基於拉曼光譜的尿素同位素豐度的快速檢測方法
2023-07-01 23:50:11
專利名稱：基於拉曼光譜的尿素同位素豐度的快速檢測方法
基於拉曼光譜的尿素同位素豐度的快速檢測方法技術領域
本發明屬於信息檢測技術領域，涉及一種15N雙標記尿素同位素豐度的拉曼光譜快速檢測方法，用於快速測量雙標記尿素的15N同位素豐度。
背景技術：
氮是植物必需的營養元素，是作物施肥三要素之首，氮肥佔我國化肥消費比重達 60%左右。目前我國佔世界7%的耕地上消耗著全球35%的氮肥，氮肥的過量施用給我國的農業生產和生態環境帶來了巨大危害。中國每年因不合理施肥造成近1000萬噸的氮素流失，直接經濟損失約300億元。而且由於氮肥利用率低下，有60%左右進入環境。因而過量施氮已成為威脅中國長期糧食安全和環境安全的重大問題。減少氮肥施用量的關鍵是提高氮肥利用率，而15N同位素示蹤(標記)法是目前唯一能直接反映作物對氮肥實際利用情況的方法。15N同位素示蹤技術的關鍵是要對15N同位素豐度的動態變化進行跟蹤和檢測。但是目前15N同位素分析測量儀器昂貴、成本高、操作繁瑣、耗時長、需要大量化學試劑，難以滿足農業生產經濟、高效的要求。
①傳統的15N同位素分析方法簡介目前，15N同位素豐度測量的方法有質譜法、15N發射光譜法、核磁共振法和中子活化分析等，其中應用較多的是質譜法。
質譜法是通過測量各種物質的原子或原子團的荷質比來確定被測原子或原子團的性質和質量，具有高靈敏度及精確度的特徵，廣泛用於同位素的實驗室測量。但是這種方法所採用的儀器價格昂貴、系統龐大、操作複雜，樣品製備繁瑣，操作過程引入汙染。且最終的結果只能給出元素的量，不能測定元素的化學形態，這限制了質譜法在農業生產中的應用。
15N發射光譜法需要將樣品轉化成氮氣(N2),然後用適當方法來激發氮分子發光， 得到氮的光譜。隨著組成氮分子的氮原子質量數不同而使氮的光譜波長發生位移，利用這一現象來測定15N同位素豐度。與質譜法相比，15N發射光譜法不需要昂貴的儀器設備，操作相對簡便，並能測定含氮量為微克級的樣品。但是，有些元素的原子很難激發，而且有機物一般是大分子，組成複雜，激發後譜線雜亂難以分析，限制了 15N發射光譜法的應用。
核磁共振法是利用I-IO2兆赫的電磁波照射置於強磁場中的樣品，樣品中的某些原子核在特定的磁場強度下，與照射電磁波發生共振現象，產生強弱不同的吸收信號。以此來判明某些核素在分子中所處的位置及某些功能團上核素的相對數目。但是由於其造價非常昂貴，而且測定靈敏度較低，故極少用於15N同位素的肥料利用率研究。
中子活化分析是通過鑑別和測試樣本因輻照感生的放射性核素的特徵輻射，進行元素和核素分析的放射分析化學方法。該法的優點是靈敏度極高，準確度和精密度也很高， 可測定元素範圍廣；但同樣存在儀器價格昂貴，分析周期較長，操作技術複雜的缺陷，在15N 同位素豐度的測量上鮮見報導。而且一般情況下，中子活化分析只能給出元素的量，不能測定元素的化學形態。
②15N示蹤尿素同位素快速、無損測量的必要性雷射拉曼光譜是研究分子結構的重要工具，最適合研究同種原子的非極性鍵的振動， 所以N同位素分析具有拉曼活性，可以使用拉曼光譜獲得拉曼譜圖來進行研究分析。目前基於拉曼光譜技術的穩定同位素分析還處於初探階段，大部分研究局限於光譜同位素效應的定性解析，少量的定量分析研究對象僅以金屬化合物為主。而對於示蹤肥料中15N示蹤原子的拉曼光譜測量國內外還未見報導。然而，快速有效的檢測示蹤肥料中15N同位素豐度，對於研究肥料的有效性、肥料與作物間的關係、以及評價肥料對農業生態環境的影響有重要的意義。相對傳統15N同位素豐度檢測法的破壞性實驗而言，拉曼光譜測量具有無損、 快速、痕量檢測等優點，可以準確地對作物整個生長周期的氮吸收、利用的動態情況進行跟蹤，並且可以全面反應肥料的吸收、利用、代謝規律，進而準確的評價肥料在作物生長過程中發揮的作用。同時，拉曼光譜技術能有效克服傳統15N同位素分析法測量費用昂貴、分析測試耗時、採樣數目偏少和檢測周期長等缺陷。發明內容
本發明提出了 15N雙標記尿素同位素豐度的拉曼光譜快速、無損檢測方法，為快速有效地監測農業生產中尿素的吸收、利用情況以及動態變化規律提供理論依據，有望實現 15N雙標記尿素同位素豐度的快速、低成本測量。
基於拉曼光譜的尿素同位素豐度的快速檢測方法包括以下步驟步驟I.取1-10毫克待測15N雙標記尿素直接放在載玻片中心，用蓋玻片輕輕按壓，使之表面平整，然後拿掉蓋玻片，得到樣本。
步驟2.將製備好的樣本固定在顯微拉曼光譜儀的顯微鏡鏡頭下方的載物臺上， 調節顯微鏡的放大倍數，使樣本能夠在目鏡視場內清晰成像，使用532nm半導體高功率雷射器，雷射功率為5mv，曝光時間為5s，曝光次數為3次，採集孔徑為50 μ m,物鏡為50倍， 在上述條件下採集樣本的拉曼光譜，收集βδΟΟαιΓ1 34. 4cm1範圍的拉曼光譜。
步驟3.基於樣本在βδΟΟοπΓ1 34. 4CHT1範圍的拉曼光譜，採用連續投影算法篩選出15N雙標記尿素同位素豐度測量的指紋波段，分別為512cm—1，990cm—1，999cm—1，1700cm—1 和 3470CHT1，得到樣本在波數分別在 512CHT1，990cm_1, 999cm_1, 1700cm-1 和 3470CHT1 處的拉曼光譜強度值，依次為A12、H、A-和為《ο ,利用這五個值計算同位素豐度Γ
權利要求
1.基於拉曼光譜的尿素同位素豐度的快速檢測方法，其特徵在於該方法包括以下步驟 步驟I.取1-10毫克待測15N雙標記尿素直接放在載玻片中心，用蓋玻片輕輕按壓，使之表面平整，然後拿掉蓋玻片，得到樣本； 步驟2.將製備好的樣本固定在顯微拉曼光譜儀的顯微鏡鏡頭下方的載物臺上，調節顯微鏡的放大倍數，使樣本能夠在目鏡視場內清晰成像，使用532nm半導體高功率雷射器，雷射功率為5mv，曝光時間為5s，曝光次數為3次，採集孔徑為50 μ m,物鏡為50倍，在上述條件下採集樣本的拉曼光譜，收集βδΟΟαιΓ1 34. 4cm1範圍的拉曼光譜； 步驟3.基於樣本在3500CHT1 34. ^nT1範圍的拉曼光譜，採用連續投影算法篩選出15N雙標記尿素同位素豐度測量的指紋波段，分別為512cm—1，990cm—1，999cm—1，1700cm—1和3470cm \得到樣本在波數分別在512cm \ 990cm \ 999cm \ 1700cm 1和3470cm 1處的拉曼光譜強度值，依次為馬12、、-^ido和，利用這五個值計算冋位素豐度I
全文摘要
本發明涉及一種基於拉曼光譜的尿素同位素豐度的快速檢測方法。傳統檢測方法速度慢且操作複雜。本發明首先待測15N雙標記尿素直接放在載玻片中心，用蓋玻片輕輕按壓，使之表面平整，得到樣本。然後樣本固定在顯微拉曼光譜儀的顯微鏡鏡頭下方的載物臺上，調節顯微鏡的放大倍數，使樣本能夠在目鏡視場內清晰成像，使用雷射器，收集3500cm-1～34.4cm-1範圍的拉曼光譜。最後基於樣本在3500cm-1～34.4cm-1範圍的拉曼光譜，採用連續投影算法篩選出特定的指紋波段，得到在該波段處的拉曼光譜強度值，利用拉曼光譜強度值計算同位素豐度。本發明使用方便，可以快速、有效的測量植物15N示蹤同位素豐度。
文檔編號G01N21/65GK102928396SQ20121042251
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月29日 優先權日2012年10月29日
發明者李曉麗, 何勇, 羅榴彬 申請人:浙江大學