[科普中國]-同位素比值

同位素比值分析

同位素比值分析的應用主要有三大類:（1）穩(wěn)定和不穩(wěn)定同位素比值測定，主要用于地學研究和環(huán)境研究；（2）同位素示蹤實驗，主要用于生物和醫(yī)學研究、化學反應以及新陳代謝研究等；（3）同位素稀釋法，用于痕量和超痕量元素濃度分析。

同位素是原子序數(shù)相同，但原子質(zhì)量不同的一些原子，即質(zhì)子數(shù)相同但中子數(shù)不同。天然形成的同位素不到300個，這些同位素在太陽系形成之前由核合成反應產(chǎn)生，其組成足夠均勻且穩(wěn)定。

自然界中一些天然同位素的同位素豐度會發(fā)生一些變化，這些同位素變異來自質(zhì)量分餾、放射性衰變、宇宙射線、隕石中未混合的原始物質(zhì)的殘留物以及人類活動等。這些同位素變異在一定研究領域具有重要意義，比如在地學研究中的宇宙同位素地球化學；地球早期演化歷史研究；重大地質(zhì)構造和生物、環(huán)境演化事件的年代學和同位素地球化學研究；花崗巖、火山巖、幔源包體和地殼、地幔流體的同位素研究；造山帶和高壓變質(zhì)帶的時代、溫壓條件和物質(zhì)運移的同位素研究；礦床同位素定年；環(huán)境同位素地球化學；生物，同位素地球化學等。

在同位素比值分析中，熱電離質(zhì)譜法（TIMS）一直是主要分析技術。自從多接收器扇形磁場ICP-MS出現(xiàn)后，開始逐步取代TIMS。多接受器扇形磁場ICP-MS的最大特點是不僅測定精密度和TIMS相當，而且可以分析TIMS難分析的高電離電位元素。對于那些精密度要求不苛刻的應用，單接收扇形磁場ICP-MS也是一種很好的技術。在低分辨時的峰為平頂狀，所以測定精密度還是優(yōu)于四級桿系統(tǒng)。另外，在高分辨時，可以直接測定那些受多原子離子干擾的同位素比值。

同位素比值分析在核工業(yè)和環(huán)境研究中用于燃料的質(zhì)量評價，放射性廢料控制以及環(huán)境監(jiān)控。

同位素示蹤實驗在生物和醫(yī)學研究中具有重要意義。比如，對Li，F(xiàn)e，Zn，Cu，Se，Pb等元素都有示蹤實驗，這些研究對于新陳代謝、治療、毒性研究都很重要。

同位素稀釋法是一種絕對定量分析方法。通過添加一定量的同位素，有意的改變樣品中元素的同位素比值來實現(xiàn)痕量元素的濃度測定。同位素稀釋法的準確度和精密度很好，在標準物質(zhì)定值分析以及一些含量超含量元素分析中的到越來越多的應用。

同位素比值測定精密度雙聚焦扇形磁場單接收器ICP-MS雙聚焦扇形磁場單接收器ICP-MS與四極桿系統(tǒng)相比，靈敏度較高，背景較低。由于在低分辨時的平頂峰使同位素測定精密度有所改善。一般RSD為0.02%~0.3%。比如，采用Finnigan MAT 的ELEMENT在低分辨時測定 / 以及 / ，精度可達0.04%RSD。 / 在中分辨時RSD可達0.1%。測定地表水和地下水中 / 的精密度為0.1%~0.2%； / 短期精密度可以達到0.026%RSD； / 精密度為0.3%。Pu同位素比值采用四極桿測定精密度是4%，而雙聚焦扇形磁場質(zhì)譜儀的精密度是0.3%。

碰撞反應池ICP-MS碰撞反應池技術的引入，由于減少了離子能量擴散，改善了離子傳輸效率，使同位素比值測定的靈敏度和精密度有所改善。比如六級桿碰撞池的PlatformICP-QMS測定 / 同位素比值精密度為0.086%RSD； / 同位素比值精密度為0.03%RSD。采用裝有四極桿碰撞反應池的Elan 6100 DEC測定NIST81的 / 同位素比值測定短期精密度為0.3%。

飛行時間ICP-MS飛行時間ICP-MS由于具有每秒20000~30000譜線的同時檢測能力，同位素比值分析可獲得很好的精密度，最近幾年得到了很大的重視。Vanhaecke等（1999）報道的ICP-TOFMS系統(tǒng)測定同位素比值精密度一般≤0.05%。質(zhì)量歧視與其他類型的ICP-MS儀器差不多（在中質(zhì)量處大約為1%）。Emteborg等（2000）用同位素RMs評價了一種軸向ICP-TOFMS儀器測量同位素精密度和質(zhì)量偏倚問題。在模擬檢測方式下，高信號的同位素比值測定的RSD