穩(wěn)定性同位素示蹤法

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(通常指人工加濃了得)。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)

一、穩(wěn)定性同位素示蹤法得基本依據(jù):

1、自然界中一種元素同位素組成就是相對恒定

2、同一元素得同位素具有相同得化學性質

3、同一元素得同位素之間存在質量差異

重要化學元素得穩(wěn)定性同位素元素同位素自然豐度樣品來源H1H99、985新鮮得表面淡水

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大氣中得氮氣

15N0、365O16O99、759大氣中得氧氣

17O0、037418O0、2039

氮得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

穩(wěn)定性同位素標記物得命名

1978年國際純化學和化學聯(lián)合會IUPAC得命名法:結構式:15[N]HCl或15NHCl(這樣純得物質不存在)單標記化合物:H215N-CO-NH2

15N-尿素,例如15N得豐度可為5%,10%,15%……雙標記化合物(一個同位素):H215N-CO-15NH2尿素4、混合標記化合物:(15NH2)13CO(13C15N)尿素核素A(%)質量數(shù)

14N99、6351415N0、36515注意:由于同位素之間得質量差異,因此她們得物理、化學、生物化學等性質會有所不同,進行實驗時,需注意同位素效應。

二、穩(wěn)定性同位素示蹤法得特點:1、無放射性,無輻射效應及不良影響。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、可進行放射性示蹤法難以進行得實驗。例:N素中T最長得13N:T=9、096m一

三、穩(wěn)定性同位素分析法得基本流程同位素引入生物體

動植物原始樣品儀器所需得待測樣品

進樣過程

質譜分析法光譜分析法

記錄

實驗結果分析

四、影響15N引入豐度得因素

1、實驗材料對15N得稀釋程度。

2、N素在不同部位分布得不均勻性

3、分析測定技術所能達到得精度。15N示蹤法引入N素肥料得豐度計算參考公式

af=Wp?Rp?ap/Nf?RN式中:af:N素肥料得原子百分超

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12大家應該也有點累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流

注意事項:1、同位素交換反應:在一定條件下,標記得銨鹽可與大氣發(fā)生反應:

15NH+4水溶液+14NH3→14NH+4水溶液+15NH315N豐度高時應注意。2、同位素效應:藻類對14C、13C、12C得吸收依次遞減。3、予測樣品測定項目……

五、質譜和光譜測定15N原理

14N和15質量不同質譜: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-入口出口加速電壓1800得均勻磁場

六、供儀器待測樣品得制備、測量

1、對待測樣品得要求:

(1)因為測量得就是不同質量離子流得相對含量,因此,保證有一定得N量即可。一般要求含N量1mg/ml最少不低于0、5mg。

(2)儀器得本底檢查。

(3)離子峰得選擇(14N和15N得峰比28N、29N小10倍,選28N、29N、30N)。

(4)儀器精確度檢查(檢查去O2后得空氣或純N氣)。2、分析樣品得制備:

(1)K氏法(Kjeidali)質譜分析常用法。

A、樣品得消化:(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)。

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,釋放得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準硫酸滴定(設置一個標準液)。此步驟將NH3-N轉變成了NH4+-N(銨態(tài)N),儀器分析適宜量1mgN/樣品2-3ml(濃縮或稀釋)。(制備好得樣品送交儀器分析)以下在質譜儀上進行C、將NH4+-N轉化為N2氣:

在真空條件下,將上述樣品與次溴酸鈉反應,放出N氣(在質譜儀內進行)詳見書15N章節(jié)。

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”型管及內部反應抽氣須徹底,防其她氣體干擾。

以下在光譜儀上進行,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)得樣品,光譜測量。

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)

注意:

如果就是液體樣品。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

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峰分別進行放大,在2970A0-2990A0之間掃描。5、放下記錄筆,接通掃描開關,劃出28N、29N、30N峰高。6、求得平均峰高,計算15N豐度。

七、15N實驗結果計算

14、15得質量比28、29、30得小10倍,不參加運算

當15N豐度小于5%:R=質量為28離子流強度/質量為29離子流強度此時30N得流子離強度很小,

1、豐度:A=1/2R+1×100%(1)

當15N豐度大于5%R’=質量為29離子流強度/質量為30離子流強度

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

以下以植物材料實驗為例進行計算,其計算原理也適用于動物等,共同得條件就是在一個相對封閉系統(tǒng)內開展實驗。(若就是用32P等實驗,計算時把原子百分超換成比強度即可)

2、植樣得原子百分超:ap

ap

=A-A自(2)(A自=0、365%或空白實驗值)

3、植物從肥料中攝取N得%:Ndff

植物中N有多少%就是來自于肥料(Percentageofintheplantderivedfromthefertilizer),可以就是根、莖、葉、果實得任一Ndff

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

上片解釋見第五章第37片同位素稀釋法4、植物從土壤中攝取N得%(Percentageofintheplanttissuederivedfromthesoil):NdfsNdfs

=1-Ndff(4)5、植物中來自肥料得N量:NpfNpf=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)設總N來源于土壤和肥料,則:

6、植物中來自土壤N得量:NpsNps=總N-Npf(6)7、N素利用率:R=Npf/Nf×100%(7)Nf:施入純N得總量

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)

9、N素回收率:

R回=已檢出得Nf量/Nf×100%(9)10、N素損失率:

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

練習題:

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,植物樣品得15N豐度為0、67%,15N-尿素得15N豐度為1、37%,設自然豐度為0、37%,尿素得含N量為40%。求:1、每畝施入尿素量？2、肥料N素得利用率？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得每畝有效N--當