食品产地溯源技术的建立及应用（三）再测定氮稳定同位素比

2025-06-19 09:35:01 - 综合

4、食品溯源氮稳定同位素

氮主要有¹⁴N和¹⁵N两种稳定同位素。产地¹⁴N相对原子质量为14.0030740048，技术原子核由7个质子和7个中子组成。立及¹⁵N相对原子质量为15.0001088982，应用原子核由7个质子和8个中子组成。食品溯源氮同位素：选空气中氮气为标准。产地通常情况下，技术¹⁵N/¹⁴N=（3.676.5±8.1）X10^-6。立及表4-3是应用氮同位素的物理特性。

在生物固氮、食品溯源微生物吸收同化、产地有机氮素矿化、技术硝化和反硝化的立及反应机理及反应过程中，由于微生物的应用驱动发生同位素分馏效应。生物固氮、土壤有机氮矿化过程中分馏效应小，而吸收同化、硝化和反硝化过程中同位素分馏较大，利用各个过程不同的同位素分馏特征可示踪含氮物质的来源、转化和迁移等。利用氮稳定同位素比的氮循环解析以前一直作为N₂O气体测定的氮同位素比换为大气浓度更低的N₂0测定后，需要的样本量减少为以前的1/1000。实际上，利用反硝化细菌或叠氮化氢可以将氮化合物00%转换为N₂O，再测定氮稳定同位素比。

自然和人类活动引起的火事件可导致生态系统的碳、氮循环以及分布格局的改变，进一步影响区域碳、氮生物地球化学循环。利用稳定同位素方法可以帮助我们示踪火事件所伴生的碳、氮转化的生物地球化学过程。为了解植物体燃烧前后植物、植物灰烬和气态挥发部分氮之间以及不同植物类型（O₃和C₄，草本和木本）之间的氮素差异，通过室内模拟燃烧实验研究了植物和燃烧后残余部分的氮同位素组成和氮含量变化，研究表明：不同植物种类之间氮同位素组成的变化受植物种类和生长条件的影响，比较C₃和C₄植物不同光合类型之间的氮同位素组成表明，植物体燃烧前后氮同位素变化和植物的光合类型无关。燃烧导致植物90%以上的氮素损失。不同植物氮同位素值在-4.0‰～5.2‰变化，燃烧导致植物灰烬的氮同位素值偏正0‰～1.6‰，其同位素分馏主要是由于燃烧过程中植物体中¹⁴N较¹⁵N优先以气态形式逃逸。因此在利用氮同位素进行的古环境研究、环境模拟过程中，必须考虑火烧对植物氮同位素值的影响。植物、植物灰烬和气态部分氮同位素之间具有较好的相关性，这种关系启示我们可以利用生态系统不同部分的氮同位素组成来研究植物—土壤—大气之间的氮素循环规律。

5、硫稳定同位素

硫在自然界中有4种稳定同位素，分别是³²S、³³S、³⁴S、³⁶S，它们的丰度分别为95.02%，0.75%，4.21%，0.02%。³²S相对原子质量为31.97207100，原子核由16个质子和16个中子组成。³³S相对原子质量为32.97145876，原子核由16个质子和17个中子组成。³⁴S相对原子质量为33.96786690，原子核由16个质子和18个中子组成。硫同位素：标准物质选用CanyonDiablo铁陨石中的陨硫铁（Troilite），简称CDT。³⁴S/³²SCDT=0.0450045±93，硫同位素的物理特性见表4-4(Norman，2004)。

地球化学异常成因研究是评价成矿前景、矿化类型的基础。有研究者借鉴稳定同位素示踪成矿物质来源的原理和方法，将硫同位素引入到地球化学异常成因研究中，通过对乌奴格吐山和垦山试验区Cu矿化体、Cu异常地段硫同位素组成特征的研究，发现在乌奴格吐山试验区Cu矿化及Cu异常地段硫的来源是一致的，表明应用硫同位素组成特征判断地球化学异常成因是可行的；对比发现，垦山试验区Cu异常地段硫同位素值较乌奴格吐山试验区偏高，推断该Cu异常是由后期热液作用形成的，由此认为该异常的地质找矿及工作部署应该围绕热液矿床进行。

自然界中δ³⁴S40‰～40‰范围内，但其变动较大。一般来说，稳定性同位素之间没有明显的化学性质差别，但其物理化学性质（如在气相中的传导率、分子键能、生化合成和分解速率等）因质量上的不同常有微小的差异，导致物质反应前后在同位素组成上有明显的差异。

6、锶和铷稳定同位素

（1）铷同位素

天然铷由两种同位素组成，即稳定的⁸⁵Rb和放射性的⁸⁷Rb，后者占总量的27.85%。铷有多种人工产出的放射性同位素，质量数85以下的放射性同位素大多数呈β⁺辐射衰变；质量数大于85的同位素则主要呈β^-辐射衰变。多数同位素的半衰期都较短。

核反应⁸⁷Rb-＞⁸⁷Sr+β^-常用来确定含铷矿物的年龄。世界锶量的1%是由⁸⁷Rb衰变形成的。通过测定Sr与Rb之比即可确定该矿物的年龄。这种方法很适用于确定古老矿物的年龄。铷的同位素物理特性列于表4-5中。

（2）锶同位素

自然界中锶以⁸⁴Sr、⁸⁶Sr、⁸⁷Sr、⁸⁸Sr四种同位素的形式存在，相对丰度分别为0.56%，9.86%，7.02%，82.56%。锶同位素的物理特性见表4-6。其中⁸⁷Sr由⁸⁷Rb衰变产生，随着时间的演化⁸⁷Sr单方向增长。在研究锶同位素组成时以⁸⁶Sr作为比较基础，测定⁸⁶Sr/⁸⁸Si比值。在地质学中根据⁸⁷Rb/⁸⁶Sr〜⁸⁷Sr/^8sSr之间的衰变关系测定地质体年龄，并根据由等时线外推或含锶(基本不含铷)矿物测定得到的地质体形成时的初始⁸⁷Sr/⁸⁶Sr示踪其物质来源。