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稳定同位素质谱技术原理：从离子源设计到高精度质量分馏的解析
2025年05月09日 09:25
来源：江苏维林科生物技术有限公司
稳定同位素质谱技术（StableIsotopeRatioMassSpectrometry,SIRMS）的核心在于通过质谱分析实现同位素比值的高精度测定，其技术流程涵盖离子源设计、质量分离与质量分馏校正三大关键环节。
离子源设计是技术的基础。样品需转化为气体形式（如CO₂、N₂）后进入离子源，通过电子轰击或化学电离等方式剥离电子，形成带正电的离子束。离子源需满足高电离效率、低记忆效应及稳定离子流输出的要求。例如，双路进样系统可减少交叉污染，而激光辅助电离技术则能提升对复杂基质的适应性。
质量分离依赖电磁场对离子的操控。离子束进入质量分析器后，在电场和磁场作用下按质荷比（m/z）分离。磁扇形分析器通过调整磁场强度使不同质量离子聚焦至检测器，而飞行时间分析器（TOF）则利用离子飞行速度差异实现分离。多接收器设计可同步捕获多种同位素信号（如¹²C、¹³C），显著提升分析效率。
质量分馏校正是确保精度的关键。由于离子源、质量分析器及检测器对不同质量离子的传输效率存在差异，需通过标准化物质（如PDB、大气N₂）进行校正。例如，δ¹³C值通过样品与标准物质的¹³C/¹²C比值偏差计算（δ¹³C=[(Rₛₐₘₚₗₑ/Rₛₜₐₙᵈₐᵣᵈ)-1]×1000‰），消除仪器质量歧视效应。此外，连续流进样系统与在线燃烧装置的结合，可减少样品预处理中的同位素分馏，进一步提升数据可靠性。
该技术通过优化离子源设计、精准质量分离与严格质量分馏校正，实现了对样品中稳定同位素（如C、N、O）的高精度定量分析，为地球化学、生态学及考古学等领域提供了关键工具。
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