[科普中國(guó)]-同位素比值

同位素比值分析

同位素比值分析的應(yīng)用主要有三大類(lèi):（1）穩(wěn)定和不穩(wěn)定同位素比值測(cè)定，主要用于地學(xué)研究和環(huán)境研究；（2）同位素示蹤實(shí)驗(yàn)，主要用于生物和醫(yī)學(xué)研究、化學(xué)反應(yīng)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(gè)，這些同位素在太陽(yáng)系形成之前由核合成反應(yīng)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(huì)發(fā)生一些變化，這些同位素變異來(lái)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(lèi)活動(dòng)等。這些同位素變異在一定研究領(lǐng)域具有重要意義，比如在地學(xué)研究中的宇宙同位素地球化學(xué)；地球早期演化歷史研究；重大地質(zhì)構(gòu)造和生物、環(huán)境演化事件的年代學(xué)和同位素地球化學(xué)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(shí)代、溫壓條件和物質(zhì)運(yùn)移的同位素研究；礦床同位素定年；環(huán)境同位素地球化學(xué)；生物，同位素地球化學(xué)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(shù)。自從多接收器扇形磁場(chǎng)ICP-MS出現(xiàn)后，開(kāi)始逐步取代TIMS。多接受器扇形磁場(chǎng)ICP-MS的最大特點(diǎn)是不僅測(cè)定精密度和TIMS相當(dāng)，而且可以分析TIMS難分析的高電離電位元素。對(duì)于那些精密度要求不苛刻的應(yīng)用，單接收扇形磁場(chǎng)ICP-MS也是一種很好的技術(shù)。在低分辨時(shí)的峰為平頂狀，所以測(cè)定精密度還是優(yōu)于四級(jí)桿系統(tǒng)。另外，在高分辨時(shí)，可以直接測(cè)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(píng)價(jià)，放射性廢料控制以及環(huán)境監(jiān)控。

同位素示蹤實(shí)驗(yàn)在生物和醫(yī)學(xué)研究中具有重要意義。比如，對(duì)Li，F(xiàn)e，Zn，Cu，Se，Pb等元素都有示蹤實(shí)驗(yàn)，這些研究對(duì)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(duì)定量分析方法。通過(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)痕量元素的濃度測(cè)定。同位素稀釋法的準(zhǔn)確度和精密度很好，在標(biāo)準(zhǔn)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(lái)越多的應(yīng)用。

同位素比值測(cè)定精密度雙聚焦扇形磁場(chǎng)單接收器ICP-MS雙聚焦扇形磁場(chǎng)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(shí)的平頂峰使同位素測(cè)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(shí)測(cè)定 / 以及 / ，精度可達(dá)0.04%RSD。 / 在中分辨時(shí)RSD可達(dá)0.1%。測(cè)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(dá)到0.026%RSD； / 精密度為0.3%。Pu同位素比值采用四極桿測(cè)定精密度是4%，而雙聚焦扇形磁場(chǎng)質(zhì)譜儀的精密度是0.3%。

碰撞反應(yīng)池ICP-MS碰撞反應(yīng)池技術(shù)的引入，由于減少了離子能量擴(kuò)散，改善了離子傳輸效率，使同位素比值測(cè)定的靈敏度和精密度有所改善。比如六級(jí)桿碰撞池的PlatformICP-QMS測(cè)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(yīng)池的Elan 6100 DEC測(cè)定NIST81的 / 同位素比值測(cè)定短期精密度為0.3%。

飛行時(shí)間ICP-MS飛行時(shí)間ICP-MS由于具有每秒20000~30000譜線的同時(shí)檢測(cè)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(bào)道的ICP-TOFMS系統(tǒng)測(cè)定同位素比值精密度一般≤0.05%。質(zhì)量歧視與其他類(lèi)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(píng)價(jià)了一種軸向ICP-TOFMS儀器測(cè)量同位素精密度和質(zhì)量偏倚問(wèn)題。在模擬檢測(cè)方式下，高信號(hào)的同位素比值測(cè)定的RSD