碳元素有三種同位素，即穩定同位素12C、13C和放射性同位素14C，14C的半衰期為5730年，14C的應用主要有兩個方面：一是在考古學中測定生物死亡年代，即放射性測年法；二是以14C標記化合物為示蹤劑，探索化學和生命科學中的微觀運動。
利用
穩定碳同位素可以研究海洋生物地球化學過程、全球海洋通量、研究全球碳循環和全球氣候變化。穩定碳同位素作為一種有效的手段在生物地球化學的研究中有著廣泛的應用:1947年Urey發表了關于同位素物質的熱力學性質的文章,奠定了現代同位素地球化學的基礎。穩定同位素生物地球化學領域的早期工作實際上還屬于探索性的調查,因為那時人們對各種各樣的生物物質和地球物質的同位素組成知之甚少。
穩定同位素研究的一個重要的突破發生在1960年前后,光合作用還原二氧化碳可以在不同程度上示蹤新陳代謝的產物的發現。穩定同位素方法在經歷了示蹤分子的相對反應速度、同位素分餾的機理等基本原理的研究后轉向研究生物地球化學領域的具體問題。
常規的有機碳穩定同位素比值分析主要包括3個過程:(1)有機物的氧化分解(燃燒過程),(2)干擾物質的去除,(3)碳同位素比值的質譜分析。對碳穩定同位素而言,就是要將樣品中的碳組分轉化成二氧化碳。樣品的預處理過程也就是將樣品轉化成可供質譜儀測量的純凈氣體的過程。樣品中有機碳穩定同位素的測定預處理步驟主要包括樣品的采集與保存、干燥、粉碎、氣化、純化過程等。
目前常用的有兩種方法:(1)真空熱解法。將所測樣品裝入石英管中,加入適量的CuO、Cu以及Ag或Pt作催化劑,抽真空密封后在800℃下反應2h。最后,采用冷凍分離和冷凍吸附法提純并分離出供質譜分析用的CO2。(2)濕式氧化法。對碳同位素測定因其回收率不如燃燒法,目前已基本不采用此法了。
現在穩定碳同位素與其他方法相結合,已應用于海洋生態系統的很多研究領域,其應用前景十分廣闊。
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