稳定同位素质谱仪与《环境同位素》课程教学探讨 VIP免费

稳定同位素质谱仪与《环境同位素》课程教学探讨摘要：现阶段，稳定同位素质谱仪在环境地球科学领域应用十分广泛。根据同位素比值的变化特征可以揭示生物圈物质循环过程的机理，并有助于学生加深对表生环境中污染物迁移转化过程机制的认识。将同位素质谱分析原理与技术融入稳定同位素地球化学教学课程当中，能够使学生接触先进的科研仪器，更加深刻掌握同位素地球化学的相关理论与测试技能，从而开阔学生的学术视野，并培养学生的科研兴趣和动手能力。在给环境地学类专业的学生讲授本学科核心课程——《环境同位素》的过程中，首先应对授课内容进行较大规模的更新，结合近年来相关领域同位素分析的高水平研究成果，全面反映同位素在环境地学研究领域的研究进展。以解决科学问题为导向，通过导入研究案例，开展实践教学活动是将同位素质谱仪引入环境同位素教学的良好切入点。结合多种形式的教学方式改革探索，培养学生独立思考和解决问题的能力，尽快融入具体的科研工作当中。关键词：质谱仪；环境地球科学；教学内容；教学方式；课程改革中图分类号：G526.5文献标志码：A文章编号：1674-9324（2020）24-0155-0420世纪初，英国剑桥大学Cavendish实验室的Thomson和Aston在研究阴极射线过程中，揭示了氖（Neon）有两个同位素20Ne、22Ne；随后，Aston进一步开展同位素研究工作，先后在71种元素中发现了202种同位素[1]。由此，揭开了人们利用质谱技术探究自然界奥秘的序幕。现阶段，同位素质谱仪已经广泛应用于生命科学、化学、石油化工、地球科学、核科学、天体科学、材料科学、环境科学、医疗卫生、食品科学，以及刑侦缉毒工作和地质考古等众多学科领域。鉴于自然界物理化学条件的改变会使某一元素中同位素的组成比例产生不同程度的改变（同位素分馏），同位素质谱分析技术能够揭示元素的地球化学循环过程、示踪各种环境污染物的来源与去向，因此，成为环境地球科学研究领域的重要技术手段。此资料由网络收集而来，如有侵权请告知上传者立即删除。资料共分享，我们负责传递知识。将同位素质谱分析原理与技术融入本学科核心课程——《环境同位素》教学当中，可以使学生接触到先进的大型科研仪器，更加深刻地理解稳定同位素地球化学的相关理论知识与仪器分析测试技巧，从而开阔学生的学术视野，培养学生的科研兴趣和动手能力，并有助于其今后从事相关科学研究工作[2]。一、气体同位素质谱仪工作原理气体同位素质谱仪通常情况下是用于测定物质的分子量、原子量及其丰度，以及不同核素组成比例的精密仪器[3-5]。随着分析技术的提高，现代同位素质谱仪一般由三大系统组成：分析系统、电学系统，以及真空系统。其中，电学系统和真空系统用以保证分析系统得以实现对样品中某一特定元素中不同核素信号强度的分析。质谱仪的工作原理其本质上是利用带电粒子在电场和磁场中的质量和旋转轨道的差异进行分离，并检测各粒子束信号强度，最后转换为不同核素比值信号的仪器。其主要核心部件有离子源、质量分析系统和信号接收系统三部分。为保证质谱仪性能稳定，可以根据可测质量范围、分辨率、灵敏度、精密度、质量色散和准确度等参数进行检验[5]。由于同位素质谱仪价格比较昂贵，长期以来我院教学科研活动只能借助中国科学院地球化学研究所等其他科研单位的仪器平台开展工作。借助中西部学科提升计划重点学科建设项目的资助，我院于2020年购置ThermoScientificDeltaVAdvantage气体稳定同位素质谱仪系统一套。同时，配有元素分析仪和GasBench联用装置，进行环境地球科学样品分析，主要用于测定表生环境和地质样品的C、N、S、H、O等多种元素的稳定同位素比值，进行地球化学循环过程机理和环境污染物溯源等科学研究工作。目前，该仪器已基本调试完毕，并逐步开始服务于相关科学研究项目的样品测试分析工作。目前，主要针对地下水和地表水样品的硫酸盐硫/氧同位素、硫化物硫同位素，以及碳酸盐岩和水样品溶解无机碳的碳/氧同位素等方面开展大量测试工作。与此同时，还在《高等地球化学》、《环境同位素》等研究生和本科生课堂教学过程中开始发挥重要的支撑作用。此资料由网络收集而来，如有侵权请告知上传...