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賽默飛同位素質譜儀主要用于水循環及水文生態環境等研究中C、H、O、N、S等穩定同位素的分析，準確測量液態水、土壤水、大氣水，以及化合物、植物基質等樣品中的13C、D/H、15N、34S、18O等穩定同位素的相對豐度。通過研究同位素相對豐度的漲落，了解和認識自然界水循環的變化過程。氣相色譜儀應用于特定化合物同位素分析，通過高效分離，該設備的GC接口和相應選件可完成有機化合物中δ13C、δ15N、δ18O和δD的在線測定。
基本原理：
首先將樣品轉化成如二氧化碳，氮氣，二氧化硫或者氫氣等氣體，氣體分子在離子源中離子（從每個分子中將一個電子剝離，從而使得一個正電荷為每個分子所帶有），接著往飛行管中打入離子化氣體。飛行管是彎曲的，在飛行管上方放置磁鐵，帶電分子因為質量差異而分離，含有重同位素的分子的彎曲程度比含輕同位素的分子要小。有一個法拉第收集器在飛行管的末端，用來對經過磁體分離之后，具有特定質量的離子束強度進行測量，因為其是將樣品轉化成氣體才可以測量，因此又被稱為氣體同位素比例質譜儀。以二氧化碳為例，質量分別為44、45和46的離子束需要有三個法拉第收集器來收集，同時對質量不同的離子進行收集，從而能夠將不同質量離子之間的比率精確測定出來。磁場中帶電粒子在運動時發生偏轉，偏轉程度和粒子的質荷比成負相關。
在實際測定中，很難做到直接對同位素的含量進行測定，而是對兩種同位素的比值進行測定。用作穩定同位素分析的質譜儀對比為樣品和標準的同位素比值加以測量。
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