在专门的样品盘里，并附带一份质量表格，保存。 注意：任何时候不能由裸露的双手触摸样品或锡帽。若用手操作，须带上无尘橡胶手套。并确保包好的样品没有泄漏。样品盘中样品的标记对应记录本上的标记。（只要同位素比率值的不需要记录质量数，而需要全N或全C量的则需要记录质量数）。

同位素示踪与荧光标记技术

同位素示踪与荧光标记技术 [热考解读] 1．同位素示踪法 (1)同位素示踪法：用示踪元素标记的化合物，可以根据这种化合物的放射性，对有关的一系列化学反应进行追踪。这种科学的研究方法叫做同位素示踪法，也叫同位素标记法。(2)应用：可用于研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理等。还可用于疾病的诊断和治疗，如碘的放射性同位素可以用来治疗甲状腺肿大。 (3)使用注意事项：一次只能使用一种同位素标记 2．荧光标记法 荧光标记法(Fluorescent Labeling)是利用荧光蛋白或荧光蛋白基因作为标志物对研究对象进行标记的分析方法。 (1)常用的荧光蛋白为绿色和红色两种 ①绿色荧光蛋白(GFP)常用的是来源于发光水母的一种功能独特的蛋白质，分子量为27 kD，具有238个氨基酸，蓝光或近紫外光照射，发射绿色荧光。 ②红色荧光蛋白来源于珊瑚虫，是一种与绿色荧光蛋白同源的荧光蛋白，在紫外光的照射下可发射红色荧光，有着广泛的应用前景。 (2)人教版教材中用到荧光标记法的地方 ①《必修1》P66“细胞融合实验”：这一实验很有力地证明了细胞膜的结构特点是具有一定的流动性。 ②《必修2》P30“基因在染色体上的实验证据”：通过现代分子生物学技术，运用荧光标记的手段，可以很直观地观察到某一基因在染色体上的位置。 (3)荧光标记法特别是在免疫学研究中也有重要的作用，例如免疫荧光抗体标记法。将已知的抗体或抗原分子标记上荧光素，当与其相对应的抗原或抗体起反应时，在形成的复合物上就带有一定量的荧光素，在荧光显微镜下就可以看见发出荧光的抗原抗体结合部位，检测出抗原或抗体。 [命题设计] 1．(2018·山东青岛一模)同位素标记法常用于追踪物质运行和变化规律的研究，下列相关叙述不正确的是() A．给小鼠供应18O2，其呼出气体中可能含有C18O2 B．用含3H标记的尿嘧啶核糖核苷酸的营养液培养洋葱根尖，只能在分生区细胞中检测到放射性 C．用15N标记DNA分子，可用于研究DNA分子的半保留复制 D．用32P标记的噬菌体侵染大肠杆菌，保温、搅拌、离心后可检测到沉淀物中放射性很高

浅论放射性同位素示踪技术的应用

浅论放射性同位素示踪技术的应用-----《原子物理》课程论文 这学期通过学习XX老师的《原子物理》课程，我对原子物理其中一个领域—放射性同位素产生了很大的兴趣，这兴趣源于我在高中时期对生物学科中同位素示踪法的学习经历，当时我就感觉这一技术十分奇妙，但不明原理，《原子物理》课程让我认识并理解了物理和生物两大学科之间的这一联系。课堂上老师简明扼要地介绍了一些有关的应用，但是我仍不满足。老师只能作为课程的引路人，为学生指明入门方向，要想横向更加广泛地，纵向更加深入地了解这一课程的某个领域还是要学生在课外多方搜集资料，筛选整合有价值的信息，通过比较和研究，最终形成自己对这一领域的独特而深刻的认识，放射性同位素的应用浩瀚广博，即使仅仅只谈它的示踪技术应用，也远非我这篇小论文可以概述详尽的，所以我也只能用“浅论”这两个字。下面我就对放射性同位素示踪技术的应用进行浅显的介绍和论述。 具体论述前我们首先要明确相关的基本概念，无论结构多么复杂的物理学大厦，它的地基都是由一块块叫做“基本概念”的砖石筑成的。基本概念不明晰，我们就无法理解为什么放射性同位素具有如此广泛而丰富的应用。那么什么是“放射性同位素”呢？科学家发现，元素周期表中同一位元素的原子并不完全一样，有的原子重些，有的原子轻些；有的原子很稳定，不会变，有的原子有放射性，会变化，衰变后成了另一种元素的原子。我们把这些处于同一位的元素但有不同性质（质子数相同，但中子数不同）的原子称为同位素。同位素中有的会放出射线，因此称放射性同位素。 放射性同位素不断发出射线，它到哪里，人们就可以追踪到哪里，可作为示踪剂使用。示踪剂可以是示踪原子，也可以做成示踪化合物。因为加入示踪剂之后，就像贴上标记一样，所以又称之为标记化合物。人们已经用氚、碳-14、磷-32、硫-35、碘-125等许多核素合成了许许多多标记化合物。用放射性同位素示踪技术（以下简称示踪技术）作检测，具有灵敏度高、方法简便、干扰少、准确性好等优点，因此，在工农业生产、医疗、环保、国防和科学研究等许多领域有着十分广泛的应用，并且这种应用还在迅速扩展。 （一）示踪技术在生物学领域的应用 高中时期我们就曾经学过同位素示踪法在生物学科的应用，即用示踪元素标记的化合物，可以根据这种化合物的放射性，对有关的一系列化学反应进行追踪。它可用于研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理等。有关光合作用的基本产物的知识，也是在利用二氧化碳-14（14CO2）作为示踪剂之后才被人们所了解的。二氧化碳-14中的碳-14是碳的一个放射性同位素。此外，有些植物具有非常巧妙的机能——在夜间，不断地吸收二氧化碳，到了白昼，就在叶子中进行光合作用。这一现象也是利用二氧化碳-14进行研究后才发现的。利用示踪剂二氧化碳-14还可以研究有关植物呼吸的详细情况。例如，由于昼夜之间的差别，植物的呼吸情况有什么不同？呼吸对光合作用有什么影响？不同植物之间，呼吸有什么差异等等。 （二）示踪技术在工业生产领域的应用 放射性示踪剂在工业生产中有着广泛的应用。石油蕴藏在地下，油层非均匀性质很严重，油水分布复杂。搞清地下油水分布的情况，对提高采油率有着十分重要的意义。如果用氚或碘-125、硫-35作示踪剂，注入油井中，打一些监测井进行监测，就可以知道地下油水的分布情况。再如，不同公司生产的石油往往共用一条输油管道，要想把哪个公司输送过来的石油分辨得一清二楚，也可找示踪剂来帮忙。例如在甲公司的石油中加入放射性碘做示踪剂，在乙公司的石油中加入放射性硫做示踪剂，当接收站测到放射性碘示踪剂信号时，就知道甲公司的石油过来了，就会自动打开甲公司的贮油槽。当测到放射性硫示踪剂信号时，就知道是乙公司的石油过来了，就会打开乙公司的贮油槽，保证不会认错货。 （三）示踪技术在科学研究领域的应用 用氚标记示踪剂可以帮助水利学家们研究江河中泥沙是怎么淤积的。利用氯-36示踪剂可以帮助人们了解地下水运动走向和渗透率的大小。利用碳-14示踪剂可以研究大洋水流的循环模式和全球气候变暖的原因，等等。磷-32、硫-35、碘-125、碳-14或氚作示踪剂，可以帮助医生从分子水平研究神经系统、内分泌系统疾病的机制，进行药物代谢，基因工程等研究。用磷-32或硫-35标记的核苷酸，可用于DNA（脱氧核糖核酸）和RNA（核糖核酸）分子序的测定。 （四）示踪技术在医学领域的应用 通过查阅相关医学文献，我发现在医学研究中，经常需要了解某种物质在机体内的分布情况和代谢规律，包括药物、抗体、细胞膜受体，基因片段以及蛋白质等各种分子。如何能够较为方便地在活体动物或人体条件下了解这些情况呢？示踪技术是一种较为常用的方法。随着放射性标记药物的品种不断增加，在体外探测体内放射性分布的设备不断进步，示踪技术应用越来越广泛。最早，我们为了解甲状腺的功能，给病人口服放射性碘，然后测定甲状腺部位的放射性高低，定量显示甲状腺的摄碘功能，这一方法沿用至今，对于甲状腺整体和甲状腺肿块局部功能的评价，用数字或图像的方式很容易获得。还可以用于

同位素应用

应用编辑 同位素示踪法在生物化学和分子生物学中的应用 放射性同位素示踪法在生物化学和分子生物学领域应用极为广泛，它为揭示体内和细胞内理化过程的秘密，阐明生命活动的物质基础起了极其重要的作用。近几年来，同位素示踪技术在原基础上又有许多新发展，如双标记和多标记技术，稳定性同位素示踪技术，活化分析，电子显微镜技术，同位素技术与其它新技术相结合等。由于这些技术的发展，使生物化学从静态进入动态，从细胞水平进入分子水平，阐明了一系列重大问题，如遗传密码、细胞膜受体、RNA-DNA逆转录等，使人类对生命基本现象的认识开辟了一条新的途径。下面仅就同位素示踪技术在生物化学和分子生物学中应用的几个主要方面作一介绍。 物质代谢的研究 体内存在着很多种物质，究竟它们之间是如何转变的，如果在研究中应用适当的同位素标记物作示踪剂分析这些物质中同位素含量的变化，就可以知道它们之间相互转变的关系，还能分辩出谁是前身物，谁是产物，分析同位素示踪剂存在于物质分子的哪些原子上，可以进一步推断各种物质之间的转变机制。为了研究胆固醇的生物合成及其代谢，采用标记前身物的方法，揭示了胆固醇的生成途径和步骤，实验证明，凡是能在体内转变为乙酰辅酶A的化合物，都可以作为生成胆固醇的原料，从乙酸到胆固醇的全部生物合成过程，至少包括36步化学反应，在鲨烯与胆固醇之间，就有二十个中间物，胆固醇的生物合成途径可简化为:乙酸→甲基二羟戊酸→胆固醇又如在研究肝脏胆固醇的来源时，用放射性同位素标记物3H－胆固醇作静脉注射的示踪实验说明，放射性大部分进入肝脏，再出现在粪中，且甲状腺素能加速这个过程，从而可说明肝脏是处理血浆胆固醇的主要器官，甲状腺能降低血中胆固醇含量的机理，在于它对血浆胆固醇向肝脏转移过程的加速作用。 物质转化的研究 物质在机体内相互转化的规律是生命活动中重要的本质内容，在过去的物质转化研究中，一般都采用用离体酶学方法，但是离体酶学方法的研究结果，不一定能代表整体情况，同位素示踪技术的应用，使有关物质转化的实验的周期大大缩短，而且在离体、整体、无细胞体系的情况下都可应用，操作简化，测定灵敏度提高，不仅能定性，还可作定量分析。在阐明核糖苷酸向脱氧核糖核苷酸转化的研究中，采用双标记法，对产物作双标记测量或经化学分离后分别测量其放射性。如在鸟嘌呤核苷酸（GMP）的碱基和核糖上分别都标记上14C，在离体系统中使之参入脱氧鸟嘌呤核苷酸（dGMP），然后将原标记物和产物（被双标记GMP 掺入的dGMP）分别进行酸水解和层析分离后，测定它们各自的碱基和戊糖的放射性，结果发现它们的两部分的放射性比值基本相等，从而证明了产物dGMP的戊糖就原标记物GMP的戊糖，而没有别的来源，否则产物dGMP的碱基和核糖的比值一定与原标记物GMP的两部分比值有显著差别。这个实验说明戊糖脱氧是在碱基与戊糖不分记的情况下进行的，从而证明了脱氧核糖核苷酸是由核糖核苷酸直接转化而来的，并不是核糖核苷酸先分解成核糖与碱基，碱基再重新接上脱氧杭核糖。无细胞的示踪实验可以分析物质在细胞内的转化条件，例如以3H-dTTP为前身物作DNA掺入的示踪实验，按一定的实验设计掺入后，测定产物DNA 的放射性，作为新合成的DNA的检出指标。 动态平衡的研究 阐明生物体内物质处于不断更新的动态平衡之中，是放射性同位素示踪法对生命科学的重大贡献之一，向体内引入适当的同位素标记物，在不同时间测定物质中同位素含量的变化，就能了解该物质在体内的变动情况，定量计算出体内物质的代谢率，计算出物质的更新速度和更新时间等等。机体内的各种物质都在有大小不同的代谢库，代谢库的大小可用同位素稀释法求也。 生物样品中微量物质的分析

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

比较蛋白质组学研究中的稳定同位素标记技术

进展评述 比较蛋白质组学研究中的稳定同位素标记技术 刘新1,2　应万涛1,2　钱小红1,23 (1军事医学科学院放射与辐射医学研究所　北京　100850;2北京蛋白质组研究中心　北京　102206) 摘　要　比较蛋白质组学是指在蛋白质组学水平上研究正常和病理情况下细胞或组织中蛋白质表达变化,以期发现具有重要功能的生物标识物,为疾病的早期诊断提供依据。近年来它正成为蛋白质组学研究的热点和发展趋势。比较蛋白质组学的研究方法和策略有多种,本文就最近几年来稳定同位素标记技术(体内代谢标记技术和体外化学标记技术)在比较蛋白质组学研究中的进展进行综述。 关键词　比较蛋白质组学　稳定同位素标记　体内代谢标记　体外化学标记 Application of Stable Isotope Labeling in Comparative Proteomics Liu X in1,2,Y ing Wantao1,2,Qian X iaohong1,23 (1Beijing Institute of Radiation Medicine,Beijing100850; 2Beijing Proteome Research Center,Beijing102206) Abstract　C omparative proteomics is the research of protein expression changing between normal and pathological cell or tissue on the proteome level.P otential biomarkers w ould be discovered from the research by comparative proteomics, which will be helpful to the diagnosis and therapy of diseases.In the recent years,it has been becoming the hot spot of the proteomics research and many strategies used in comparative proteomics have been developed.During those approaches,the strategies based on stable is otopic labeling coupled with mass spectrometry have been extensively used and lots of success ful applications have been reported.In contrast to the traditional radioactive is otope labeling method,stable is otope labeling technique was not radioactive and the operation is simple.Metabolic labeling in viv o and chemical labeling in vitro are tw o parts of stable is otope labeling technique,which both have various advantages and disadvantages.This paper reviewed the progress of stable is otope labeling technique in comparative proteomics. K ey w ords　C omparative proteomics,S table is otope labeling,Metabolic labeling in viv o,Chemical labeling in vitro 随着人类基因组精确图谱的公布,基因组功能的阐明已经成为生命科学研究中一项极重要的任务[1]。蛋白质是基因的最终产物同时也是基因功能的最终执行体,因而人类基因的表达及其功能有待于在蛋白水平上揭示。蛋白质组学的研究目的是分离和鉴定组织或细胞中的所有蛋白质。生物体在生长发育过程中,基因组是相对稳定的,而蛋白表达是高度动态变化的,并且具有严格调控的时间和空间特异性[2]。为了研究生物体在不同状态下表达的所有蛋白质的动态变化,比较蛋白质组学应运而生,即在蛋白组学水平上,研究在正常生理和病理状态,或受到不同的外部环境刺激下,或在突变等因素影响下,蛋白质表达的变化情况,以期发现生物体内关键的调控分子及与疾病相关的蛋白质标志物,最终为疾病的防诊治、新型疫苗的研发等提供理论依据。 为了研究蛋白质表达的动态变化,基因表达检测技术,如微阵列法[3]、DNA(脱氧核糖核酸)芯片法[4]等曾被广泛使用。这些方法虽然能够实现对mRNA(信使核糖核酸)进行定性和定量分析,但 刘新　男,27岁,博士生,现从事比较蛋白质组学研究。　3联系人,E2mail:qianxh1@https://www.wendangku.net/doc/4d10328015.html, 国家自然科学基金(20505019、20505018)、国家重点基础研究发展规划项目(2004C B518707)和北京市科技计划重大项目(H030230280190)资助项目 2006207220收稿,2006209221接受

同位素示踪法

“同位素示踪法”专题复习 同位素示踪法是利用放射性元素作为示踪剂对研究对象进行标记的微量分析方法，研究细胞内的元素或化合物的来源、组成、分布和去向等，进而了解细胞的结构和功能、化学物质的变化、反应机理等。用于示踪技术的放射性同位素一般是用于构成细胞化合物的重要元素。如3H、14C、15N、18O、32P、35S等。 一、3H练习 1．将植物细胞在3H标记的尿苷存在下温育数小时，然后收集细胞，经适当处理后获得各种细胞器。放射性将主要存在于：（） A．叶绿体和高尔基体B．细胞核和液泡C．细胞核和内质网D．线粒体和叶绿体 2．用3H标记葡萄糖中的氢，经有氧呼吸后，下列物质中可能有3H的是（） A、H2O B、CO2 C、C2H5OH D、C3H6O3 3．愈伤组织细胞在一种包含所有必需物质的培养基中培养了几个小时，其中一种化合物具有放射性（3H标记）。当这些细胞被固定后进行显微镜检，利用放射自显影技术发现放射性集中于细胞核、线粒体和叶绿体中。因此，可以肯定被标记的化合物是（） A一种氨基酸B尿嘧啶核苷C胸腺嘧啶脱氧核苷酸D葡萄糖 4．（多选）下列生物学研究选择的技术（方法）恰当的是（） A．用3H标记的尿嘧啶核糖核苷酸研究DNA的复制B．用利用纸层析法提取叶绿体中的色素 C．用标志重捕法进行鼠的种群密度的调查D．用无毒的染料研究动物胚胎发育的过程 5．为了促进有丝分裂物质对细胞分裂的促进作用，将小鼠的肝细胞悬浮液分成等细胞数的甲、乙两组，在甲组的培养液中加入3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷（3H-TdR）；乙组中加入等剂量的3H-TdR加入促进有丝分裂物质。培养一段时间后，分别测定甲、乙两组细胞的总放射强度。据此回答下列问题： （1）细胞内3H-TdR参与合成的生物大分子是，该种分子所在的细胞结构名称是，。 （2）乙组细胞的总放射性强度比甲组的，原因是。 （3）细胞利用3H-TdR合成生物大分子的过程发生在细胞周期的期。

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）

稳定同位素技术的应用

稳定同位素技术的应用 稳定同位素是元素周期表中某元素中不发生或极不易发生放射性衰变的同位素，目前地球上发现的稳定同位素共有200多种。现在稳定同位素技术还已经应用于医学、农业和环境科学等各领域。 稳定同位素的常规分析方法主要有：质谱法、核磁共振谱法、气相色谱法、中子活化分析法、光谱法等。 1.稳定性同位素探针技术 将稳定同位素运用于微生物中的技术主要是稳定性同位素核酸探针技术，稳定性同位素核酸探针技术是将复杂环境中微生物物种组成及其生理功能耦合分析的有力工具。由于自然环境中微生物具有丰富的多样性，在整体水平上清楚认知复杂环境中微生物群落生理代谢过程的分子机制具有较大难度。而稳定性同位素核酸探针技术则能有效克服这一难点，在群落水平揭示复杂环境中重要微生物生理生态过程的分子机制。 稳定性同位素核酸探针技术的基本原理与DNA半保留复制实验类似、主要区别在于后者以纯菌为研究对象，证明子代DNA源于父代DNA，而前者主要针对微生物群落，揭示复杂环境中参与标记底物代谢过程的微生物作用者。一般而言，重同位素或轻同位素组成的化合物具有相同的物理化学和生物学特性，因此，微生物可利用稳定性重同位素生长繁殖。 2.稳定同位素标记的相对定量与绝对定量方法 2.1稳定同位素标记的相对定量方法 稳定同位素在蛋白质组学中也有重要的应用。根据同位素引入的方式，基于稳定同位素标记的蛋白质组定量方法可以分为代谢标记法、化学标记法和酶解标记法。采用不同方法，标记同位素的样品在不同步骤混合；越早混合，样品预处理步骤引入的误差越小，定量的准确度越高。 代谢标记是指在细胞或生物体成长过程加入含有稳定同位素标记的培养基，完成细胞或生物体标记的方法。该方法是在细胞培养过程中加入稳定同位素标记的必需氨基酸，使得每条肽段相差的质量数恒定。与15N方法相比，由于肽段的质量差异数与氨基酸种类和数目无关，因此简化了相对定量分析的难度。 除代谢水平标记外，通过体外化学标记引入同位素是一种非常有价值的蛋白质组相对定量方法；适用于细胞、体液、组织等多种样品分析。现有的化学标记试剂多数通过与氨基或巯基反应引入稳定同位素。最常用的是基于N -羟基琥珀酰胺化学和还原胺反应。 18O标记是目前酶解标记的唯一方法。采用该方法仅需要在酶解过程中使用H218O。18O标记既可用于非修饰蛋白质组的相对定量，而且也可以将肽段末端的

同位素示踪技术在高中生物学实验中的应用小结

同位素示踪技术在高中生物学实验中的应用小结 1利用放射性同位素3H标记氨基酸作为示踪元素，来研究分泌蛋白在细胞中的合成部位及运输方向 科学家在研究分泌蛋白的合成和分泌时，曾经做过这样一个实验：他们在豚鼠的胰脏腺泡细胞中注射3H标记的亮氨酸，3min后，被标记的亮氨酸出现在附着有核糖体的内质网中，17min 后，出现在高尔基体中，117min后，出现在靠近细胞膜内则的运输蛋白质的小泡中，以及释放到细胞外的分泌物中。这个实验说明分泌蛋白在附着于内质网上的核糖体中合成之后，是按照内质网→高尔基体→细胞膜的方向运输的。从而也证明了细胞内各种生物膜在功能上是紧密联系的。 2利用放射性同位素3H作为示踪元素来研究细胞的有丝分裂 细胞有丝分裂时，DNA分子在间期要复制，为细胞的分裂做准备。为了研究细胞的有丝分裂，在小鼠肝细胞的培养液中加入用3H等标记的胸腺嘧啶脱氧核苷（3H-TdR），3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷是合成胸腺嘧啶脱氧核苷酸的原料，胸腺嘧啶脱氧核苷酸是合成DNA的原料。因此细胞有丝分裂时，细胞核中的DNA分子复制可以被检测到。 3 利用放射性同位素18O、14C、3H作为示踪元素来研究光合作用过程中某些物质的变化过程，从而揭示光合作用的机理 3.1 19世纪30年代美国科学家鲁宾（S.Ruben）和卡门（M.Kamen）研究光合作用中释放的氧到底是来自于水，还是来自于二氧化碳。他们进行了这样2组实验：用氧的同位素18O分 别标记H 2O和CO 2 ，使它分别成为H 2 18O和C18O 2 ，然后进行2组光合作用的实验：第1组向绿 色植物提供H 218O和CO 2 ；第2组向同种绿色植物提供H 2 O和C18O 2 。在相同的条件下，对2组 光合作用实验释放出的氧进行分析，结果表明，第1组释放的氧全部是18O 2 ，第2组释放的 氧全部是O 2 。从而证明了光合作用中释放的氧全部来自水。 3.2 用18O、14C标记二氧化碳（14C18O 2），固定后产生的三碳化合物有放射性（14C 3 ），产物 葡萄糖（14C 6H 12 18O 6 ）有放射性，产物水（H 2 18O）有放射性。因此可以知道18O、14C元素的转移 途径为：14C18O 2→214C 3 →14C 6 H 12 18O 6 + H 2 18O。 3.3 C 4 植物的发现过程澳大利亚科学家M.D.Hatch和C.R.Slack在研究玉米、甘蔗等原产 热带地区的绿色植物时发现，当向这些绿色植物提供14CO 2 时，光合作用开始后的1s内，竟 有90%以上的14C出现在含有4个碳原子的有机酸（一种C 4 化合物）中。随着光合作用的进 行，C 4化合物中的14C逐渐减少，而C 3 化合物中的14C逐渐增多。说明在这类绿色植物的光 合作用中，CO 2的C原子首先转移到C 4 化合物中，然后才转移到C 3 化合物中。科学家将这类 植物看叫做C 4 植物。 4利用放射性同位素18O作为示踪元素来研究细胞呼吸过程中物质的转变途径，揭示呼吸作用的机理