快速测定含氮样品中氮同位素比值的方法技术

本发明专利技术涉及一种快速且直接测定含氮样品中氮同位素比值的方法，属于稳定同位素分析技术领域。该方法包括以下步骤：调整分析仪器至工作状态；确定监测含氮样品产生的气体的离子流所需的时间；编辑进样程序使得在一个分析进程中同时测定参考物质和含氮样品的氮同位素丰度；根据参考物质的测定结果得出含氮样品的氮同位素比值δ15Nair。本方法克服了以往直接测定时需使用离线方法制备的缺陷，也避免了快速分析系统中燃烧转化率漂移对氮同位素分析的影响，更是简化了分析和数据计算过程。该方法的总分析时间最低可减为8min，分析精度0.2‰(SD，1σ)可用于各类含氮样品中氮同位素比值的快速准确测定。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种直接测定得出含氮样品中氮同位素比值的方法，属于稳定同位素分析

技术介绍
：氮元素是一种重要的生命元素，对生命体的功能以及确保生态循环的完整都起着非常重要的作用。氮的稳定同位素有14N和15N，由于氮同位素的自然分馏作用，物质的氮同位素组成在地质、生物、环境、农业、生态系统等领域的研究中都有着越来越重要的作用。有机物的氮同位素组成是近年来研究的热点，其暗含了物质形成过程中的物理、化学、代谢过程以及气候环境等多方面的信息。有机物中氮同位素分析的基本原理是在高温下使用过量的氧化剂将有机物转化成氮氧化合物，然后在还原剂的作用下转变为氮气，氮气经除水剂吸附转化过程中的水后导入稳定同位素比值质谱仪中测定其氮同位素比值。当前，有机物的氮同位素分析技术有两种，分别是传统的离线-双路进样测定法和近年来日益发展的元素分析仪-稳定同位素比值质谱法(EA-IRMS)：离线-双路进样测定法需要使用传统的密闭安瓶技术处理样品、高真空系统提纯转化后的氮气气体、双路进样技术将氮气导入质谱仪中分析，样品前处理过程繁琐，而且需要经验丰富的实验操作人员，因此该法难以大规模推广；EA-IRMS方法简化了前处理程序，只需将待分析样品放到仪器自带的自动进样器中，诸如氧化、纯化、导入等实验过程均交由EA-IRMS系统自动进行，操作简单、使用便捷，降低了人为造成的实验误差。氮稳定同位素比值为氮元素的15N与14N的原子丰度之比(15N约为14N的1/50)，然而不同物质15N与14N的原子丰度之比的差异及其微小，实际工作中很难精确测定，因此一般采用相对测量的方法，并以相对测量丰度作为通用的表述法(δ15N)。如此，稳定同位素比值质谱仪分析过程时需要用到国际公认的参考物质，尤其是该参考物质转化的氮气作为基准才能得出待分析物质的氮同位素比值(δ15Nair)。传统的离线-双路
进样测定法由于采用密闭安瓶技术处理样品、双路进样技术导入制备得到的氮气气体，因此可以同时处理参考物质和待测样品，分别得到参考物质制备的氮气和待测样品制备的氮气，通过双路进样技术将其分别导入稳定同位素比值质谱仪的储气仓中，仓中气体能够缓慢、多次释放进入质谱仪的分析系统，多次对比可得出测定结果(δ15Nair)；EA-IRMS系统由于受制于其联机系统的性质，制备的氮气在载气的运载下进入IRMS的分析系统，由于载气是持续通入的，因此制备的氮气只能分析一次，在这种情况下，科研人员普遍采用了借助工作参考气进行分析的模式(工作参考气并不进入EA-IRMS的燃烧转化系统)，然而正如王旭等人提到的那样(《EA-Conflo-IRMS联机系统的燃烧转化率漂移及其对氮氮同位素比值测定的影响》)，EA-IRMS系统不能像密闭安瓶法中相互独立的氧化剂，而是n个样品共用一套氧化剂和还原剂，这样就产生了处理样品时燃烧转化效率变化的问题，与此同时也使得氮同位素测定结果变负。为校正仪器漂移的状态，他们提出了用反标定法不断地重新设定工作参考气的δ15Nair值，虽然该方法在理论上是可行的，但是实际工作中发现，使用这种校正方法增加了分析任务和成本(如单独测一个样品，必然先测一次或多次参考物质以反标定参考气)，降低了工作效率，而且不能迅速地测定得出样品准确的δ15Nair值。
技术实现思路
：(1)拟解决的问题EA-IRMS法测定含氮样品的氮同位素比值具有简单、便捷的优点，是今后研究与推广应用的发展方向，但是急需能够快速、直接测定得出样品氮同位素比值的方法。(2)本专利技术的具体方案为解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了在一个分析进程中同时分析参考物质和含氮样品的氮同位素丰度进而得出含氮样品的氮同位素比值的方法。具体而言，本专利技术使用了EA-IRMS系统，在同一个分析进程中通过自动进样器连续进样进行氮同位素的转化、分析，直接将含氮样品的氮同位素丰度与参考物质进行对比而得出氮同位素比值(δ15Nair)，优选地，其中所述的参考物质包括IAEA-600和USGS-34等国际认证认可的物质，其中所述的含氮样品包括无机含氮化合物、有机含氮化合物以及含氮的
混合物，如蛋白质、硝酸盐、土壤、复合肥等。可选择地，本专利技术的方法包括以下步骤：1)调整元素分析仪-稳定同位素比值质谱参数至工作状态；2)确定元素分析仪-稳定同位素比值质谱分析含氮样品时样品产生的氮气的保留时间；3)编辑元素分析仪-稳定同位素比值质谱直接测定含氮样品中氮同位素比值的程序方法；4)将参考物质和含氮样品分别放置在样品盘上；5)执行测定程序，根据参考物质的测定值得出含氮样品的氮同位素比值δ15Nair。进一步地，本专利技术的方法包括：a)元素分析仪中填充氧化剂、还原剂和除水剂，所述氧化剂为氧化铬、含银氧化钴，所述还原剂为铜丝，所述除水剂为高氯酸镁；b)连接元素分析仪与稳定同位素比值质谱仪气路和通讯；c)控制元素分析仪的载气流速和进样盘中的吹扫气流速，所述载气和吹扫气均为氦气；d)检查元素分析仪-稳定同位素比值质谱系统的Ar背景值；e)将元素分析仪的色谱柱和将反应炉升至工作温度；f)用锡杯包裹一定质量的谷氨酸样品，用元素分析仪配套的自动进样器进样后确定产生的N2的离子流起止时间；g)根据N2的离子流起止时间编辑自动进样器的进样程序，确保同一分析进程中连续进样而不互相干扰；h)分别用锡杯包裹一定质量的氮同位素参考物质和含氮样品，置于自动进样器上；i)开启一个分析进程，连续进样使参考物质、含氮样品先后经自动进样器进样转化并分析各自产生的N2的；j)根据参考物质的氮同位素丰度测定结果和给定值直接得到含氮样品的δ15Nair值。优选地，载气流速为100mL/min，吹扫气流速为175mL/min，Ar的背景值应符合EA-IRMS的工作要求，色谱柱温度设定为60℃，反应炉的氧化炉温度为980℃、还原炉温度为700℃，锡杯中含氮样品质量为0.3mg。(3)有益效果：本专利技术提供的直接测定含氮样品中δ15Nair值的方法具有操作简单、分析快捷的特点，与现有技术相比具有以下优点：1.本专利技术提供的分析方法不需要使用工作参考气，而是在同一个分析进程中同时分析参考物质和含氮样品各自转化的N2的同位素组成，借鉴了双路进样-稳定同位素比值质谱仪的运行原理，直接通过参考物质的实际值和测定值得出样品的氮同位素比值，因此，避免了元素分析仪中反应状态的改变而造成的需要不断反标定参考气的麻烦；2.由于本专利技术提到的分析方法省去了工作参考气的使用，而是在同一个分析进程中同时分析参考物质和含氮样品，大大缩短了分析时间，并且可以根据需要在该分析进程中使用多个参考物质，因此结果的准确性更高。附图说明：附图1有机物转化的气体的离子流图；附图2硝酸钾转化的气体的离子流图；附图3炭黑转化的气体的离子流图；附图4含氮样品δ15Nair测定的离子流图。具体实施方式：下面将通过借助以下实施例来更详细地说明本专利技术。以下实施例仅是说明性的，应该明白，本专利技术并不受下述实施例的限制。实施例一：1 材料方法1.1 仪器元素分析仪-稳定同位素比值质谱(EA-IRMS)，其中元素分析仪的型号为Flash 2000，稳定同位素比值质谱仪的型号为Delta V Advantage，上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直接测定含氮样品中氮同位素比值的方法，其是使用元素分析仪‑稳定同位素比值质谱技术在同一个分析进程中同时分析氮同位素参考物质和样品而直接得出样品的氮同位素比值的方法，包括以下步骤：在同一分析进程的不同时间点进样并测定参考物质和含氮样品的氮同位素丰度，并以参考物质的氮同位素丰度为基准得出含氮样品的氮同位素比值δ15Nair。

【技术特征摘要】
1.一种直接测定含氮样品中氮同位素比值的方法，其是使用元素分析仪-稳定同位素比值质谱技术在同一个分析进程中同时分析氮同位素参考物质和样品而直接得出样品的氮同位素比值的方法，包括以下步骤：在同一分析进程的不同时间点进样并测定参考物质和含氮样品的氮同位素丰度，并以参考物质的氮同位素丰度为基准得出含氮样品的氮同位素比值δ15Nair。2.根据权利要求1所述的方法，在测定含氮样品中氮同位素比值之前，包括如下步骤：1)调整元素分析仪-稳定同位素比值质谱的工作状态；2)确定元素分析仪-稳定同位素比值质谱分析含氮样品氮同位素比值时含氮样品产生的氮气的离子流起止时间；和3)编辑元素分析仪-稳定同位素比值质谱直接测定含氮样品中氮同位素比值的进样程序，以确保同一分析进程中连续进样而不互相干扰。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在同一进程中的测定一个或多个参考物质和一个或多个含氮样品的氮同位素...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟其顶，王道兵，
申请(专利权)人：中国食品发酵工业研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11