同位素质谱合成（九）

四、同位碳、素质氧同位素质谱合成法

碳的谱合同位素有六种，品质数从10到15。同位在四个喷射性同位素中，素质品质¹⁰C以及¹⁵C的谱合半衰期很短，不能运用到示踪试验上。同位¹¹C的素质半衰期为20.4 min。放出硬β射线，谱合丈量比照重大，同位曾经被运用过。素质长半衰期的谱合喷射性同位素¹⁴C(半衰期为5568 y)是碳同位素中运用患上最宽泛的示踪同位素。¹²C以及¹³C是同位晃动性同位素。¹³C的素质人造品貌为1.108%，它是谱合碳元素示踪试验中最罕用的晃动性同位素。

因为稀释¹³C的老本较高，因此限度了¹³C符号的示踪物资的宽泛运用。而运用碳晃动性同位素白然品貌变异的方式，在生物学、土壤学以及情景迷信等畛域中是钻研人造界含碳物资的源头、成因以及分类的有力工具。

与氮元素相似，不一个氧的喷射性同位家适用于示踪使命。氧有三种晃动性同位素，即¹⁶0,¹⁷0以及¹³O，它们的人造品貌分说为99.763%,0.0375%以及0.1995%。在示踪试验中罕用的晃动性氧同位素是¹⁸O。氧同位素在人造界种种物资中的人造品貌变异是德定性同位素地球化学中钻研患上最详尽的一个，它是组成同位素地质温度计的最主要的元素。

一、引言

最适用于碳同位素质谱合成的样品形态是CO₂，它较晃动，重大从有机及有机碳化合物制备进去，同时用CO₂作质谱合成的气体影像效应小。因此，在妨碍碳同位素质谱合成时，都必须将所有被合成的含碳物资经由响应的制样技术转化成Co₂。

¹⁸0的质谱合成方式，可依据差此外原始样品形态，制备成如下3种供质谱合成的气体样品:含¹⁸0的CO₂气体；先将¹⁸O符号的有机或者有机化合物转化成H₂O，再与已经知品貌比的CO₃妨碍同位素交流失调后的CO₂样品;以及间接制备成¹⁸10符号的O₂。因为CO₂以及O₂的物理以及化学性子区别，用它们作使命气体时，各有其优弱点。用0₂唱使命气体妨碍氧同位素的质谱合成，其短处是不需要转换，在合计δ值时不据要作¹³C校对于，可能测定¹⁷0;而弱点是电离功能低，易与其余物资相互浸染产生同位素分馏效应，也会对于质潜计的金属部件起氧化浸染，影像效应的干扰较大。用CO₂唱使命气体时，短处是易知足粘滞流，用液氮可能消除了混入CO₂中的杂质气体，使命气体易于纯化;其弱点是需经由0₂转化为CO₂的挨次，丈量服从需作¹³C的校对于等。依据两种进样气体优弱点的比照，当初简直都用CO₂作氧的同位素比值测定。惟独极同样平凡状态下，比喻需丈量¹⁷0时，才用0₂作质谱丈量。

二、土壤中碳酸盐的碳、氧同位素的质谱合成

碳酸盐是土壤中主要的有机碳化合物，大少数以碳酸钙的形态存在。土壤中碳酸盐的含量以及源头是土壤性子的紧张指标。依据碳、氧同位素人造品貌的变异可能钻研土壤中碳酸盐的源头，以及它的消融以及积淀历程，从而为评估成土历程的深度以及土壤的熟化水平提供依据。土壤碳酸盐的δ¹⁸0主要受天气因素(降雨以及温度)的操作。

（1）方式提要

磷酸法是合成土壤碳酸盐中碳、氧同位素比值的仅有简使坚贞的方式。在恒温条件下，碳酸盐样品经磷酸分解析出清白的CO₂ ,而后用质谱计测定二氧化碳气体中的碳、氧同位素比值。磷酸与碳酸钙的反映，按下式妨碍:

3CaCO₃+2H₃P0₄→Ca₃(PO,),+3H20+3CO:个

(2)试剂

①浓磷酸:将市售的磷酸(p≈1.55g·mL^-1，合成纯)倒入装有大批玻璃球的磨口锥形瓶中，在播动中飞快地退出五氧化二磷。要留意防御酸液过热天生焦磷酸酐，当磷酸比重达1.85g·mL^-1时，即可运用，制备好的浓磷酸保存在去世板器中;

②液氮，一196^oC;

③冷液一80^oC:由无水乙醇以及液氮调拌而成。

（3）仪器与配置装备部署

测定土壤中碳酸盐的碳、氧同位素的制样装置以及反映瓶(图48-12);特制的弯头漏斗;恒温水浴摇床，红外灯。气样瓶，具双路进样系统的同位素质谱计。

（4）合成步骤

①真空脱水;称取未必量含有碳酸盐的土壤样品，于110^oC烘干2h,置于预先烘干的反映瓶主管中。用特制的弯头漏斗将4mL浓磷酸注入反映瓶支管内。注入时应防御磷酸沿管壁流入盛有土壤样品的主管中。而后将反映瓶衔接到制样装置的管线上(B处)妨碍真空脱水。为了防御土壤轻组分被抽走，抽真空时应分步妨碍。用红外灯高温(50^oC～55^oC)烘烤支管减速磷酸的脱水。系统真空度连结在5×10^-3Pa。抽气2h后，敞开反映瓶活塞，将其从制样装置上取下。

②恒温反映:从制样装里上取下的反映瓶稍许冷却后，置于25℃恒温水浴摇床中恒温30min。而后将反映瓶歪斜，使支管中的浓磷酸流入主管中与土壤反映。因为起始反映温度对于服从影响很大，此操作始终在恒温水浴的液面下妨碍。在摇速100r·min^-1下恒温反映8h。

③二氧化碳的纯化以及转移:恒温反映结束后，自摇床中掏出反映瓶，衔接到制样装置的C处。在真空条件下，经由一80^oC冷阱以及液氮冷阱，使二氧化碳以及水份袂，将二氧化碳转移以及收集到气样瓶中,供质谱测定。

(4) ¹³C,¹⁸0的质谱合成:经由质谱计的进样系统将样品二氧化碳气体送入质谱计内。在质谱计的离子眼中，CO₂气体份子经电子轰击电离成离子，主要的离子规范如表48-5所示。

在详尽同位素质谱计上，接管双样比照法，测定样品气体以及使命规范气体响应离子流强度比(I₄₅/I₄₄以及I₄₆/I₄₄)，并患上出δ值，最后由合计机合计出δ¹³C。以及B_PDB以及δ¹⁸O_PDB值。

参考资料：土壤农业化学合成方式