本发明专利技术公开了一种基于化学转化的大气气溶胶中铵态氮同位素比值测定方法，包括：离子色谱分析大气气溶胶样品NH4+的质量浓度；用超声振荡仪过滤、萃取样品形成0.25μgNH4+/ml的溶液；碱性次溴酸盐将NH4+氧化成NO2‑；pH＜0.3条件下盐酸羟胺将NO2‑还原成N2O；Precon+GasBench II+IRMS联用测定N2O氮同位素比值；建立标准曲线，计算大气气溶胶样品NH4+的氮同位素比值。本发明专利技术方法结果准确性高，重复十次精确度达到0.05‰。
【技术实现步骤摘要】
一种基于化学转化的大气气溶胶中铵态氮同位素比值测定方法
本专利技术涉及一种大气气溶胶中铵盐的氮同位素比值测定的化学转化方法，精确度达到0.05‰，实现了对大气气溶胶样品中铵盐氮同位素比值的准确测定。
技术介绍
随着我国经济社会短时间内的快速发展，灰霾现象日益严重，持续的灰霾天气事件通常伴随着非常高浓度的细颗粒物(PM2.5)。灰霾天气对于人体健康、环境质量和气候变化等有着重要影响。大气中含量最丰富的碱性气体——氨气(NH3)，因其极易与硫酸(H2SO4)和硝酸(HNO3)等中和反应，生成硫酸铵、硫酸氢铵和硝酸铵为主体的二次无机气溶胶污染物，被认为是我国灰霾污染的重要成因之一[Griffith,S.M.；Huang,X.H.H.；Louie,P.K.K.；Yu,J.Z.CharacterizingthethermodynamicandchemicalcompositionfactorscontrollingPM2.5nitrate:InsightsgainedfromtwoyearsofonlinemeasurementsinHongKong.Atmos.Environ.2015,122,864-875]。硫酸铵和硝酸铵等铵盐作为PM2.5中主要的化学组分，与有机气溶胶相比具有更高的吸湿性和更强的消光作用，这使其在灰霾形成过程中发挥了更大的作用[韦莲芳，杨复沫，谭吉华，等.大气气溶胶消光性质的研究进展[J].环境化学，2014，33(5):705-715]。研究表明，不同排放源的铵盐存在较大的不同，因而通过测定大气气溶胶中铵盐的值可以了解铵盐在大气中的形成、转化过程，并进行溯源。过去常规的测定铵盐值的方法主要是杜马法(Dumas)，即将从固体或者液体样品中提取出来，再通过与元素分析仪连用的质谱仪(EA-IRMS)将燃烧氧化为N2从而测定15N的同位素比值[温腾，曹亚澄，等.微扩散法测定铵态氮、硝态氮的15N稳定同位素研究综述[J].土壤，2016，48(4)：634-640]。而过去常规的将NH4+从样品中提取出来的方法主要有：氨蒸馏法，氨扩散法和离子交换法。大气颗粒物样品由于受天气过程等影响，基底成分复杂[李亲凯，杨周，黄俊.大气颗粒物稳定同位素组成研究进展[J].生态学杂志，2016,35(4)：1063-1071]，铵盐含量变化范围较大。清洁天气时铵盐浓度很低，受到大气中N2的污染，通过燃烧氧化转变为N2测定同位素比值的传统方法对于低含量的样品并不适用。而N2O作为大气中的痕量气体，又不容易与其他物质发生反应，更加适合于作为质谱分析物，对于浓度较低的样品研究者们提出了新的检测分析技术，即化学转化法来测定铵态氮的同位素比值[Zhang,L.；Altabet,M.A.；Wu,T.；Hadas,O.SensitiveMeasurementofNH4+15N/14N(δ15NH4+)atNaturalAbundanceLevelsinFreshandSaltwatersAnal.Chem.2007,79,5297-5303]。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种大气气溶胶中铵态氮同位素比值测定的化学转化方法，为研究大气污染物的形成转化过程、输送和来源等问题提供有效依据。本专利技术的上述目的是通过下面的技术方案得以实现的：一种大气气溶胶中铵态氮同位素比值测定方法，包括步骤：(1)使用离子色谱测定出样品中铵根离子的含量，按照计算使用特定直径的切割器切取大气样品膜于玻璃瓶内并向其中加入去离子水，确保浸提液中含有大于1.25μg的将加入样品膜和去离子水的玻璃瓶放入超声水浴震荡仪在常温下超声震荡；(2)对震荡后的样品进行萃取，使用0.22μm的针式过滤器进行过滤。按照样品中含有1μg的计算，吸取相应体积测试样品于12mL离心管中，加入去离子水将样品稀释至4mL；(3)使用移液枪吸取0.2mL溴储备液于50mL棕色试剂瓶内，加入去离子水至10mL，然后向体系中加入0.6mL、6M的浓HCl，用锡纸包裹试剂瓶放入暗处反应5min后取出，向其中迅速地加入10mL、消煮过的10M的NaOH，充分混合均匀，得到碱性次溴酸盐氧化剂；(4)向(2)中所得大气气溶胶样品溶液的顶空瓶中加入0.4mL现配的碱性次溴酸盐氧化剂，震荡顶空瓶使样品和氧化剂混合均匀后，用封口膜封住顶空瓶口，静置反应40min，使铵盐氧化为亚硝酸盐；(5)向步骤(4)所得溶液中加入0.05mL亚砷酸钠溶液，除去其中多余的BrO-；(6)向步骤(5)所得溶液中加入加入1mL、6M的浓HCl调整溶液pH，使之pH值在0.3以下，并加盖密封顶空瓶；(7)使用气密性注射器向(6)中得到的体系中注射0.5mL盐酸羟胺稀释液；(8)将步骤(7)处理后的顶空瓶放入恒温振荡器震荡反应，亚硝酸根还原成氧化亚氮；(9)将步骤(8)中顶空瓶从恒温振荡器中取出倒置静置0.5h，使样品降至常温；(10)使用气密性注射器向经过步骤(9)处理过后的样品注射0.5mL、5M的NaOH终止反应，倒置等待上机；(11)将步骤(10)处理后的顶空瓶通过与同位素比质谱仪连用的气体预浓缩装置和多用途在线气体制备和导入系统，测定顶空瓶上部化学转化产生的N2O中的氮同位素比值；(12)将国际原子能机构标定过的、已知同位素值的硫酸铵国际标准样品USGS25、USGS26、IAEA-N-1重复(3)-(11)步骤，通过测定值和真值建立标准曲线，换算步骤(11)上机测定的大气气溶胶样品中的氮同位素比值，得到大气气溶胶样品中铵态氮同位素值。优选地，步骤(1)按照计算使用特定直径的切割器切取大气样品膜于20ml的玻璃瓶内并向其中加入5ml去离子水。优选地，步骤(1)中将加入样品膜和去离子水的玻璃瓶放入超声水浴震荡仪在常温下超声震荡30min。优选地，步骤(8)恒温振荡器振荡条件为：在37℃、120转的条件下震荡16h。反应产物N2O的分子结构为N-N-O，是非对称结构，而其δ15N的值为两个氮原子δ15N的平均值。理论上反应产物N2O分别是由参加反应的和NH2OH各提供一个氮原子构成，而其中氧化得到的的氮同位素比值与原溶液中的氮同位素比值相同，故当还原剂NH2OH的氮同位素比值恒定时，原始溶液中的的氮同位素比值与反应产物N2O的氮同位素比值成线性关系，且相关性曲线的理论斜率为0.5。因此同位素比质谱仪测定的δ15N-N2O的值可以通过曲线换算得到原始溶液中的值。将已知同位素值的国际标样IAEA-N-1(δ15NAir＝0.4‰)和USGS25(δ15NAir＝-30.4‰)配制成溶液进行分析来验证方法的可行性和精确程度，将结果代入标准曲线换算得到的测定值如下表：表1国际标样IAEA-N-1和USGS25氮同位素值测定结果有益效果：(1)本专利技术方法反应过程简单，容易操作，可以批量处理大气气溶胶样品。(2)本专利技术方法结果准确性高，重复十次精确度达到0.05‰。(3)本专利技术方法适用于样品量低的情况，解决了一般方法样品需求量大的问题。(4)本专利技术方法避免了具有非常强的毒性和挥发性的还原剂，实验操作安全性更高。附图说明图1为大气气溶胶样品铵态氮同位素测量前处理流程；图2为标准曲线；图3为不同pH对还原反应影响。具体实施方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大气气溶胶中铵态氮同位素比值测定方法，其特征在于，包括步骤：(1)使用离子色谱测定出样品中铵根离子的含量，按照计算使用特定直径的切割器切取大气样品膜于玻璃瓶内并向其中加入去离子水，确保浸提液中含有大于1.25μg的
【技术特征摘要】
1.一种大气气溶胶中铵态氮同位素比值测定方法，其特征在于，包括步骤：(1)使用离子色谱测定出样品中铵根离子的含量，按照计算使用特定直径的切割器切取大气样品膜于玻璃瓶内并向其中加入去离子水，确保浸提液中含有大于1.25μg的将加入样品膜和去离子水的玻璃瓶放入超声水浴震荡仪在常温下超声震荡；(2)对震荡后的样品进行萃取，使用0.22μm的针式过滤器进行过滤。按照样品中含有1μg的计算，吸取相应体积测试样品于12mL离心管中，加入去离子水将样品稀释至4mL；(3)使用移液枪吸取0.2mL溴储备液于50mL棕色试剂瓶内，加入去离子水至10mL，然后向体系中加入0.6mL、6M的浓HCl，用锡纸包裹试剂瓶放入暗处反应5min后取出，向其中迅速地加入10mL、消煮过的10M的NaOH，充分混合均匀，得到碱性次溴酸盐氧化剂；(4)向(2)中所得大气气溶胶样品溶液的顶空瓶中加入0.4mL现配的碱性次溴酸盐氧化剂，震荡顶空瓶使样品和氧化剂混合均匀后，用封口膜封住顶空瓶口，静置反应40min，使铵盐氧化为亚硝酸盐；(5)向步骤(4)所得溶液中加入0.05mL亚砷酸钠溶液，除去其中多余的BrO-；(6)向步骤(5)所得溶液中加入加入1mL、6M的浓HCl调整溶液pH，使之pH值在0.3以下，并加盖密封顶空瓶；(7)使用气密性注射器向(...
【专利技术属性】
技术研发人员：章炎麟，项妍琨，曹芳，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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