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常见的稳定同位素标准物质(Reference Materials / Standards)主要由 IAEA(国际原子能机构)、NIST(美国国家标准与技术研究院)、USGS(美国地质调查局)等机构提供和认证。这些标准用于定义 δ 值 的零点和尺度,确保全球实验室数据可比。以下是轻稳定同位素(H、C、N、O、S)最常见的国际标准物质汇总(截至2026年最新共识,包括2024-2025 IAEA专家会议更新)。这些是primary scales(一级尺度)和常用calibration materials(校准物质)。
| 元素 | 同位素对 | 主要尺度 / 标准名称 | 定义 / 物质类型 | δ 值定义(相对于该标准为0‰) | 备注 / 当前状态(2025-2026) | 供应机构 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 氢 (H) | 2H/1H (D/H) | V-SMOW (Vienna Standard Mean Ocean Water) | 人工合成海水平均水 | 0‰ | 物理标准物质;V-SMOW2 为当前流通版本;常与 SLAP 配对校准 | IAEA / NIST |
| 氢 (H) | 2H/1H | SLAP (Standard Light Antarctic Precipitation) | 南极轻同位素降水 | ≈ -428‰ vs V-SMOW | 用于氢/氧大范围校准(two-point normalization) | IAEA |
| 氧 (O) | 1⁸O/1⁶O | V-SMOW | 同上 | 0‰ | 水样氧同位素首选标准;VSMOW-SLAP 尺度定义 | IAEA / NIST |
| 氧 (O) | 1⁸O/1⁶O | VPDB (Vienna Pee Dee Belemnite) | 基于 NBS-19 等碳酸盐的虚拟尺度 | 用于碳酸盐氧;≈ +30.91‰ vs V-SMOW (CO₂平衡) | 碳酸盐/无机氧常用;VPDB 本身无实体,通过 NBS-19 / IAEA-603 等实现 | IAEA / NIST |
| 碳 (C) | 13C/12C | VPDB | 基于 Pee Dee Belemnite 的虚拟尺度 | 0‰ | 最常用碳尺度;通过 NBS-19 (δ13C = +1.95‰) 定义;VPDB-LSVEC 为第二尺度(补充 LSVEC = -46.6‰) | IAEA / NIST |
| 碳 (C) | 13C/12C | LSVEC (或 VPDB-LSVEC) | 锂碳酸盐 (Li₂CO₃) | -46.6‰ vs VPDB | 用于扩展碳尺度低端;补充 VPDB 定义 | IAEA / NIST |
| 氮 (N) | 1⁵N/1⁴N | AIR (大气 N₂) | 大气氮气 | 0‰ | 全球大气 N₂ 非常均匀;唯一锚点;常用 USGS-32、IAEA-N-1 等校准 | 直接大气 / IAEA |
| 硫 (S) | 3⁴S/32S | V-CDT (Vienna Canyon Diablo Troilite) | 基于 Canyon Diablo 陨铁陨硫铁矿 的虚拟尺度 | 0‰ | 原 CDT 已耗尽且不均匀;V-CDT 通过 IAEA-S-1 (δ3⁴S = -0.3‰) 定义 | IAEA |
常用二级校准物质(Secondary Reference Materials,实验室日常使用)
这些物质 δ 值已精确标定相对于一级尺度,常用于仪器校准(two-point 或 multi-point normalization):
碳:USGS-24 (石墨,δ13C ≈ -16.05‰ VPDB)、IAEA-CH-6 (蔗糖,-10.45‰)、USGS-40 (L-谷氨酸,-26.39‰)、IAEA-603 (碳酸钙,替代 NBS-19,已耗尽)
氮:USGS-40 (L-谷氨酸,δ1⁵N ≈ -4.52‰ AIR)、USGS-41 (富集,+47.57‰)、IAEA-N-1 / N-2
氧(水):GISP (格陵兰冰芯水)、USGS-47 等
硫:IAEA-S-1 (Ag₂S,-0.3‰ V-CDT)、IAEA-S-2、IAEA-S-3
氢/氧综合:许多水样如 IAEA-01、IAEA-02 等
关键说明
VPDB、V-SMOW、AIR、V-CDT 是定义尺度(scale-defining),许多无实体物质,通过指定物质(如 NBS-19 for VPDB)固定数值。
2024-2025 IAEA 会议确认:继续使用 VPDB 和 VPDB-LSVEC(碳)、VSMOW-SLAP(氧/氢)、V-CDT(硫)。
实验室测量时,通常用 2-3 个已知 δ 值的标准物质进行归一化(normalization),以校正仪器漂移。
这些标准可从 IAEA(nucleus.iaea.org/rpst/)、USGS Reston Stable Isotope Lab、NIST 等免费或低价获取(部分需申请)。
这些是稳定同位素地球化学、环境、食品溯源、法医等领域最核心的标准
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