稳定同位素比质谱仪专门用于测量元素C、N、H、O、S几种元素的稳定同位素比值,这几种元素转化成对应的气体,包括CO、CO2、N2、N2O、H2、SO2,可以被稳定同位素比质谱仪测定,具体原理如下:
C元素转化成CO2
★ CO2气体样品
CO2气体样品直接通过Gasbench进样后,使用稳定同位素比质谱仪分析;
★ 碳酸盐中的C元素
碳酸盐中的C元素加化学试剂转化成CO2后,通过Gasbench与稳定同位素比质谱仪分析;
★ 固体样品中C元素
固体样品中C元素稳定同位素比值的测定,使用元素分析仪的动态快速燃烧炉,转化成CO2后,使用稳定同位素比质谱仪检测:
★ 甲烷(CH4)中C元素
甲烷(CH4)中C元素稳定同位素比值的测定,高浓度的样品,可以使用气相色谱仪(GC)分离,使用Isolink模块转化成CO2,使用稳定同位素比质谱仪检测;低浓度的样品,可以使用Precon高温条件下转化成CO2,预浓缩后,导入稳定同位素比质谱仪分析;
N元素转化成N2
测定样品中N元素稳定同位素比值,一般把样品中的N转化成N2气体样品,测定m/z28、m/z29、 m/z30
★ N2气体样品
N2气体样品直接通过Gasbench进样后,使用稳定同位素比质谱仪分析;
★ 固体样品中N元素
固体样品中N元素稳定同位素比值的测定,使用元素分析仪的动态快速燃烧炉与稳定同位素比质谱仪联用检测;
★ 液体样品中N元素
液体样品中的硝酸盐氮和亚硝酸盐氮,通过化学方法转化成N2O气体,使用Precon与稳定同位素比质谱仪联用,测定N2O中的N的稳定同位素比值;
液体样品中铵态氮,可以直接用次溴酸盐将其氧化生成N2,使用Gasbench进样,测定N2的稳定同位素比值。
H元素转化成H2
H元素有两种稳定同位素:H(氕)D(氘),它们的同位素丰度分别为99.9844%和0.0156%,在地球上其同位素比值的最大变化可达700‰,同位素质谱仪主要测定m/z3、m/z2离子峰的强度比。
★ 液体样品中H元素
测定液体样品中H元素的稳定同位素比值,可以使用元素分析仪与稳定同位素比质谱仪联用,采用裂解的方式,使H元素转化为H2,测定m/z3、m/z2离子峰的强度比;
例1:测定苯甲酸中H元素的稳定同位素比值
例2:测定水中H元素的稳定同位素比值
★ 测定单个化合物中H元素
测定单个化合物中H元素的稳定同位素比值,可以使用气相色谱仪(GC)与稳定同位素比质谱仪联用,在高温下,使化合物裂解产生H2,测定H2中H的稳定同位素比值
O元素转化成CO或CO2
O有三种同位素,16O、17O、18O,其稳定同位素丰度分别为99.759%、0.0374%和0.2039%。测定样品中O元素的稳定同位素比值,一般把O元素转化成CO2或者CO,测定其中气体中O元素的稳定同位素比值。
★ 测定液体样品中O元素的稳定同位素比值
测定苯甲酸和水中O元素的稳定同位素比值,可以使用元素分析仪与稳定同位素比质谱仪联用,采用裂解的方式,使O元素转化为CO,测定m/z28、m/z29、m/z30离子峰的强度比;。
例1:测定苯甲酸中O元素的稳定同位素比值,裂解温度1350℃。
例2:测定水中O元素的稳定同位素比值,裂解温度1450℃。
★ 测定单个含氧化合物中O元素的稳定同位素比值
测定单个含氧化合物中O元素的稳定同位素比值,可以使用气相色谱仪(GC)与稳定同位素比质谱仪联用,在高温下,使化合物裂解产生CO,测定CO中O的稳定同位素比值。
★ 测定碳酸盐中O元素的稳定同位素比值
测定碳酸盐中O元素的稳定同位素比值,使用化学试剂与碳酸盐发生反应,生成CO2,使用Gasbench与稳定同位素比质谱仪联用,检测CO2中的O的稳定同位素比值。
从上面可以看出,测定化合物中的H、O都是采用高温裂解的方法,使用元素分析仪与稳定同位素比质谱仪联用时,这两种元素可以同时测定,不过气相色谱仪(GC)与稳定同位素质谱仪联用时,测定这两种元素的条件稍有不同,不可以同时测定。
S元素转化成SO2
测定样品中S元素的稳定同位素比值,可以采用氧化的方法,使S元素转化成SO2气体,测定SO2中S的稳定同位素比值;
N2O直接检测
N2O不需要转化成别的化合物,可以直接通过稳定同位素质谱仪测定。
如果有双路进样系统,纯的N2O样品可以直接进入稳定同位素质谱仪进行测定;
如果没有双路进样系统,或者样品不纯,可以通过预浓缩系统Precon与稳定同位素比质谱仪联用分析。