鲍鱼中碳、氮同位素的分析*

王鹏

（河北省质量技术监督局审查事务中心，石家庄 050051）

贾亮亮，段媛媛，段日升

（河北省地矿局水文工程地质勘查院，石家庄 050021）

食品的产地溯源有利于保护原产地，保护地区名牌。在食品产地溯源方面同位素指纹分析是一种有效的技术，在食品安全领域应用广泛［1］，推动了食品安全追溯体系的建立与完善。稳定碳、氮同位素测定常用于生物地球化学领域，在生态系统尤其是海洋生态系统方面的研究应用起步较晚。近些年，稳定同位素技术应用于海洋生态系统的结构、功能及食物链和生物生产力等方面的研究逐渐增多［2］。由于水体中的一些动物生活环境复杂且难以控制，用传统食性分析方法研究有很大的困难。稳定同位素技术在分析水生动物的食性方面突出了它的重要价值，但目前这方面的研究还较少。正是应这种需求，笔者将稳定碳、氮同位素法应用于生态系统研究中，利用稳定同位素质谱仪测定并分析鲍鱼中的碳、氮同位素的含量，取得了理想的结果。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

稳定同位素比率质谱仪：DELTA V advantage型，美国Thermo Fisher 公司；

元素分析仪：Flash EA1112HT 型，美国Thermo Fisher 公司；

鲍鱼：大连獐子岛。

1.2 仪器工作条件

元素分析仪条件：氧气和氦气压力均为0.14 MPa，氧化管温度为950℃，还原管温度为680℃。

质谱条件：二氧化碳调谐气压为0.2 MPa，高电压为2 240 V，阱电流为100 μA。

1.3 实验方法

1.3.1 样品预处理

按统计学方法随机选择样品，将样品分别去壳，去内脏，自来水清洗，再用蒸馏水和二次水冲洗，重复洗几次。将清洗干净的样品用榨汁机匀浆，置于冷冻专用托盘中，在-20℃温度下预先冷冻24 h，之后再放置于真空冷冻干燥箱中干燥24 h，研磨后过120 μm(120 目)筛，备用。

1.3.2 样品测定

通过百万分之一天平称取预处理好的样品粉末0.1～2 mg，用锡杯包裹住粉末，预先将元素分析仪氧化管温度升至950℃，还原炉管升温至680℃，经过元素分析仪转化为纯净的CO2气体和N2，将样品粉末放入固体自动进样器中，调节同位素比率质谱仪为C N 测定模式，并进行样品检测。

稳定碳、氮同位素比率分别用δ13C 和δ15N 表示，δ13C 的相对标准为V-PDB，δ15N 的相对标准为空气。计算公式：

式 中：δ——样品相对于工作标准的δ13C 和δ15N 值，‰；

R样品——样品的同位素13C 与12C，15N 与14N 比值；

R标准——工作标准同位素13C 与12C，15N 与14N 比值。

2 结果与讨论

2.1 样品的制备

由于样品称样量较小，所以选用5 mm×8 mm规格的锡杯。称取的样品以锡杯包裹时，要注意锡杯包裹的紧密性。每折叠一次需用镊子扁平面用力挤压其折叠面，尽量将锡杯中的空气排挤干净，否则空气中的CO2会影响到样品测定值的准确性。

2.2 载气条件的选择

仪器使用高纯氦气作为载气，其作用是将样品燃烧生成的气体输送到元素分析仪的气体净化系统，然后将样品气体或调谐用参考气体输送到质谱仪。载气的流量影响到样品产生的离子流强度、样品峰的峰形及本底值的情况，因此要首先确定适量的载气条件［3-4］。实验表明在测定样品时，使用较大的载气压力，样品反应产生的CO2和N2会被稀释，从而降低本底值，同时离子流强度过小也可能达不到质谱要求的线性范围；而使用的载气压力过小则会出现样品峰加宽而拖尾，造成样品气体的残留，影响测定准确度。考虑这两方面影响，为了保证足够的离子流强度，同时兼顾较好的峰形，选择载气压力为0.14 MPa。

2.3 氧化剂填料的选择

元素分析仪氧化柱通常选用的氧化剂填料主要有两种：氧化铜-铜和氧化铬-氧化钴，据有关研究报道［5］，氧化铬-氧化钴的氧化能力优于氧化铜-铜，用氧化铬-氧化钴作为氧化柱填料能够更为真实地反映样品的同位素组成，而且相对于氧化铜柱，氧化铬-氧化钴柱在高温下不易破裂。本实验选用银丝代替钴，既能达到出硫的目的，又能使柱效更高。柱的填充顺序如下：石棉→银丝→石棉→氧化铜→石棉→氧化铬→石棉→氧化铬→石棉。

2.4 样品测定结果

在仪器的最佳工作条件下，采用样品与工作物质比较的测量方法，按照同位素的比率计算公式，得出样品中碳、氮稳定同位素的测定平均值分别为-16.74‰和7.60‰。

2.5 精密度和准确度试验

为保证结果的准确性和仪器的稳定性，用碳、氮同位素的标准物质作为参考样对方法进行考查，结果列于表1。测得均值在允许误差范围内，表明方法的准确度较高。用测定结果的相对标准偏差来考察方法的精密度，结果发现本方法测定碳、氮同位素的相对标准偏差分别为0.02%和0.05%，表明本方法均具有良好的重现性。

表1 精密度和准确度试验（n=7）

2.6 样品中碳、氮的同位素分析

在海洋生态系统中，浮游植物稳定碳同位素的组成和变化直接影响着以其为食的浮游动物和其它水生生物的碳同位素的组成。据有关文献报道［6］，海洋中营养植物的δ13C 值主要受溶解无机碳同位素的组成和浓度、光合作用中羧化酶的同位素分馏作用、植物细胞内的CO2或HCO3-浓度及环境的温度和海水中的细胞密度等的影响。碳同位素组成的一般规律是夏季较重，冬季和春季较轻。可能是由于水温的变化对溶解在水中的二氧化碳分馏作用的影响，该解释对碳同位素和贫碳的浮游植物有很好的参考价值。稳定碳同位素组成的来源：一种是浮游植物，通过对许多浮游植物碳同位素的测定发现，其碳同位素变化范围为（-35.9～-19.2）×10-3，平均值为（-23.2±2.4）×10-3；另一种是底栖藻类，其δ13C 值范围为（-22.9～-15.2）×10-3，平均值为（-18.5±2.4）×10-3。海洋生态系统中生物的δ15N值可以解释为生物因子的变化状况和其栖息环境变化之间的关系，生物中δ15N 值主要受食物源和生物的新陈代谢两方面因素的影响。生物的新陈代谢会引起氮同位素的分馏，使15N 同位素在生物体内进一步富集。

3 结语

通过对稳定同位素质谱法测定鲍鱼碳、氮同位素的研究，建立了一种准确、稳定测定鲍鱼的分析方法。通过对样品的前处理和仪器条件的优化，使得测定结果更加准确可靠。本方法测定鲍鱼中碳、氮同位素的比率分别为-16.74‰和7.60‰，从分析结果得知，不仅符合这种海生贝类的生活习性，而且为进一步追溯其碳、氮同位素的来源提供了重要的依据，有利于原产地特征信息的提取，研究重要识别要素及特征信息，为以后的研究提供了参考方向，有助于深入了解原产地产品特色的形成机理和制定相应的保护措施。

［1］ 郭波莉，魏益民，潘家荣.同位素指纹分析技术在食品产地溯源中的应用进展［J］.农业工程学，2007，23(3): 284-288.

［2］ 张遴，蔡砚，李高华，等.稳定同位素比质谱法测定苹果和浓缩苹果汁的δ13C 值［J］.理化检验：化学分册，2012，48(1): 8-14.

［3］ 崔杰华，祁彪，王颜红.植物样品中稳定碳同位素的EA-IRMS系统分析方法［J］.质谱学报，2008，29(1): 24-29.

［4］ 张遴，蔡砚，乐爱山，等.稳定同位素比质谱法鉴别蔗糖和甜菜糖［J］.食品科学，2010，31(2): 124-126.

［5］ 曹藴宁，刘卫国，宁有丰，等.氧化条件对有机碳同位素测定的影响因素讨论［J］.地球学报，2005(26): 55-56.

［6］ 蔡德陵，张淑芳，张经.稳定碳、氮同位素在生态系统研究中的应用［J］.青岛海洋大学学报，2002，32(2): 287-295.