碳-13尿素呼气试验在幽门螺旋杆菌检测中得到广泛应用,其需求量也在逐年增加。然而13C-尿素检测比较昂贵,且我国对于该试剂的原料全部依赖进口,国内尚未有碳-13同位素工业化的报道,因此选择合适有效的方法实现碳-13同位素的分离具有重要意义。化学交换法作为分离碳-13同位素最有前景的技术之一,该方法采用二正丁胺作为分离剂,正辛烷作为分离体系的稀释溶剂,对二氧化碳中的碳-13同位素进行分离。该过程平衡周期长以及在多级操作时容易产生结晶沉淀堵塞管路,一定程度上限制了该方法的进一步工业化进程。本文在文献调研的基础上,筛选了长碳链有机胺、环状有机胺以及长碳链有机醇胺分离体系。实验样品通过稳定同位素质谱仪进行准确测量。通过体系筛选,结果表明二乙醇胺-乙醇体系分离效果最佳。考察了稀释溶剂种类、有机胺浓度、解吸温度、反应温度、反应时间等实验条件对分离效果的影响。在有机胺浓度为1 mol/L,反应时间为12 h时,反应温度为25℃,解吸温度为90℃,CO2-二乙醇胺-乙醇体系的单级分离因子达到1.011。采用密度泛函计算方法通过Gaussian 09软件对该化学交换体系进行几何构型优化及振动频率的计算,并结合Urey模型计算得到在理想环境下该化学交换反应的单级分离因子为1.0120,与实验值α的偏差为0.0989%。之后通过量化计算探究了溶剂化效应对化学交换过程产生的影响,并计算出在乙醇溶剂环境下,该体系化学交换反应的单级分离因子为1.0114。此外,还探究了在理想环境、水和乙醇溶剂环境下二乙醇胺同位素分子氨基甲酸结构参数的差异性,通过键长与键角确定了稀释溶剂对化学交换过程的影响。最后完成了所有体系零级振动能的计算,发现二乙醇胺体系零级振动能的差值最大,对应的单级分离因子最高。