发布时间：2025-07-08
铁（Fe）是人体必需的微量元素，在细胞呼吸、免疫调节与酶活性维持等过程中发挥关键作用。近年来，Fe稳定同位素技术因其在营养吸收、生理代谢及环境污染溯源中的潜力，受到科研界的广泛关注。然而，目前针对生物样本中Fe同位素组成的系统研究仍较为缺乏，尤其是缺乏统一的标准参考数据，严重制约了Fe同位素在生命科学与环境研究中的应用拓展。
针对上述科学问题，中国科学院地理科学与资源研究所张倩高级工程师与中国地质大学（北京）韩贵琳教授合作，开展了对多类生物、地质和土壤参考材料的Fe同位素系统分析。相关研究成果发表在国际著名质谱分析期刊《Atomic Spectroscopy》上。主要研究结果如下：
（1） 建立稳定可靠的Fe同位素分析方法体系：本研究优化了化学分离和MC-ICP-MS测量流程，实现了高精度（±0.07‰）和高一致性Fe同位素数据，为Fe同位素研究提供了技术支撑和质量控制标准。
（2）首次系统建立多类生物样品Fe同位素数据库：研究测定了21种参考材料的Fe同位素组成，涵盖菠菜、茶叶、人参、紫菜、花粉、猪肝等生物样品。其中7种生物样本δ56Fe值为全球首次报道，填补了国内外数据空白。
（3）揭示食物链中Fe同位素的系统分馏规律：植物样本普遍富集重Fe同位素，而动物组织中则偏向轻Fe同位素，呈现出从植物到动物的逐级分馏特征。这一规律反映了Fe在食物链及生理代谢过程中的转运机制。
（4）区分不同植物吸收策略对Fe同位素的影响：Strategy I植物（如水稻）通过Fe³⁺还原吸收机制，导致Fe轻同位素富集，而Strategy II植物（如大豆）采用络合吸收机制，分馏作用较弱，为理解植物-土壤系统中的Fe循环机制提供重要依据。
这项研究为Fe同位素在环境地球化学、营养代谢及健康医学等领域的深入应用提供了坚实的参考基准，也为相关研究的国际对比与实验室间校准奠定了重要基础。
图1 Fe参考材料IRMM-014的长期测量结果
图2 不同参考材料的δ⁵⁶Fe值。(a) 本研究所获得的参考材料δ⁵⁶Fe值与已有文献结果的对比。虚线和阴影区域分别表示火成岩δ⁵⁶Fe平均值及其±2个标准差范围。(b)本研究测定的土壤和生物化学参考材料的δ⁵⁶Fe值
图3 食物链中Fe同位素组成及本研究所测得的生物样品数据
图4 食物链中铁的吸收路径示意图
论文信息：Qian Zhang, Jinrong Liu, Guilin Han*, Tao Liang, Xiaoqiang Li. Determination of iron isotopes in biochemical samples by MC-ICP-MS and results of ten biological reference materials[J]. Atomic Spectroscopy, 2025 (3):258-266.