穩(wěn)定同位素技術(shù)在環(huán)境分析中的應(yīng)用課件

穩(wěn)定同位素技術(shù)(IRMS)在環(huán)境領(lǐng)域的分析應(yīng)用穩(wěn)定同位素技術(shù)(IRMS)在環(huán)境領(lǐng)域的分析應(yīng)用1目錄IRMS的系統(tǒng)組成和工作原理IRMS在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用IRMS的儀器維護和性能改進目錄2穩(wěn)定同位素比例質(zhì)譜儀概念：利用離子光學(xué)和電磁原理，按照質(zhì)荷比（m/e）進行分離從而測定同位素質(zhì)量和相對含量。迄今發(fā)現(xiàn)的穩(wěn)定同位素274種，但得到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)并已廣泛應(yīng)用的主要為2H、13C、15N、18O、22Ne、10B等少數(shù)幾種產(chǎn)品。穩(wěn)定同位素比例質(zhì)譜儀概念：利用離子光學(xué)和電磁原理，按照質(zhì)荷比3IRMS的系統(tǒng)組成IRMS主要由3大系統(tǒng)組成：分析系統(tǒng)、電學(xué)系統(tǒng)和真空系統(tǒng)。其中分析系統(tǒng)由3個必需的部分組成：單能級離子源、質(zhì)量分析器、離子檢測器。進樣系統(tǒng)離子源質(zhì)量分析器離子檢測器樣品質(zhì)譜圖IRMS的系統(tǒng)組成IRMS主要由3大系統(tǒng)組成：分析系統(tǒng)、電學(xué)4DELTAplusXL氣體同位素比值質(zhì)譜

生產(chǎn)商：美國菲尼根瑪特質(zhì)譜公司制造地：德國前處理設(shè)備：①雙流進樣系統(tǒng)②氣相色譜HP6890-燃燒界面Ⅲ③元素分析儀EA1112-連續(xù)流界面Ⅲ基本功能：H/D,13C/12C,15N/14N,18O/16O,34S/32S五種元素的氣體同位素比值的測定DELTAplusXL氣體同位素比值質(zhì)譜

生產(chǎn)商：美國5儀器外觀ConFloⅢ氧化爐TCCombustionⅢEA1112GCDELTAplusXL質(zhì)譜主機雙流進樣系統(tǒng)控制電腦儀器外觀ConFloⅢ氧化爐TCCombustionⅢEA16IRMS樣品分析流程IRMS樣品分析流程7離子源系統(tǒng)

在離化室內(nèi)，樣品氣體電離成正離子，在電場作用下離子聚焦成束，并在加速電壓作用下經(jīng)過縫隙進入分析器。電子轟擊型離子源常見的離子源：電子轟擊、表面熱電離、二次離子化等離子源系統(tǒng)在離化室內(nèi)，樣品氣體電離成正離子，8分析器系統(tǒng)質(zhì)譜儀的心臟，由一個有限制狹縫板和金屬杯（法拉第筒）組成，主體為一扇形磁鐵，其功能是把離子源送來的離子束按不同的質(zhì)荷比（m/z）分開。磁分析器分析器系統(tǒng)質(zhì)譜儀的心臟，由一個有限制狹縫板和金屬杯（法拉第筒9離子檢測器（DeltaPlusXL/XP）離子接受器+放大檢測裝置接受來自質(zhì)量分析器的不同質(zhì)荷比的電子束，并加以放大和記錄有多個接收器，可同時接收、記錄被分開的幾束離子及其強度離子檢測器（DeltaPlusXL/XP）離子接受器+放10真空系統(tǒng)渦輪分子泵獲得超高真空，排除殘余氣體，降低“本底”真空系統(tǒng)渦輪分子泵獲得超高真空，排除殘余氣體，降低“本底”11穩(wěn)定同位素質(zhì)譜技術(shù)的應(yīng)用

20世紀(jì)80年代以后，隨著同位素質(zhì)譜測試技術(shù)的改進，大大拓寬了穩(wěn)定同位素的研究領(lǐng)域。特點：a靈敏度高、檢測限低

b操作簡便、使用安全c沒有放射性，無二次污染d樣品用量少、分析結(jié)果精確穩(wěn)定

應(yīng)用領(lǐng)域：生態(tài)學(xué)，地理地質(zhì)科學(xué)，環(huán)境科學(xué)，海洋科學(xué)，石油，石化，食品，化工，法檢，醫(yī)學(xué)，考古等領(lǐng)域。

穩(wěn)定同位素質(zhì)譜技術(shù)的應(yīng)用

20世紀(jì)80年代以后，隨著12穩(wěn)定同位素技術(shù)在水污染中的應(yīng)用穩(wěn)定同位素技術(shù)在水污染中的應(yīng)用主要集中于碳、汞、鉛、硫、氮的穩(wěn)定同位素,使用方法多是利用其作為示蹤劑推測水體中污染源的來歷,分析污染物質(zhì)隨時間的遷移與變化。從而達到對已發(fā)生的污染事件進行仲裁、了解污染與轉(zhuǎn)化途徑等目的。穩(wěn)定同位素技術(shù)在水污染中的應(yīng)用13穩(wěn)定同位素技術(shù)在大氣污染中的應(yīng)用

同位素技術(shù)作為來源解析與示蹤手段也廣泛應(yīng)用于氣態(tài)污染物質(zhì)來源確定與大氣顆粒物污染過程的研究。應(yīng)用主要集中于碳、鉛、硫的穩(wěn)定同位素,研究介質(zhì)主要為多環(huán)芳烴中的穩(wěn)定碳同位素組成、燃煤排放的硫化物、汽油燃燒后的鉛塵等。

穩(wěn)定同位素技術(shù)在大氣污染中的應(yīng)用

同位素技術(shù)作為來源解14穩(wěn)定同位素技術(shù)在土壤污染中的應(yīng)用土壤是許多重金屬類污染物質(zhì)重要的匯,同時土壤又與地表的植被、大氣的沉降、地表徑流的污染密切相關(guān),故污染物與污染形式復(fù)雜多樣,來源探究更加困難。穩(wěn)定性同位素15N能夠被用來測定植物通過氮固定或吸收土壤NH4+及NO3-獲得氮素相對比率，確定土壤中碳和氮周轉(zhuǎn)速率等。

穩(wěn)定同位素技術(shù)在土壤污染中的應(yīng)用15IRMS的儀器維護1、測試植物樣品時最多200個樣后需要取下燃燒管，用專用工具清除燃灰，裝管時注意水平裝O形圈2、氧化劑的消耗和燃燒位置的變化會引起不完全燃燒，造成峰的拖尾及形成CO等不良結(jié)果，不完全燃燒時可把燃燒管溫度升高少許3、有峰出現(xiàn)就需要更換還原銅（還原銅失效時會有NO形成，造成30N的峰變高）4、更換了燃燒管填料后，為了徹底趕出水分，需要加熱烘烤分離柱5、水阱維護：當(dāng)水阱中2/3的干燥劑濕潤后，需更換干燥劑，如果顆粒太大，可以輕輕碾碎后使用反應(yīng)管及水阱、冷阱的維護(FlashEA部分)IRMS的儀器維護1、測試植物樣品時最多200個樣后需要取下16IRMS的儀器維護1、一般一根反應(yīng)管連續(xù)做一周需老化一次：含C量較多的樣品出現(xiàn)鬼峰和雜峰時用，說明CombustionReactor氧化能力變差，需要老化。老化方法：

a、CombustionReactor（燃燒管），開O2閥1-2小時；

HTCReactor（裂解管），開CH4閥1-2小時b、開反吹氣一小時c、儀器狀態(tài)確認(rèn)：用2個以上空白樣和標(biāo)準(zhǔn)樣檢測儀器狀態(tài)，查看樣品信號是否穩(wěn)定2、冷阱維護：N元素分析時，需要開冷阱去除CO2，CO;一般液氮灌滿一次用一天反應(yīng)管及水阱、冷阱的維護(GCIsolink中)IRMS的儀器維護1、一般一根反應(yīng)管連續(xù)做一周需老化一次：含17IRMS的性能改進同位素質(zhì)譜儀的技術(shù)進展，主要圍繞提高儀器的靈敏度、豐度靈敏度、和精密度等性能進行(1)靈敏度：通常用原子/離子的轉(zhuǎn)換效率來決定，即用接收到的離子數(shù)去除以離子源的樣品總原子數(shù)之比提高電離效率（改進電離技術(shù)，如采用大流量界面泵和X型的采樣錐相結(jié)合）提高離子傳輸效率(改善儀器真空極限、減少離子在傳輸過程中與縫隙和中性粒子的碰撞)提高離子接受效率（如改進離子束的形狀，避免離子的濺射、反射和電子的逃逸）IRMS的性能改進同位素質(zhì)譜儀的技術(shù)進展，主要圍繞提高儀器的18IRMS的性能改進

(2)豐度靈敏度改進的措施：a、改善測量時的真空環(huán)境b、使用具有質(zhì)量、能量雙聚焦功能的串列分析器c、采用不同類型阻滯透鏡(3)精密度的提高：a、改善供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性b、多接收器同時測量，縮短采集數(shù)據(jù)的時間c、完善計算機在線測量功能和軟件功能，消除人為重復(fù)操作誤差，縮短測量時間IRMS的性能改進

(2)豐