傅里叶变换红外光谱（FTIR）技术已被广泛用于监测环境大气中的温室气体和痕量污染气体。本课题组基于便携式傅里叶变换红外光谱仪（EM27/SUN）收集的近红外太阳吸收光谱，利用非线性最小二乘拟合光谱反演算法，反演了深圳市沿海大气水汽及其稳定同位素HDO的柱浓度，并计算了水汽同位素比值δD以及水汽蒸散同位素δDET。在2023年2月27日到3月11日观测期间，干空气柱平均摩尔混合比XH2O的平均值为3226.11 mg/kg，标准偏差为27.42 mg/kg，ln(XH2O）与大气地表温度高度相关，相关系数为0.94。观测期间，水汽同位素比δD在-122.52‰和-16.54‰之间变化。利用Rayleigh蒸馏模型理解δD与水汽柱浓度之间的关系，结果发现ln（δD×1000+1）与ln（XH2O）之间有着显著的相关性（R=0.74），表明该地区大气水汽稳定同位素变化与水汽系数变化有着较大的相关性。最后，利用Keeling比值分析方法进行分析，结果显示，大气水汽蒸散同位素特征δDET在（-289.92±8.89）‰和（21.79±7.19）‰之间变化。便携式FTIR光谱仪及其测量方法能够被用于准确观测大气水汽及其稳定同位素的时间变化，为海边大气水循环研究提供了基础数据。

几乎所有小的气相分子（如H2O, CO2等）均具有独特的近红外吸收光谱, 在负压条件下, 每种微小的气相分子都拥有一对一的特征光谱线, 基于这一原理人们开始使用激光光谱（IRIS）技术来准确分析气体样品中的同位素组成。 该方法克服了传统同位素比质谱（isotope ratio mass spectrometry, IRMS）方法的局限性, 已经成为公认的高精度、 高灵敏度和高准确度的痕量气体检测方法。 以大气水汽稳定同位素研究为例, 大气水汽稳定同位素组成对水汽源区及其通道上的输送过程等水循环研究有着重要的指示意义。 激光光谱技术使得大气水汽氢氧稳定同位素（δ18O和δD）野外原位连续高分辨率观测成为可能。 但是, 其观测精度和准确度受仪器运作特点、 不同浓度大气水汽对特定光谱吸收性的敏感性差异等因素的影响, 通常观测结果具有明显的非线性响应问题。 因此, 有必要对仪器观测过程中出现的各种偏差进行校正, 但现阶段许多用户对新观测技术的国际校正方法尚不清楚。 因此, 基于波长扫描-光腔衰荡光谱（WS-CRDS）技术的大气水汽同位素观测系统（Picarro L2120-i）, 通过可调谐二极管激光器（Tunable Diode Laser, TDL）发射可被待测气体分子所吸收的不同波长的激光, 测量不同波长下的衰荡时间（即有样品吸收的衰荡时间）; TDL发射不能被待测气体吸收的不同波长的激光, 测量每个波长下的衰荡时间（相当于无样品吸收的衰荡时间）。 通过分析有无样品吸收的衰荡时间差, 高精度计算待测气体的分子浓度, 进而计算水汽稳定同位素组成。 从记忆效应、 漂移效应、 浓度效应等方面, 系统建立了一套准确可靠的大气水汽稳定同位素观测流程与校正方法, 为正在使用或将要使用此类设备的研究人员提供参考, 以获得高精度和高可靠性的大气水汽稳定同位素观测数据。

细胞和组织的很多特定功能都由其在不同的生理条件下的生物分子含量决定, 极少数分子的改变就有可能影响细胞生物功能并触发疾病生理过程, 因此高灵敏的生物分子检测技术在疾病机理研究和疾病早期诊断方面具有重要作用。 金属稳定同位素和放射同位素化学性质相近, 借鉴放射同位素标记的成功经验, 通过金属稳定同位素标记多组分生物分子, 可以用原子质谱高灵敏地检测多组分生物分子。 作为灵敏准确的金属元素检测工具, 电感耦合等离子体质谱检出限低、 基体效应低、 线性范围广、 同位素谱线分辨率高, 因此适用于金属元素标记生物分子检测。 金属稳定同位素标记已经被广泛应用到蛋白质、 核酸、 酶活性、 生物小分子、 甚至单个细胞的检测中, 取得了一些可喜的进展, 并展现了广阔未来应用前景。 金属稳定同位素标记生物分析方法有三个特性: 高灵敏度-大多数金属的稳定同位素有较高的标记灵敏度, 并且可以通过纳米材料标记等方法实现信号放大; 多组分同时分析-质谱仪同位素谱线高分辨率提供了多组分分析能力; 高准确度-同位素稀释法提供了可溯源到SI国际单位制的高准确度检测结果。 为了更好的推动相关研究, 简要介绍金属稳定同位素标记生物分析的进展, 主要内容包括以下几个部分: 金属稳定同位素检测工具-无机质谱、 金属稳定同位素标记高灵敏度分析、 金属稳定同位素标记多组分同时分析、 金属稳定同位素标记高准确度分析、 金属稳定同位素标记单细胞分析的进展。

氮是维持生命活动最重要的营养元素之一,环境微生物在氮的生物地球化学循环中起着重要作用,但由于大部分微生物不可培养,对其认识非常有限。本文结合表面增强拉曼光谱(Surface-Enhanced Raman Spectroscopy,SERS)与15N稳定同位素标记,证明15N可引起细菌SERS谱峰明显偏移。偏移谱峰可作为细菌同化氮的良好指示。另外15N比例与SERS谱峰呈现良好的线性关系,说明SERS可以用于研究氮相关的功能和活性微生物,并根据偏移程度判断活性。我们也比较了15N、13C、氘代葡糖糖和氘水引起的SERS谱峰偏移,结果显示位于腺嘌呤环上的C和N引起的偏移要大于氘重同位素引起的偏移。以上研究有助于选择合适的拉曼-稳定同位素标记方法,针对不同元素进行研究。

傅里叶变换红外（FTIR）光谱技术可用来测量宽带红外光谱，能同时分析大气中的多种成分。描述了利用开放光路FTIR光谱技术测量环境大气中水汽的稳定同位素的新方法。以分析采集的中红外光谱为基础，在外场实验中，应用开放光程FTIR系统连续测量环境大气中水汽的稳定同位素H216O和HD16O，并得到大气中的氘同位素比值δD。对该测量系统，H216O和HD16O的测量误差分别约为0.25%和1.60%，氘同位素比值δD的测量精度约为1.32‰。详细分析了其中5天的数据，研究了环境大气中水汽的稳定同位素H216O、HD16O 以及同位素比值δD随时间的变化规律。并采用Keeling图分析方法，研究了地表蒸散的氘同位素特征。外场实验的结果证明了所提的测量方法和开放光程FTIR系统相结合长期测量环境大气中稳定同位素的能力。

光谱技术的发展使得连续测量环境大气中的稳定同位素成为可能。 描述了应用傅里叶变换红外(FTIR)光谱技术测量环境大气中稳定同位素的方法。 为了验证该方法对环境大气中的稳定同位素进行连续测量的可行性, 在七天的外场实验中, 应用开放光程FTIR系统直接测量环境大气中CO2的稳定同位素12CO2, 13CO2和H2O的稳定同位素H216O和HD16O, 并得到大气中碳同位素比值δ13C和氘同位素比值δD。 对同位素比值δ13C和δD, 系统的测量精度分别约为1.08‰和1.32‰。 采用Keeling图方法, 在不同的时间尺度上对CO2和H2O的同位素数据进行分析, 得到了水汽地表蒸散的氘同位素特征δET。 外场实验的结果证明了开放光程FTIR系统长期测量环境大气中稳定同位素的潜力。