同位素质谱技术与应用PDF电子书下载

第一章　同位素质谱仪 1

第一节 进样系统 1

一、气体进样系统 1

目录 1

二、直接进样器 4

三、色谱-质谱联用仪进样系统 4

一、电子轰击电离离子源 5

二、热电离离子源 5

第二节 离子源 5

三、电感耦合等离子体（ICP）离子源 6

四、快原子轰击和离子轰击离子源 7

五、场解吸离子源 7

第三节 质量分析器 8

一、单聚焦质量分析器 8

二、双聚焦质量分析器 10

三、四极杆质量分析器 10

四、飞行时间质量分析器 11

五、离子阱质量分析器 12

第四节 离子收集检测器 13

一、直接收集检测器 13

二、二次电子倍增器 14

三、离子-电子转换型闪烁检测器（Daly探测器） 14

四、微通道板检测器 15

第五节 真空系统 15

四、实现测定功能的快速转换 16

三、用总离子流强度对谱峰强度进行修正 16

二、扣除本底或相邻组分的干扰 16

一、谱峰强度的归一化 16

第六节 计算机系统 16

五、其他应用 17

第七节 同位素质谱仪的主要性能参数 17

一、质量范围 17

二、分辨本领 17

三、灵敏度和丰度灵敏度 18

四、精密度和准确度 18

参考文献 19

第一节 气体同位素分馏效应及δ值 21

第二章　气体稳定同位素质谱分析技术 21

第二节 碳、氧同位素质谱分析 22

第三节 氢同位素质谱分析 26

第四节 硫同位素质谱分析 28

第五节 氮同位素质谱分析 29

第六节 稳定同位素质谱分析方法误差讨论 30

一、偶然误差 30

二、系统误差 30

第七节 δ值互换公式 31

一、同位素地质温度计 32

第八节 气体稳定同位素的主要应用 32

二、稳定同位素地层学研究 33

三、气体稳定同位素的示踪应用 34

参考文献 35

第三章　静态真空质谱仪分析技术 36

第一节 静态真空质谱仪 36

一、真空、动态真空和静态真空 36

二、静态真空质谱仪 36

二、静态超高真空的获得 39

一、放气和漏气 39

第二节 静态超高真空的获得 39

第三节 静态真空质谱仪的熔样装置和其他进样装置 40

一、高频电炉 40

二、电子轰击炉 40

三、电阻加热炉 40

四、激光熔样装置 41

五、包体击碎装置 41

六、气体进样装置 42

第四节 静态真空质谱仪的纯化系统 42

第五节 静态真空质谱仪主机的配置 44

第六节 静态真空质谱仪的主要技术指标 45

一、静态气体上升速率 45

二、全流程空白本底水平 45

三、峰顶平滑度 45

第七节 Ar同位素分析 45

一、Ar同位素分析方法 45

二、Ar含量计算方法 47

三、K-Ar法测年 48

四、40Ar/39Ar测年 51

五、Ar同位素测年在地学中的应用 56

第八节 He同位素分析 58

一、He同位素分析方法 58

二、He含量计算方法 59

三、(U-Th)/He法定年 59

四、He同位素在研究地球演化史中的应用 60

五、He在天然气勘探和成因研究中的应用 60

六、He在地震预报中的应用 62

第九节 Ne同位素分析 62

一、Ne同位素分析方法 62

二、Ne同位素研究进展及其应用 63

第十节 Kr同位素分析 63

第十一节 Xe同位素分析 64

一、Xe同位素分析方法 64

二、Xe同位素的测年应用 65

第十二节 稀有气体同位素在核监控中的某些应用 67

参考文献 68

第一节 热电离的基本原理 71

第四章　热电离同位素质谱分析方法 71

第二节 高强度稳定离子流的获得 73

一、带材料的选择 73

二、合理的带结构配置 73

三、带的真空烘烤 74

四、涂样技术 74

第三节 离子束流的分离与检测 78

第四节 影响同位素准确测定的主要因素与对策 78

一、质量歧视效应和同位素分馏效应 78

三、记忆效应 81

二、谱峰叠加的干扰 81

四、仪器的死时间 82

第五节 痕量样品和低丰度同位素分析 82

一、痕量样品分析 82

二、低丰度同位素分析 83

参考文献 84

第五章 同位素质谱分析的样品制备 87

第一节 超净实验室 87

一、实验室超净化 87

三、器皿的清洗 88

二、试剂的超纯净化 88

第二节 样品的分解和溶解 89

一、碳酸盐岩石、矿物的分解和溶解 89

二、氧化物矿物的分解和溶解 89

三、硫化物矿物的分解和溶解 90

四、磷酸盐矿物的分解和溶解 91

五、硅酸盐矿物的分解和溶解 92

六、硅酸盐类岩石的分解 93

七、陨石、月岩的分解和溶解 94

一、离子交换分离法基本原理 95

八、有机物的分解和溶解 95

第三节 元素分离原理 95

二、阳离子交换分离 97

三、盐酸体系中阴离子交换分离 98

四、氢溴酸体系中阴离子交换分离 101

五、硝酸体系中阴离子交换分离 102

六、氢氟酸体系中阴离子交换分离 103

第四节 离子交换分离方法 103

一、铀-铅年代学样品中铅、铀、钍阴离子交换分离 103

二、铷-锶年代学试样中铷、锶阳离子交换分离 106

三、钐-钕年代学试样中钐、钕分离 107

四、玄武岩中Pb、U、Th、Rb、Sr、Sm、Nd分离 108

五、海山岩石中Pb、U、Th、Rb、Sr、Sm、Nd分离 109

六、稀土矿物中Pb、U、Th、Rb、Sr、Sm、Nd分离 109

七、岩石中Lu、Hf的分离 110

八、岩石中La、Ce分离 111

九、岩石中铅、锶、钕的分离 112

十、硫化物中Pb的分离 113

十二、食品中锌、镉、铁、铜、钙、铅、汞的分离 114

十一、氧化物矿物中铅的分离 114

十三、血清、血浆、红细胞、全血、生物组织中微量元素的分离 115

十四、生物排泄物中微量元素的分离 116

参考文献 116

第六章　稳定同位素标记示踪质谱技术 119

第一节 稳定同位素示踪质谱技术发展概况 119

第二节 标记同位素的制备方法 121

一、精馏法 121

二、化学交换法 122

三、标记化合物的合成技术与装置 123

二、标记同位素的选择 123

第三节 稳定同位素 123

一、标记化合物合成的基本方法 123

四、各类稳定性同位素标记化合物的合成方法 124

第四节 示踪产物样品的制备方法 128

一、制备简单分子气体样品的方法 128

二、制备无机化合物（无机盐）样品的方法 129

第五节 示踪产物的质谱测量方法 129

一、同位素稀释质谱法 129

二、标准曲线法 130

三、13CO2呼气质谱测量方法 131

四、天然同位素示踪法 133

参考文献 142

第七章 同位素质谱测量值的不确定度 144

第一节 相关参数术语的定义 144

一、精密度、准确度 144

二、真值、约定真值 146

三、测量与计量 146

四、误差 146

六、不确定度 147

五、统计术语 147

第二节 误差分析 148

一、分馏效应 149

二、质量歧视效应 150

三、空间电荷效应 151

四、“记忆”效应 152

五、基体效应 154

六、同量异位素干扰 155

七、噪声和中性粒子的本底 158

八、强峰拖尾 159

九、测量系统的“本底” 161

第三节 测量值的溯源性 163

一、溯源性的含义 163

二、化学测量量值的溯源 163

三、同位素测量量值的溯源 166

参考文献 168

第八章 同位素标准物质 169

第一节　基本概念 169

一、标准物质和有证标准物质 169

二、有证标准物质的分类与分级 170

三、有证标准物质的特点 171

四、有证标准物质的作用 171

第二节 同位素标准物质 172

一、同位素与核素 172

二、研制同位素标准物质的意义 173

三、同位素标准物质的分类 175

四、同位素标准物质的现状 177

第三节 同位素标准物质的研制方法 188

一、标准物质的均匀性 189

二、标准物质的稳定性 191

三、标准物质的定值 192

四、量值不确定度分析 192

五、标准物质特性量量值的表示 193

第四节 锌同位素丰度比标准物质的研制 193

一、锌同位素丰度比标准物质的制备 194

二、锌同位素标准物质均匀性检验 195

三、标准物质的定值 196

四、锌同位素标准物质的稳定性检验 197

五、不确定度评定 199

六、锌同位素标准物质量值的确定 202

参考文献 202

第九章 同位素质谱技术在地学中的应用 203

第一节 天然元素同位素组成的测定 203

第二节 同位素质谱技术在地质年代学中的应用 203

一、同位素地质年代学的理论基础 203

二、同位素地质年代学基本原理 204

三、同位素地质年代学测定技术 208

四、同位素质谱技术在矿床年代学中的应用 211

五、同位素质谱技术在岩石年代学中的应用 212

六、陨石、地球、月球年龄 215

第三节 同位素质谱技术在矿床成因研究中的应用 217

一、铀、钍矿床成因及物质来源 217

二、金属硫化物矿床成因及其物质来源 217

第四节 同位素质谱技术在岩石成因研究中的应用 218

一、花岗岩类成因及物质来源 219

二、火山岩成因及物质来源 219

二、全球地幔的不均一性 220

第五节 同位素质谱技术在壳、幔演化研究中的应用 220

一、中国大陆地幔的不均一性 220

三、壳、幔的锶、钕、铅同位素特征 221

第六节 同位素质谱技术在找矿方面的应用 221

一、铅同位素在找铀矿中的应用 221

二、铅同位素在找铜铅锌矿床中的应用 222

参考文献 222

第十章 同位素质谱技术在核工业中的应用 224

第一节 同位素质谱技术在铀矿地质中的应用 224

一、核燃料生产过程 225

第二节 同位素质谱技术在核燃料生产中的应用 225

二、同位素质谱技术在铀水冶过程中的应用 226

三、同位素质谱技术在铀精炼过程中的应用 228

四、同位素质谱技术在235U富集过程中的应用 228

五、同位素质谱技术在核燃料元件制备中的应用 230

六、同位素质谱技术在核燃料回收过程中的应用 231

第三节 同位素质谱技术在核动力反应堆工程中的应用 231

一、反应堆用过的核燃料元件的检测 231

二、核燃料燃耗的测定 232

三、核动力堆辐照元件中裂变产物含量的测定 233

第四节 同位素质谱技术在浓缩同位素生产与核管理中的应用 234

一、在浓缩同位素生产中的应用 234

二、在核管理中的应用 234

参考文献 235

第十一章 同位素质谱技术在环境生物医学和农业中的应用 237

第一节 在环境科学中的应用 237

一、利用同位素自然丰度比研究环境污染过程和来源 237

二、利用同位素分析技术表征复合型大气铅污染过程 239

三、放射性核素钚污染来源的探讨 240

第二节 在生物医学研究中的应用 240

一、稳定同位素示踪技术的原理和特点 240

二、用标记物质作定量分析的内标 241

三、在过程示踪中的应用 242

第三节 在农业科学中的应用 243

一、样品处理 243

二、在稳定同位素标样分析中的应用 244

三、同位素示踪技术的应用 244

参考文献 247

第十二章　原子量的测量 250

第一节 原子量测量的历史背景 250

第二节 原子量测量的意义 253

第三节 原子量的标度和物质的量的单位 254

一、原子量的标度（atomic weight scale） 254

二、物质的量的基本单位——摩尔 255

第四节 同位素绝对丰度 256

一、质谱测量法原理 258

第五节 原子量的质谱测量法 258

二、实验方法 259

三、实例 263

第六节 原子量测定的现状及其展望 270

参考文献 272

第十三章　原子质量和基本常数的测定 274

第一节 原子质量测定 274

第二节 阿伏加德罗常数、法拉第常数、普适气体常数等基本常数的测定 277

一、阿伏加德罗常数NA的测量 278

二、法拉第常数F 280

三、气体普适常数 281

四、其他常数 282

五、结束语 283

参考文献 284

第十四章　双同位素稀释质谱法 285

第一节 双同位素稀释质谱法的基本原理 285

一、建立分馏归一方程和稀释法质量方程 285

二、方程的求解条件 286

三、基本方程的求解方法 287

一、测量丁基锡物种浓度和裂解系数的双同位素SIDMS 290

四、双同位素稀释质谱法的应用 290

第二节 测量有机化合物的双同位素稀释质谱法 290

二、测量甲基汞物种浓度和转换的双同位素SIDMS 292

参考文献 295

附录 296

Ⅰ．国际同位素与原子量委员会2005年公布的元素原子量 296

Ⅱ．选定的放射性核素的原子质量和半衰期 299

Ⅲ．元素同位素组成（2001年） 301

Ⅳ．元素的基本参数 309