穩(wěn)定性同位素示蹤法詳解演示文稿

穩(wěn)定性同位素示蹤法詳解演示文稿當(dāng)前1頁，總共41頁。（優(yōu)選）穩(wěn)定性同位素示蹤法當(dāng)前2頁，總共41頁。

幾個概念

穩(wěn)定性同位素（Stableisotope）

豐度（Abundance）

A

即某核在該組同位素中濃度(通常指人工加濃了的)。

自然豐度（Naturalabundaa）A自(AO)15N：0.365%、18O:0.204%

原子百分超（Atompercentexcess）

a

a=A-A自

又稱富集度（Enrichment）富集15N（Enriched15N）貧化15N（Depeled15N)當(dāng)前3頁，總共41頁。

一.穩(wěn)定性同位素示蹤法的基本依據(jù)：

1.自然界中一種元素同位素組成是相對恒定

2.同一元素的同位素具有相同的化學(xué)性質(zhì)

3.同一元素的同位素之間存在質(zhì)量差異當(dāng)前4頁，總共41頁。

重要化學(xué)元素的穩(wěn)定性同位素元素同位素自然豐度樣品來源H1H99.985新鮮的表面淡水

2H(D)0.0147B10B18.46意大利天然硼酸鹽

11B81.54C12C98.892捷克撲利茲石灰石

13C1.108N14N99.635

大氣中的氮氣

15N0.365O16O99.759大氣中的氧氣

17O0.037418O0.2039當(dāng)前5頁，總共41頁。

氮的同位素表同位素射線種類半衰期自然豐度12Nβ+0.011S13Nβ+9.96m14N--99.63515N--0.36516Nβ-7.1S17Nβ-4.15S18Nβ-

0.63S當(dāng)前6頁，總共41頁。

穩(wěn)定性同位素標(biāo)記物的命名

1978年國際純化學(xué)和化學(xué)聯(lián)合會IUPAC的命名法:結(jié)構(gòu)式:

15[N]HCl或15NHCl（這樣純的物質(zhì)不存在)單標(biāo)記化合物:H215N-CO-NH2

15N-尿素，例如15N的豐度可為5%，10%，15%……雙標(biāo)記化合物(一個同位素):H215N-CO-15NH2尿素4.

混合標(biāo)記化合物:(15NH2)13CO(13C15N)尿素當(dāng)前7頁，總共41頁。核素A（%）質(zhì)量數(shù)

14N99.63514

15N0.36515注意：由于同位素之間的質(zhì)量差異，因此它們的物理、化學(xué)、生物化學(xué)等性質(zhì)會有所不同，進(jìn)行實驗時，需注意同位素效應(yīng)。當(dāng)前8頁，總共41頁。

二.穩(wěn)定性同位素示蹤法的特點：1.無放射性，無輻射效應(yīng)及不良影響。2.安全、對人無傷害。3.無污染，不受環(huán)境條件限制。4.無衰變，實驗時間不受限制。5.可進(jìn)行放射性示蹤法難以進(jìn)行的實驗。例：N素中T最長的13N：T=9.096m當(dāng)前9頁，總共41頁。一

三.穩(wěn)定性同位素分析法的基本流程同位素引入生物體

動植物原始樣品儀器所需的待測樣品

進(jìn)樣過程

質(zhì)譜分析法光譜分析法

記錄

實驗結(jié)果分析當(dāng)前10頁，總共41頁。

四.影響15N引入豐度的因素

1.實驗材料對15N的稀釋程度。

2.N素在不同部位分布的不均勻性

3.分析測定技術(shù)所能達(dá)到的精度。當(dāng)前11頁，總共41頁。15N示蹤法引入N素肥料的豐度計算

參考公式

af=Wp?Rp?ap/Nf?RN式中：af：N素肥料的原子百分超

Wp：植物總重量（待測）

ap：植物樣品中原子百分超

Rp：植物樣品中含N百分率

Nf：施純N量

RN：N肥利用率當(dāng)前12頁，總共41頁。

注意事項：1.同位素交換反應(yīng)：在一定條件下，標(biāo)記的銨鹽可與大氣發(fā)生反應(yīng)：

15NH+4水溶液+14NH3→14NH+4水溶液+15NH315N豐度高時應(yīng)注意。2.同位素效應(yīng)：藻類對14C、13C、12C的吸收依次遞減。3.予測樣品測定項目……當(dāng)前13頁，總共41頁。

五、質(zhì)譜和光譜測定15N原理

14N和15質(zhì)量不同質(zhì)譜：把N2離子化為28N-N2，29N-N2，30N-N2

使其在均勻磁場中發(fā)生不同角度偏轉(zhuǎn)2光譜：28N-N2：譜線波長為2976.8埃

29N-N2：譜線波長為2982.9埃

30N-N2：譜線波長為2988.6埃-當(dāng)前14頁，總共41頁。入口出口加速電壓1800的均勻磁場當(dāng)前15頁，總共41頁。當(dāng)前16頁，總共41頁。

六.供儀器待測樣品的制備、測量

1.對待測樣品的要求：

(1)因為測量的是不同質(zhì)量離子流的相對含量，因此，保證有一定的N量即可。一般要求含N量1mg/ml最少不低于0.5mg。

(2)儀器的本底檢查。

(3)離子峰的選擇（14N和15N的峰比28N、29N小10倍，選28N、29N、30N）。

(4)儀器精確度檢查（檢查去O2后的空氣或純N氣）。當(dāng)前17頁，總共41頁。2.分析樣品的制備：

(1)K氏法（Kjeidali）質(zhì)譜分析常用法。

當(dāng)前18頁，總共41頁。

A.樣品的消化：（例：0.05g植樣+10ml濃H2S04+3.3gSe:CuSO4:K2SO4為1:10:100混合催化劑→樣液清亮再消煮5h（土）或2h(植)，溫度120-140℃。樣品予處理：水楊酸—硫酸法：5g干土或0.5g植樣+12ml水楊酸：硫酸為50g：1000ml溶液中放置30min，再加2.5g硫代硫酸鈉和15ml水，緩緩加熱至停出起泡→冷卻→常規(guī)消化）。當(dāng)前19頁，總共41頁。

B.蒸餾：

用蒸汽蒸餾將消化液中NH3分離出來，并測定總N。方法：消化液中加過量40%NaOH,釋放的NH3被蒸汽逐出，經(jīng)冷凝后被2%硼酸吸收，加入混合指示劑用標(biāo)準(zhǔn)硫酸滴定（設(shè)置一個標(biāo)準(zhǔn)液）。此步驟將NH3-N轉(zhuǎn)變成了NH4+-N（銨態(tài)N），儀器分析適宜量1mgN/樣品2-3ml(濃縮或稀釋)。(制備好的樣品送交儀器分析)當(dāng)前20頁，總共41頁。

以下在質(zhì)譜儀上進(jìn)行C.將NH4+-N轉(zhuǎn)化為N2氣:

在真空條件下，將上述樣品與次溴酸鈉反應(yīng)，放出N氣（在質(zhì)譜儀內(nèi)進(jìn)行）詳見書15N章節(jié)。當(dāng)前21頁，總共41頁。

制樣時注意：1.所有試劑純度要高。2.消化要完全。3.防止樣品間交叉污染（每個樣品蒸餾前用蒸餾15ml乙醇洗器皿）。4.“Y”型管及內(nèi)部反應(yīng)抽氣須徹底，防其它氣體干擾。

當(dāng)前22頁，總共41頁。以下在光譜儀上進(jìn)行,可用液體樣品也可用干樣品(2).杜馬法（Dumas）

—光譜分析中常用法適用于含N量低（少于100μg）的樣品，光譜測量。

當(dāng)前23頁，總共41頁。當(dāng)前24頁，總共41頁。

方法：A．在放電管中裝入樣品，氧化劑（CuO）及吸收劑（CaO）抽真空，抽完后熔封放電管。在馬福爐中燃燒0.5-3h（560℃）樣品，（CaO吸收CO2和H2O)以產(chǎn)生N2氣。B．冷卻至室溫后在光譜儀上測定純樣品火焰為粉紅色或淡黃色有CO2呈白色，有水呈黃色）當(dāng)前25頁，總共41頁。

注意：

如果是液體樣品。需用Pyrex玻璃管（1cmΦ2mm）吸滿樣液，烘干后再放入放電管。

CuO、CaO使用前用700℃高溫烘干除去CO2，H2O，并在12-18Kg/cm2壓力下制成棒狀,備光譜分析當(dāng)前26頁，總共41頁。

儀器分析方法步驟：1、通電予熱儀器10分鐘，打開光電倍增管高壓。2、放電管裝入燃燒室固定架上。3、開高頻發(fā)生器電源，使放電管中樣品放電發(fā)光。4、選擇適宜放大倍數(shù)對28N、29N、30N峰分別進(jìn)行放大，在2970A0-2990A0之間掃描。5、放下記錄筆，接通掃描開關(guān)，劃出28N、29N、30N峰高。6、求得平均峰高，計算15N豐度。當(dāng)前27頁，總共41頁。當(dāng)前28頁，總共41頁。

七．15N實驗結(jié)果計算

14、15的質(zhì)量比28、29、30的小10倍，不參加運算

當(dāng)15N豐度小于5%:

R=質(zhì)量為28離子流強(qiáng)度/質(zhì)量為29離子流強(qiáng)度此時30N的流子離強(qiáng)度很小，

1.豐度：A=1/2R+1×100%(1)當(dāng)前29頁，總共41頁。

當(dāng)15N豐度大于5%

R’=質(zhì)量為29離子流強(qiáng)度/質(zhì)量為30離子流強(qiáng)度

A=2/R’+2×100%或者由質(zhì)量為28、29、30的峰值直接算出：A=[29]+2[30]/2（[28]+[29]+[30])×100%

當(dāng)前30頁，總共41頁。以下以植物材料實驗為例進(jìn)行計算，其計算原理也適用于動物等，共同的條件是在一個相對封閉系統(tǒng)內(nèi)開展實驗。（若是用32P等實驗，計算時把原子百分超換成比強(qiáng)度即可）

2.植樣的原子百分超:ap

ap

=A-A自（2）（A自=0.365%或空白實驗值）當(dāng)前31頁，總共41頁。

3.植物從肥料中攝取N的%:Ndff

植物中N有多少%是來自于肥料（Percentageofintheplantderivedfromthefertilizer），可以是根、莖、葉、果實的任一Ndff

Ndff=ap/af×100%（設(shè)N素來源于土壤和肥料二方面）（3）af：肥料N的原子百分超（或動物飼料N的原子百分超，此時又多了一個動物排泄因素）。

當(dāng)前32頁，總共41頁。上片解釋見第五章第37片同位素稀釋法當(dāng)前33頁，總共41頁。4、植物從土壤中攝取N的%（Percentageofintheplanttissuederivedfromthesoil）:Ndfs

Ndfs

=1-Ndff(4)5、植物中來自肥料的N量:Npf

Npf=植物總N量×ap/af

（5）

Npf+Nps=植物中總N量（已在定N中測定,K氏定N法）設(shè)總N來源于土壤和肥料，則：當(dāng)前34頁，總共41頁。

6.植物中來自土壤N的量：Nps

Nps=總N-Npf(6)

7.N素利用率：R=Npf/Nf×100%(7)Nf：施入純N的總量

8.土壤A值：A值

=Ndfs/Ndff×Nf

(Kg/公頃)（8）

A值：表示土壤有效供應(yīng)N素量(用A值可以解釋為什么某種土壤適合于種植某種植物)。

(來自：A值/Ndfs=Nf/Ndff)

當(dāng)前35頁，總共41頁。

9、N素回收率：

R回

=已檢出的Nf量/Nf×100%(9)10、N素?fù)p失率：

R失

=100%-R回(10)以上公式適用32P等放射性物質(zhì)（以比強(qiáng)為單位）等計算。

當(dāng)前36頁，總共41頁。練習(xí)題：

蕃茄實驗地中施用15N-尿素純N20Kg/畝，收獲后測得植物含N量為30Kg/畝，植物樣品的15N豐度為0.67%，15N-尿素的15N豐度為1.37%，設(shè)自然豐度為0.37%，尿素的含N量為40%。求：1、每畝施入尿素量？2、肥料N素的利用率？3.A值?

解：∵ap=0.67-0.37=0.3%af=1.37-0.37=1.0%∴Ndff=ap/af=0.3/1.0=30%Npf=Np×Ndff=30Kg/畝×30%=9Kg/畝施入尿素量：W=20/40%=80Kg/畝肥料N素利用率：R=Npf/Nf=9/20=45%A值=Ndfs/Ndff×Nf=70%/30%×20Kg/畝=46.7Kg/畝（土壤中可供蕃茄生長的每畝有效N--當(dāng)然不是全部被吸收,A值愈大說明土壤的供N能力愈強(qiáng)）當(dāng)前37頁，總共41頁。下列研究方法：1.測根瘤數(shù)目和干物質(zhì)產(chǎn)量。早、有無？2.氮素平衡法。十分煩瑣。3.比較固N作物和非固N作物總N量差異。4.乙炔還原法。簡單、靈敏。5.乙炔還原成乙烯，存在轉(zhuǎn)換因子（3個）。

15N示蹤與生物固