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Compound-Specific Isotope Analysis 化合物特异性同位素分析技术
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| 方面 | 内容说明 |
|---|---|
| 全称与中文 | Compound-Specific Isotope Analysis 化合物特异性同位素分析 / 单体稳定同位素分析（简称 CSIA） |
| 核心原理 | 在复杂样品（如地下水、土壤、沉积物、生物组织）中，通过色谱分离单个有机化合物 → 完全燃烧/转化成测量气体（如 CO₂、H₂、N₂） → 同位素比值质谱（IRMS）测量 → 得到该化合物的整体 δ 值（‰，相对于国际标准如 VPDB、VSMOW）。 基于同位素分馏：生物/化学降解过程导致重同位素富集（瑞利分馏），来源不同导致初始 δ 值差异。 |
| 典型同位素 | - 碳：δ13C（最成熟、最广泛） - 氢：δ2H - 氯：δ3⁷Cl（卤代烃） - 氮：δ1⁵N - 溴：δ⁸1Br（新兴） 多元素 CSIA（multi-element CSIA）越来越常见（如13C + 2H + 3⁷Cl） |
| 主要测量方法 | - GC-C-IRMS（气相色谱-燃烧-同位素比值质谱）：最经典，用于挥发/半挥发有机物（如 VOCs、烃类、卤代烃） - LC-IRMS（液相色谱-IRMS）：用于极性/非挥发化合物（如氨基酸、糖类、药物） - 样品前处理：萃取、纯化、浓缩 → 色谱分离 → 燃烧/热解 → IRMS |
| 与 PSIA 的区别 | CSIA：测量整个化合物的平均同位素比值（bulk of the molecule）。 PSIA：进一步测量分子内特定位置的同位素（如丙烷的端位 C1 vs 中间 C2）。 CSIA 是 PSIA 的基础/前置步骤；CSIA 更成熟、应用更广；PSIA 精度要求更高、揭示机制更精细。 |
| 主要应用领域 | - 环境污染修复：评估有机污染物（如 TCE、PCE、MTBE、苯系物、PAHs）原位降解程度（生物/非生物），用瑞利模型量化降解百分比。 - 污染源解析（forensic fingerprinting）：区分不同来源/厂家/批次的污染物（如不同炼油厂的汽油、不同工业过程的溶剂）。 - 地下水/土壤污染调查：识别羽流混合、来源归属、降解路径。 - 食品/药物溯源：真实性验证、代谢路径研究。 - 地球化学：古环境、古生物标志物、碳循环、油气成因初步判识。 - 新兴：微污染物（如香豆素、药物活性成分）的转化追踪。 |
| 优点 | - 提供分子级“指纹”，远优于 bulk 分析，能区分来源和过程。 - 量化降解程度（尤其是厌氧生物降解），支持自然衰减（MNA）评估。 - 多元素组合提高分辨率（13C + 2H 常用于双图判源）。 - 成熟技术，商业实验室广泛可用，精度高（碳 ~0.3–0.5‰）。 |
| 缺点/挑战 | - 仪器昂贵（GC/IRMS 系统），分析成本高。 - 样品需高纯度分离，复杂基质干扰大，前处理耗时。 - 对大分子（>12 个碳原子）分馏效应小，检测限高。 - 不能直接获知分子内位置信息（需升级到 PSIA）。 - 需结合水化学、现场数据综合解释。 |
| 典型 δ 值表示 | δ13C = [(13C/12C)样品 / (13C/12C)标准 - 1] × 1000 ‰ 降解后 δ13C 通常正向偏移（重同位素富集）。 |
https://wap.sciencenet.cn/blog-3549522-1523806.html
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