用质谱仪怎么判断同位素

时光仪表仪器

质谱仪通过分析离子的质荷比（m/z）差异来区分和测定同位素组成。以下是判断同位素的核心原理、技术方法及关键步骤：
一、核心原理
1.质荷比差异
同位素具有相同的质子数但中子数不同，因此质量不同。质谱仪通过电离样品形成带电粒子（离子），利用磁场或电场对这些离子按质荷比（m/z）进行分离。由于同位素质量不同但电荷相同（如¹²C⁺与¹³C⁺），它们的质荷比不同，在质谱图中形成独立的峰。
2.同位素丰度计算
每个同位素峰的强度（离子流强度）反映其丰度（百分比）。通过测量峰高或峰面积，可计算同位素的相对比例。例如，¹³C/¹²C的丰度比可通过两峰强度比确定。
二、关键技术方法
1.离子源选择
-电感耦合等离子体源（ICP）：适用于金属元素（如铀、锂）的同位素分析。
-电子轰击源（EI）：常用于气体样品（如CO₂、N₂O）的电离。
-热电离源（TIMS）：用于金属或难电离物质（如地质样品）的同位素测定，通过高温加热金属带释放离子。
2.质量分析器类型
-磁扇形分析器：高分辨率，适用于高精度同位素分析（如¹⁸O/¹⁶O）。
-四极杆分析器：快速扫描，适合多同位素同时检测（如Cl的³⁵Cl/³⁷Cl）。
-飞行时间（TOF）分析器：宽质量范围，常用于有机化合物的同位素分析。
3.样品前处理
-固体样品：通过高温燃烧或裂解转化为气体（如CO₂、N₂），再引入质谱仪。
-气体样品：直接进样或浓缩后分析（如TraceGas系统富集CO₂或N₂O）。
-水体样品：电解或铬还原法制备H₂或CO₂，用于H/O同位素测定。
三、校准与数据处理
1.标准物质校正
-使用国际通用标准（如IAEA-N1、USGS41）进行校准，通过δ值（千分差）表示样品与标准物的同位素差异。
-例如：δ¹³C=(¹³C/¹²C样品/¹³C/¹²C标准-1)×1000‰。
2.干扰消除与丰度灵敏度
-尾迹效应：通过质量歧视校正（如阻滞透镜）减少相邻质量峰的干扰。
-丰度灵敏度：表征强峰对邻近弱峰的影响，需通过高分辨率或双聚焦分析器优化。
3.同位素模式解析
-对于含多同位素元素的分子（如Cl₂），质谱峰簇的强度比可反推原子数量。
-例如：Cl₂的³⁵Cl₂/³⁵Cl³⁷Cl/³⁷Cl₂丰度比为9:6:1，通过峰强度计算可验证分子中Cl原子数。