單體同位素分析技術在環境研究中的應用進展＊

彭學偉,褚春瑩,蔣海威

(1.濰坊學院,山東 濰坊 261061;2.青島市環境監測中心,山東 青島 266003)

1976年,Sano等[1]通過氣相色譜分離,經燃燒單元后與質譜聯機,測定了服用13C標記的阿司匹林后人體尿液中少量安息香酸甲酯及其它代謝產物的穩定碳同位素比。1978年,Matthew s和 Hayes等[2]又采用類似裝置分析了13C富集的混合酯類和15N富集的氨基酸(由15N富集的人體血清蛋白制得)中的13C/12C或15N/14N,并且將其命名為“同位素比監測氣相色譜-質譜”(isotope-ratio-monitoring gas chromatography-mass spectrometry,IRM-GCM S)技術。這些早期的開創性工作奠定了現代CSIA技術的基礎。20世紀90年代,單體同位素分析(Compound-Specific Isotope Analysis,CSIA)發展成為一種成熟的現代分析方法。

1 CSIA原理

單體同位素分析儀器主要由氣相色譜儀(GC)、中間連接裝置 (Combustion)和同位素質譜儀(IRM S)三部分組成(GC-C-IRM S,圖1)。GC-C-IRM S進行測量時,樣品首先注入氣相色譜在色譜柱內進行分離。分離后的樣品以氦氣為載氣輸送到裝有氧化銅/鉑催化劑的燃燒管,在940℃溫度下定量燃燒成二氧化碳和水。含氮化合物燃燒所形成的氧化氮在隨后的還原爐中還原為氮氣。燃燒過程中產生的水通過水阱除去,產生的CO2轉移到同位素質譜離子源,在電子轟擊作用下失去電子帶正電荷。帶正電荷的二氧化碳離子在磁場作用下依據質量不同分離成質荷比為44、45、46的三種離子,同時在同位素質譜儀中固定的法拉第杯內測量。同位素比值的數據常用符號δ來表示:

R samp le:待測樣品中元素E的同位素相對豐度比,R standard:國際參考標準物質中元素 E的同位素相對豐度比。通常被用來作為標準的是vienna-Pee-neeBelem nite(v-PDB,美國南卡羅來那州白堅系皮狄組美洲擬箭石),這是一種被國際原子能機構指定的碳同位素參考物質,它的δ13C值被定義為0%。……