一種基于膜入口質譜儀分析溶解態(tài)氮同位素含量的方法
【專利摘要】一種基于膜入口質譜儀分析溶解態(tài)氮同位素含量的方法，包括如下步驟：步驟1.向待測液中通氦氣20分鐘除去溶于水中的氮氣；步驟2.在除凈氮氣的待測液中加入氧化劑次溴酸鹽碘溶液，待測液中的氨氮氧化為氮氣；步驟3.通過標準樣品膜入口質譜儀測定得到標準曲線；步驟4.用膜入口質譜儀對經過步驟2外理的待測液進行測量，計算出待測液中氨氮所含氮同位素的含量；步驟5.在經過步驟2外理的待測液中，用氧化鎂除去樣品中原有的氨氮，硫酸酸化后再用鋅粉將硝氮還原為氨氮，然后再用上述步驟2至步驟4，得出溶液中硝氮氮同位素含量。本發(fā)明方法可快速、精確的測量、分析溶解態(tài)氮同位素的含量，有利于推動氮同位素示蹤技術的應用。
【專利說明】一種基于膜入口質譜儀分析溶解態(tài)氮同位素含量的方法
[0001]

【技術領域】
[0002]本發(fā)明涉及同位素分析【技術領域】，具體涉及一種基于膜入口質譜儀分析溶解態(tài)氮同位素含量的方法。

【背景技術】
[0003]受工農業(yè)生產的活動影響，目前大量人為來源的活性氮被輸入到地球表層系統。大量活性氮在地球表層系統中的富集己對水生生態(tài)系統造成了巨大的生態(tài)與環(huán)境危害，如水體富營養(yǎng)化、有害藻類赤潮、以及季節(jié)性或永久性缺氧，這也是二十一世紀人類面臨的最為嚴重的環(huán)境問題之一。因此，研究氮素的生物地球化學循環(huán)過程與影響機制是當今地學研究領域中的熱點科學問題。而同位素示蹤是目前研究水生生態(tài)系統中氮素遷移轉化的最為理想的技術手段。然而，如何準確、快速地分析水樣中溶解態(tài)氮(順4\勵3—)同位素的比值一直是國際上面臨的一大技術難題，也大大限制了氮同位素示蹤技術的更為應用。雖然水樣中順4\顯3—可經過一系列的生化反應后，利用穩(wěn)定同位素質譜儀來測定兩者中的同位素比值，但是存在的問題是(1)經過繁瑣的化學反應后，測定的實驗結果誤差往往超出了可接受的范圍；(2)實驗分析周期太長，耗時多；(3)分析費用昂貴。目前，仍尚未有特別行之有效的實驗方法實現對溶解態(tài)氮同位素的含量直接和快速的分析。
[0004]


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目是針對現有技術的缺陷，提供一種準確、快速地分析水樣中溶解態(tài)氮順/、勵3—氮同位素含量及比值的檢測方法。
[0006]實現上述技術目的采用的技術方案是:
一種基于膜入口質譜儀分析溶解態(tài)氮同位素含量的方法，包括如下步驟分析水樣中溶解態(tài)氮順/、勵3—氮同位素含量及比值:
步驟1，用容器備好待測液，向待測液中通氦氣￠16)20分鐘，以除去溶解于水中的氮氣；
步驟2，在除凈氮氣的待測液中加入氧化劑次溴酸鹽碘溶液，將待測液容器密封并振蕩數分鐘，待測液中的氨氮氧化為氮氣；反應方程式如下:
214順4、381~0—十20『=28%十381'-十5?。?0 ；
214順3 ? 40+381*0— = 2%十381'—十5！！20 ；
215順4、381~0?20『=3%2十381'-十5??！20 ；
215順3.40+381*0— = 3%十381'—十5?。?0 ；
14順4、15順4、381~0—+2011— = 29~2十381^5?。?0 ；
14順3 ? ^0+1? 順3 ? 40+381*0— = 29%十381'—十5！！20。
[0007]步驟3，通過標準樣品膜入口質譜儀測定得到標準曲線，為保證測量的準確性，需在每次測量前均進行標準曲線的標定；
步驟4，用膜入口質譜儀對經過步驟2外理的待測液進行測量，分析氧化產生的溶解于水中的氮氣，通過測量值和標準曲線進行比較，計算出待測液中氨氮所含氮同位素的含量和比值；
步驟5，測量待測液中硝氮氮同位素含量及比值；經過步驟2處理的待測液，用氧化鎂除去待測液中原有的氨氮2順4^%0 = 2順3—%2、40，硫酸酸化后再用鋅粉將硝氮還原為氨氮8(^+4211+1011+ =順4、42112、3！120 ；然后再用上述步驟2至步驟4測量氨氮氮同位素的方法，得出待測液中硝氮氮同位素含量及比值。
[0008]本發(fā)明方法不受鹽度的影響，可應用于淡水、半咸水、海水樣品的測試，亦可應用于沉積物樣品的測試。
[0009]本方法無需富集、洗脫、萃取等步驟，經過短時間的氧化過程即可對樣品進行測試；本方法標準曲線穩(wěn)定，重現性較好；本方法所用儀器膜入口質譜儀分析費用較低，分析所需時間較短。本發(fā)明方法可應用于自動連續(xù)分析，鹽度、氮同位素含量等因素對本方法精度無影響，可應用于淡水、半咸水、海水樣品的測試，亦可應用于沉積物樣品的測試。
[0010]本發(fā)明提供了一種快速、精確、方便、經濟的測量溶解態(tài)氮同位素的方法。本方法尤其適用于加標樣品的測量，有利于推動氮同位素示蹤技術的應用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明流程不意圖；
圖2為本發(fā)明方法測量結果與氧化時間的對應關系圖；
橫坐標代表氧化時間，縱坐標代表儀器信號值，？ ? 0.1代表數據無顯著性差異；
圖3為本發(fā)明方法的標準曲線圖；
橫坐標代表15見^濃度，縱坐標代表儀器信號值，1:01:81-1?代表總氮15同位素，妒代表方差，？ ? 0.0001代表數據有顯著差異；
圖4鹽度對為本發(fā)明方法方法標準曲線的影響圖；
橫坐標代表15見。濃度，縱坐標代表儀器信號值，8代表鹽度，1)6^1^1011代表數據相對偏差；
圖51?: 14^比值對方法標準曲線的影響；
橫坐標代表比值，縱坐標代表儀器信號值，如仏1-1?代表總氮15同位素，尺2代表方差，？ ? 0.0001

【具體實施方式】
[0012]以下結合具體實施例進一步詳細描述本發(fā)明的技術方案。
[0013]本發(fā)明所需氧化劑次溴酸鹽碘溶液為使用前自行配置，配置完成后需至于51以下環(huán)境中低溫保存，其有效時間可持續(xù)三到四周。
[0014]本發(fā)明實施例中所用的氧化劑——次溴酸鹽碘溶液是按照以下步驟進行配制的:首先將6001111濃度為1611101 171的版10?溶液放置于冰水混合物中，保持其溫度在51以下；然后，將12001溴水(81^)逐滴加入到似0！1溶液中，在加入過程中要持續(xù)攪拌并溫度始終保持低于51 ；之后，混合溶液置于冰箱(溫度3-50內，待靜置1周后過濾去除他8！'結晶，而獲取的上清液與0.2%的1(1溶液按照等體積混合后，即得到了次溴酸鹽碘溶液氧化試劑。
[0015]15順^標準儲備液的配制:將5.458的15順抑溶解到80001的去離子水中，并定容至10001111，即可得到濃度為10011111101 1—1的15順^標準儲備液。
[0016]本發(fā)明實施例中所用的15順4+ 同位素由1801:01)6 1^301? 1:01^168, 1110.生產，其1冗同位素含量高于99%。似01溴水、1(1等藥品純度均為分析純。實驗中所用培養(yǎng)瓶為英國[處⑶頂空進樣瓶([處⑶￡^61:811161-)。
[0017]圖1為本發(fā)明流程示意圖。如圖1所示，一種基于膜入口質譜儀分析溶解態(tài)氮同位素含量的方法，包括如下步驟分析水樣中溶解態(tài)氮順/、顯3—氮同位素含量及比值:
步驟1，用容器備好待測液，向待測液中通氦氣￠16)20分鐘，以除去溶解于水中的氮氣；
步驟2，在除凈氮氣的待測液中加入氧化劑次溴酸鹽碘溶液，將待測液容器密封并振蕩數分鐘，待測液中的氨氮氧化為氮氣；反應方程式如下:214順4%381~0—+2011—=
28%十381'-十5?。?0 ；
214順3 ? 40+381*0— = 2%十381'—十5?。?0 ；
215順4、381~0?20『=3%2十381'-十5??！20 ；
215順3.40+381*0— = 3%十381'—十5??！20 ；
14順4、15順4、381~0—+201 = 2\十38廣十5??！20 ；
14順3 ? ^0+1? 順3 ? 40+381*0— = 29%十381'—十5！！20。
[0018]步驟3，通過標準樣品膜入口質譜儀測定得到標準曲線，為保證測量的準確性，需在每次測量前均進行標準曲線的標定；
步驟4，用膜入口質譜儀對經過步驟2外理的待測液進行測量，分析氧化產生的溶解于水中的氮氣，通過測量值和標準曲線進行比較，計算出待測液中氨氮所含氮同位素的含量和比值；
步驟5，測量待測液中硝氮氮同位素含量及比值；經過步驟2處理的待測液，用氧化鎂除去待測液中原有的氨氮2順4^%0 = 2順3—%2、40，硫酸酸化后再用鋅粉將硝氮還原為氨氮8(^+4211+1011+ =順4、42112、3！120 ；然后再用上述步驟2至步驟4測量氨氮氮同位素的方法，得出待測液中硝氮氮同位素含量及比值。
[0019]圖2為本發(fā)明方法測量結果與氧化時間的對應關系圖。步驟2中氧化時間與氧化率會對方法應用性產生影響的測試。配置100 ^ 111011~115^401溶液，通氦氣20分鐘后分裝入30個1201 1^00頂空進樣瓶中，將進樣瓶封口并確保其氣密性，然后用進樣針在每個樣品中加入0.21111氧化劑，按氧化時間0、10、20、30、40、50、60、90、120、180分鐘用膜入口質譜儀進行測試，每個時間點設置三個平行樣品。如圖2所示，各時間點測試信號值無明顯差異，說明該氧化過程為瞬時過程，且氧化率不隨氧化時間發(fā)生變化，在極短的時間內即可達到最大氧化率。
[0020]本發(fā)明實施例采取利用標樣測試得到標準曲線，再由標準曲線計算測試樣品氮同位素含量的方法，以確保測試方法的精度和準度。因此，標準曲線的精準度對本方法有決定性影響。配置濃度梯度為0、20、40、60、80、100、200 411101 1/1的標準溶液，通氦氣20分鐘后分裝入1201匕“。頂空進樣瓶中，每個濃度梯度設置四個平行樣。封口后每個樣品中加入0.201氧化劑，振蕩數分鐘后完成氧化，并用膜入口質譜儀進行測試。如圖3所示，尺2 = 0.9994 50116-^7他0^八，？ ? 0.00011?，標準曲線具有極好的線性關系，這表明本方法具有極好的精度和準度。
[0021〕 本發(fā)明可應用于淡水、半咸水以及海水樣品中，對此本發(fā)明實施例進行了驗證。配置鹽度梯度為0、15、30？討的人工海水，以模擬淡水、半咸水、海水的鹽度環(huán)境。每個鹽度梯度均配置濃度梯度為0、20、40、60、80、100、200 ^ 001 171的⑶順抑標準溶液，并設置四個平行樣。通氦氣后分裝入12此[處⑶頂空進樣瓶中并封口，然后每個樣品中加入0.2此氧化齊0，振蕩數分鐘后完成氧化，并用膜入口質譜儀進行測試。如圖4所示，各個鹽度下的標準曲線均具有極好的線性關系。雖然各個鹽度下的測量值有所偏差，但其偏差率小于5%，可認為是實驗誤差導致。因此，鹽度對本方法無影響，本發(fā)明實施例可應用于淡水、半咸水以及海水樣品中。
[0022]%:、比例被認為會對氮同位素測試方法產生影響，反應方程式如下:
214順4、381~0?20『=2%^381~?5??！20 ；
214順3 ? 40+381*0— = 2%十381'—十5??！20 ；
215順4、381~0?20『=3%2十381'-十5?。?0 ；
215順3.40+381*0— = 3%十381'—十5！！20 ；
14順4、15順4、381~0—+2011— = 29~2十381^5??！20 ；
14順3 ? ^0+1? 順3 ? 40+381*0— = 29%十381'—十5??！20。
[0023]本發(fā)明實施例對此進行了驗證?？傢樢譂舛裙潭ㄔ?004 11101171，14順抑和15順抑被用來配置不同比例的順抑同位素溶液。15?:、比例設置為100: 0、75: 25、50: 50,25: 75、0: 100，并設置四個平行樣。樣品分裝、封口后加入0.2此氧化劑，振蕩數分鐘后完成氧化，并用膜入口質譜儀進行測試。如圖5所示，雖然2卞2和3%2的含量隨15~: 14~比例的變化呈現非線性的變化趨勢，總1卞標準曲線依然具有極好的線性關系(尺2=0.9967 ；0116—冊7八麗八，？ ? 0.0001)。這也證明15^:、比例對本方法的精度并無影響。
[0024]本發(fā)明方法不受鹽度的影響，可應用于淡水、半咸水、海水樣品的測試，亦可應用于沉積物樣品的測試。
[0025]本發(fā)明方法可以準確、快速地分析水樣中溶解態(tài)氮順4\勵3—氮同位素含量，亦可用于單獨分析溶液中氨氮中氮同位素含量、硝氮中氮同位素含量。
[0026]本方法檢測限為0.111111011? 171，因此，本方法對于自然豐度的％同位素的測量有一定的局限性。但本方法非常適用于加標樣品的測量，為氮轉化過程的研究提供了方便、快速、經濟的手段，對于推動氮同位素示蹤技術的更為廣泛地應用具有重要的科學意義。
[0027]最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，本領域的普通技術人員應當理解，可以對發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍中。
【權利要求】
1.一種基于膜入口質譜儀分析溶解態(tài)氮同位素含量的方法，其特征是:包括如下步驟分析水樣中溶解態(tài)氮nh4+、no3_氮同位素含量及比值: 步驟1，用容器備好待測液，向待測液中通氦氣20分鐘，以除去溶解于水中的氮氣；步驟2，在除凈氮氣的待測液中加入氧化劑次溴酸鹽碘溶液，將待測液容器密封并振蕩數分鐘，待測液中的氨氮氧化為氮氣； 步驟3，通過標準樣品膜入口質譜儀測定得到標準曲線，為保證測量的準確性，需在每次測量前均進行標準曲線的標定； 步驟4，用膜入口質譜儀對經過步驟2外理的待測液進行測量，分析氧化產生的溶解于水中的氮氣，通過測量值和標準曲線進行比較，計算出待測液中氨氮所含氮同位素的含量和比值； 步驟5，測量待測液中硝氮氮同位素含量及比值；經過步驟2處理的待測液，用氧化鎂除去樣品中原有的氨氮2NH4++MgO = 2NH3+Mg2++H20，硫酸酸化后再用鋅粉將硝氮還原為氨氮N03_+4Zn+10H+ = NH4++4Zn2++3H20 ;然后再用上述步驟2至步驟4測量氨氮氮同位素的方法，得出待測液中硝氮氮同位素含量及比值。
2.根據權利要求1所述的一種基于膜入口質譜儀分析溶解態(tài)氮同位素含量的方法，其特征是:本發(fā)明方法不受鹽度的影響，可應用于淡水、半咸水、海水樣品的測試，亦可應用于沉積物樣品的測試。
【文檔編號】G01N27/62GK104422729SQ201310369577
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月22日 優(yōu)先權日:2013年8月22日
【發(fā)明者】侯立軍, 劉敏, 尹國宇, 鄭艷玲 申請人:華東師范大學