稳定同位素技术在环境分析中的应用.pptx

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1、会计学1稳定同位素技术在环境稳定同位素技术在环境(hunjng)分析中分析中的应用的应用第一页，共21页。IRMS目录目录(ml)IRMSIRMS的系统组成和工作原理的系统组成和工作原理的系统组成和工作原理的系统组成和工作原理IRMSIRMS在环境科学在环境科学在环境科学在环境科学(kxu)(kxu)中的应用中的应用中的应用中的应用IRMSIRMS的仪器维护和性能改进的仪器维护和性能改进的仪器维护和性能改进的仪器维护和性能改进第1页/共21页第二页，共21页。IRMS稳定稳定(wndng)同位素比同位素比例质谱仪例质谱仪概概概概念念念念：利利利利用用用用离离离离子子子子光光光光学学学学和和和和

2、电电电电磁磁磁磁原原原原理理理理(yunl(yunl)，按按按按照照照照质质质质荷荷荷荷比比比比（m/em/e）进进进进行行行行分分分分离离离离从从从从而而而而测测测测定定定定同位素质量和相对含量。同位素质量和相对含量。同位素质量和相对含量。同位素质量和相对含量。迄迄迄迄今今今今发发发发现现现现的的的的稳稳稳稳定定定定同同同同位位位位素素素素274274种种种种，但但但但得得得得到到到到产产产产业业业业化化化化生生生生产产产产并并并并已已已已广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用的的的的主主主主要要要要为为为为2H2H、13C13C、15N15N、18O18O、22Ne22Ne、10B10B等等等等

3、少少少少数数数数几几几几种种种种产品。产品。产品。产品。第2页/共21页第三页，共21页。IRMSIRMS的系统的系统(xtng)组组成成 IRMSIRMS主主主主要要要要由由由由3 3大大大大系系系系统统统统组组组组成成成成：分分分分析析析析系系系系统、电学系统和真空系统。统、电学系统和真空系统。统、电学系统和真空系统。统、电学系统和真空系统。其其其其中中中中分分分分析析析析系系系系统统统统由由由由3 3个个个个必必必必需需需需的的的的部部部部分分分分组组组组成成成成：单单单单能能能能级级级级离离离离子子子子源源源源、质质质质量量量量(zhling)(zhling)分析器、离子检测器。分析器

4、、离子检测器。分析器、离子检测器。分析器、离子检测器。进样系统(xtng)离子源质量分析器离子检测器样品样品质谱图质谱图第3页/共21页第四页，共21页。IRMSDELTA plus XL DELTA plus XL 气体气体气体气体(qt)(qt)同位素比值质谱同位素比值质谱同位素比值质谱同位素比值质谱 生生生生产产产产商商商商：美美美美国国国国菲菲菲菲尼尼尼尼根根根根玛玛玛玛特特特特质质质质谱谱谱谱公公公公司司司司 制造地：德制造地：德制造地：德制造地：德 国国国国 前处理设备：前处理设备：前处理设备：前处理设备：双流进样系统双流进样系统双流进样系统双流进样系统 气气气气 相相相相 色色色

5、色 谱谱谱谱 HP6890-HP6890-燃燃燃燃 烧烧烧烧(rnsho)(rnsho)界面界面界面界面 元元元元素素素素分分分分析析析析仪仪仪仪EA1112-EA1112-连连连连续续续续流流流流界界界界面面面面 基基基基 本本本本 功功功功 能能能能：H/D,H/D,13C/12C,13C/12C,15N/14N,15N/14N,18O/16O,18O/16O,34S/32S 34S/32S 五五五五种种种种元元元元素的气体同位素比值的测定素的气体同位素比值的测定素的气体同位素比值的测定素的气体同位素比值的测定第4页/共21页第五页，共21页。仪器外观ConFlo氧化炉TCCombusti

6、onEA1112GCDELTAplus XL质谱主机双流进样系统控制电脑第5页/共21页第六页，共21页。IRMSIRMS样品样品(yngpn)分析分析流程流程第6页/共21页第七页，共21页。IRMS离子源系统离子源系统(xtng)在离化室内，样品气体电离成正离子，在电场作用下离子聚焦成束，并在加速电压作用下经过缝隙(fngx)进入分析器。电子电子(dinz)轰击型离子源轰击型离子源常见的离子源：常见的离子源：电子轰击、表面热电离、二次离子化等第7页/共21页第八页，共21页。IRMS分析器系统分析器系统(xtng)质谱仪的心脏，由一个有限制(xinzh)狭缝板和金属杯（法拉第筒）组成，主体

7、为一扇形磁铁，其功能是把离子源送来的离子束按不同的质荷比（m/z）分开。磁磁分分析析器器第8页/共21页第九页，共21页。IRMS离子离子(lz)检测器检测器（Delta Plus XL/XP）离子接受器离子接受器+放大检测装置放大检测装置 接受来自质量分析器的不同质荷比的电子束，并加以放大和记录接受来自质量分析器的不同质荷比的电子束，并加以放大和记录 有多个有多个(du)接收器，可同时接收、记录被分开的几束离子及其强度接收器，可同时接收、记录被分开的几束离子及其强度第9页/共21页第十页，共21页。IRMS真空真空(zhnkng)系统系统涡涡轮轮分分子子(fnz)泵泵获得超高真空获得超高真空

8、(zhnkng)，排除残余气体，降低，排除残余气体，降低“本底本底”第10页/共21页第十一页，共21页。IRMS稳定稳定(wndng)同位素质同位素质谱技术的应用谱技术的应用 2020世世世世纪纪纪纪8080年年年年代代代代以以以以后后后后，随随随随着着着着同同同同位位位位素素素素质质质质谱谱谱谱测测测测试试试试技技技技术术术术的的的的改改改改进进进进，大大大大大大大大拓拓拓拓宽宽宽宽了了了了稳稳稳稳定定定定同同同同位位位位素素素素的的的的研究研究研究研究(ynji)(ynji)领域。领域。领域。领域。特点：特点：特点：特点：a a 灵敏度高、检测限低灵敏度高、检测限低灵敏度高、检测限低灵敏

9、度高、检测限低 b b 操作简便、使用安全操作简便、使用安全操作简便、使用安全操作简便、使用安全 c c 没有放射性，无二次污染没有放射性，无二次污染没有放射性，无二次污染没有放射性，无二次污染 d d样品用量少、分析结果精确稳定样品用量少、分析结果精确稳定样品用量少、分析结果精确稳定样品用量少、分析结果精确稳定 应应应应用用用用领领领领域域域域：生生生生态态态态学学学学，地地地地理理理理地地地地质质质质科科科科学学学学，环环环环境境境境科科科科学学学学，海海海海洋洋洋洋科科科科学学学学，石石石石油油油油，石石石石化化化化，食食食食品品品品，化化化化工，法检，工，法检，工，法检，工，法检，医学

10、，考古等领域。医学，考古等领域。医学，考古等领域。医学，考古等领域。第11页/共21页第十二页，共21页。IRMS稳定稳定(wndng)同位素技同位素技术在水污染中的应用术在水污染中的应用 稳定同位素技术在水污染中的应用稳定同位素技术在水污染中的应用主要集中于碳、汞、铅、硫、氮的稳主要集中于碳、汞、铅、硫、氮的稳定同位素定同位素,使用方法多是利用其作为示使用方法多是利用其作为示踪剂推测水体中污染源的来历踪剂推测水体中污染源的来历,分析污分析污染物质随时间的迁移染物质随时间的迁移(qiny)(qiny)与变化。与变化。从而达到对已发生的污染事件进行仲从而达到对已发生的污染事件进行仲裁、了解污染与

11、转化途径等目的。裁、了解污染与转化途径等目的。第12页/共21页第十三页，共21页。IRMS稳定同位素技术在大气污染稳定同位素技术在大气污染稳定同位素技术在大气污染稳定同位素技术在大气污染(d q w r(d q w r n)n)中的应用中的应用中的应用中的应用 同位素技术作为来源解析与示踪手同位素技术作为来源解析与示踪手同位素技术作为来源解析与示踪手同位素技术作为来源解析与示踪手段也广泛应用于气态污染物质来源确段也广泛应用于气态污染物质来源确段也广泛应用于气态污染物质来源确段也广泛应用于气态污染物质来源确定与大气颗粒物污染过程定与大气颗粒物污染过程定与大气颗粒物污染过程定与大气颗粒物污染过程

12、(guchng)(guchng)的研究。应用主要集中于碳、铅、硫的研究。应用主要集中于碳、铅、硫的研究。应用主要集中于碳、铅、硫的研究。应用主要集中于碳、铅、硫的稳定同位素的稳定同位素的稳定同位素的稳定同位素,研究介质主要为多环研究介质主要为多环研究介质主要为多环研究介质主要为多环芳烃中的稳定碳同位素组成、燃煤排芳烃中的稳定碳同位素组成、燃煤排芳烃中的稳定碳同位素组成、燃煤排芳烃中的稳定碳同位素组成、燃煤排放的硫化物、汽油燃烧后的铅尘等。放的硫化物、汽油燃烧后的铅尘等。放的硫化物、汽油燃烧后的铅尘等。放的硫化物、汽油燃烧后的铅尘等。第13页/共21页第十四页，共21页。IRMS稳定同位素技术在

13、土壤污染稳定同位素技术在土壤污染稳定同位素技术在土壤污染稳定同位素技术在土壤污染(t(t r r n n w w r r n)n)中的应用中的应用中的应用中的应用 土壤土壤(t(t r r ng)ng)是许多重金属类污染是许多重金属类污染物质重要的汇物质重要的汇,同时土壤同时土壤(t(t r r ng)ng)又又与地表的植被、大气的沉降、地表径与地表的植被、大气的沉降、地表径流的污染密切相关流的污染密切相关,故污染物与污染故污染物与污染形式复杂多样形式复杂多样,来源探究更加困难。来源探究更加困难。稳定性同位素稳定性同位素15N15N能够被用来测定能够被用来测定植物通过氮固定或吸收土壤植物通过氮

14、固定或吸收土壤(t(t r r ng)NH4+ng)NH4+及及NO3-NO3-获得氮素相对获得氮素相对比率，确定土壤比率，确定土壤(t(t r r ng)ng)中碳和氮周中碳和氮周转速率等。转速率等。第14页/共21页第十五页，共21页。IRMSIRMS的仪器的仪器(yq)维护维护1 1、测试植物样品时最多、测试植物样品时最多200200个样后需要取下燃烧管，用专用工具清除燃灰，个样后需要取下燃烧管，用专用工具清除燃灰，装管时注意水平装装管时注意水平装OO形圈形圈2 2、氧化剂的消耗和燃烧位置的变化会引起不完全燃烧，造成峰的拖尾及形、氧化剂的消耗和燃烧位置的变化会引起不完全燃烧，造成峰的拖尾

15、及形成成COCO等不良结果，不完全燃烧时可把燃烧管温度升高少许等不良结果，不完全燃烧时可把燃烧管温度升高少许3 3、有峰出现就需要更换、有峰出现就需要更换(gnhun)(gnhun)还原铜（还原铜失效时会有还原铜（还原铜失效时会有NONO形成，造形成，造成成30N30N的峰变高）的峰变高）4 4、更换、更换(gnhun)(gnhun)了燃烧管填料后，为了彻底赶出水分，需要加热烘烤分离了燃烧管填料后，为了彻底赶出水分，需要加热烘烤分离柱柱5 5、水阱维护：当水阱中、水阱维护：当水阱中2/32/3的干燥剂湿润后，需更换的干燥剂湿润后，需更换(gnhun)(gnhun)干燥剂，如干燥剂，如果颗粒太大

16、，可以轻轻碾碎后使用果颗粒太大，可以轻轻碾碎后使用反应反应(fnyng)管及水阱、冷阱的维护管及水阱、冷阱的维护(Flash EA部分部分)第15页/共21页第十六页，共21页。IRMSIRMS的仪器的仪器(yq)维护维护1 1、一般一根反应管连续做一周需老化一次：含、一般一根反应管连续做一周需老化一次：含C C量较多的样品出现鬼峰和量较多的样品出现鬼峰和杂峰时用，说明杂峰时用，说明Combustion ReactorCombustion Reactor氧化能力变差，需要老化。老化方法：氧化能力变差，需要老化。老化方法：a a、Combustion ReactorCombustion Reac

17、tor（燃烧管），开（燃烧管），开O2 O2 阀阀1-21-2小时；小时；HTC Reactor HTC Reactor（裂解管），开（裂解管），开CH4 CH4 阀阀1-21-2小时小时 b b、开反吹气一小时、开反吹气一小时 c c、仪器状态确认：用、仪器状态确认：用2 2个以上空白样和标准样检测仪器状态，个以上空白样和标准样检测仪器状态，查看查看(chkn)(chkn)样品信号是否稳定样品信号是否稳定2 2、冷阱维护：、冷阱维护：NN元素分析时，需要开冷阱去除元素分析时，需要开冷阱去除CO2CO2，CO;CO;一般液氮灌满一一般液氮灌满一次用一天次用一天反应反应(fnyng)管及水阱、冷

18、阱的维护管及水阱、冷阱的维护(GC Isolink中中)第16页/共21页第十七页，共21页。IRMSIRMS的性能的性能(xngnng)改进改进同位素质谱仪的技术进展，主要围绕提同位素质谱仪的技术进展，主要围绕提高仪器的灵敏度、丰度灵敏度、和精密高仪器的灵敏度、丰度灵敏度、和精密度等性能进行度等性能进行(jnxng)(jnxng)(1)(1)灵敏度：通常用原子灵敏度：通常用原子/离子的转换效离子的转换效率来决定，即用接收到的离子数去除以率来决定，即用接收到的离子数去除以离子源的样品总原子数之比离子源的样品总原子数之比提高电离效率提高电离效率（改进电离技术（改进电离技术(jsh)，如采用大流量

19、界面泵和，如采用大流量界面泵和X型的采样锥相结合）型的采样锥相结合）提高离子传输效率提高离子传输效率 (改善仪器真空极限、减少离子在传输过程中与缝隙和中性粒子改善仪器真空极限、减少离子在传输过程中与缝隙和中性粒子 的碰撞的碰撞)提高离子接受效率提高离子接受效率（如改进离子束的形状，避免离子的溅射、反射和电子的逃逸）（如改进离子束的形状，避免离子的溅射、反射和电子的逃逸）第17页/共21页第十八页，共21页。IRMSIRMS的性能的性能(xngnng)改进改进(2)(2)丰度灵敏度改进的措施：丰度灵敏度改进的措施：丰度灵敏度改进的措施：丰度灵敏度改进的措施：a a、改善测量时的真空环境、改善测量

20、时的真空环境、改善测量时的真空环境、改善测量时的真空环境b b、使用具有质量、能量双聚焦功能、使用具有质量、能量双聚焦功能、使用具有质量、能量双聚焦功能、使用具有质量、能量双聚焦功能的串列分析器的串列分析器的串列分析器的串列分析器c c、采用不同类型阻滞透镜、采用不同类型阻滞透镜、采用不同类型阻滞透镜、采用不同类型阻滞透镜(3)(3)精密度的提高：精密度的提高：精密度的提高：精密度的提高：a a、改善供电系统的稳定性、改善供电系统的稳定性、改善供电系统的稳定性、改善供电系统的稳定性b b、多接收器同时测量，缩短、多接收器同时测量，缩短、多接收器同时测量，缩短、多接收器同时测量，缩短(sudu(

21、sudu n)n)采集数据的时间采集数据的时间采集数据的时间采集数据的时间c c、完善计算机在线测量功能和软件、完善计算机在线测量功能和软件、完善计算机在线测量功能和软件、完善计算机在线测量功能和软件功能，消除人功能，消除人功能，消除人功能，消除人 为重复操作误差，缩为重复操作误差，缩为重复操作误差，缩为重复操作误差，缩短短短短(sudu(sudu n)n)测量时间测量时间测量时间测量时间第18页/共21页第十九页，共21页。IRMS 有有关关同同位位素素的的测测定定方方法法中中，常常用用的的同同位位素素稀稀释释质质谱谱法法（IDMSIDMS）和和电电感感耦耦合合等等离离子子体体质质谱谱法法（ICP-ICP-MSMS）都都存存在在严严重重的的同同质质异异位位素素干干扰扰，有有什什么么新新的的技技术术可可以以解解决决这这个个(zh ge)(zh ge)问题？问题？第19页/共21页第二十页，共21页。IRMSThank You第20页/共21页第二十一页，共21页。