中国地质学会岩矿测试技术专业委员会、国家地质实验测试中心主办

元素分析仪-同位素比值质谱测量碳氮同位素比值最佳反应温度和进样量的确定

徐丽, 邢蓝田, 王鑫, 李中平, 毛俊丽. 元素分析仪-同位素比值质谱测量碳氮同位素比值最佳反应温度和进样量的确定[J]. 岩矿测试, 2018, 37(1): 15-20. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.201701130005
引用本文: 徐丽, 邢蓝田, 王鑫, 李中平, 毛俊丽. 元素分析仪-同位素比值质谱测量碳氮同位素比值最佳反应温度和进样量的确定[J]. 岩矿测试, 2018, 37(1): 15-20. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.201701130005
Li XU, Lan-tian XING, Xin WANG, Zhong-ping LI, Jun-li MAO. Study on the Optimal Reaction Temperature and Sampling Weight for Measurement of Carbon and Nitrogen Isotope Ratio by Elemental Analyzer-Isotope Ratio Mass Spectrometer[J]. Rock and Mineral Analysis, 2018, 37(1): 15-20. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.201701130005
Citation: Li XU, Lan-tian XING, Xin WANG, Zhong-ping LI, Jun-li MAO. Study on the Optimal Reaction Temperature and Sampling Weight for Measurement of Carbon and Nitrogen Isotope Ratio by Elemental Analyzer-Isotope Ratio Mass Spectrometer[J]. Rock and Mineral Analysis, 2018, 37(1): 15-20. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.201701130005

元素分析仪-同位素比值质谱测量碳氮同位素比值最佳反应温度和进样量的确定

  • 基金项目:
    中国科学院/甘肃省油气资源研究重点实验室开放基金资助项目(KFJJ2015-05)
详细信息
    作者简介: 徐丽, 工程师, 博士, 地球化学专业。E-mail:xuli0055@126.com
    通讯作者: 邢蓝田, 工程师, 从事稳定同位素地球化学测试技术和研究。E-mail:lantxing@163.com
  • 中图分类号: O657.63;O613.71;O613.2

Study on the Optimal Reaction Temperature and Sampling Weight for Measurement of Carbon and Nitrogen Isotope Ratio by Elemental Analyzer-Isotope Ratio Mass Spectrometer

More Information
  • 沉积有机质的碳氮稳定同位素值是进行古气候、古环境及生态系统研究不可或缺的主要研究手段,目前碳氮同位素主要利用元素分析仪-同位素比值质谱(EA-IRMS)系统来测定。EA-IRMS测定过程中的反应温度及样品进样量直接影响反应物在测试中的燃烧程度,从而影响测试数据的精度。本文利用EA-IRMS技术,以标准样品为参考,在不同转化温度下测试碳氮同位素值,研究保证测试精度的最佳反应温度条件;同时,通过分析不同含氮量样品的检测限,明确了样品含氮量与最低检测限之间的关系,确定了精确测定氮同位素值的最低进样量。结果表明:反应温度对测试精度有显著影响,在碳同位素测定时,将反应温度设定为900℃或以上时测试精度均能达到±0.2‰;氮同位素测定时,反应温度须设定为950℃时测试精度才能达到±0.3‰。实验得出样品含氮量与检测限之间的线性相关性为R2=0.873,开展氮同位素测定时可根据此关系来判断和控制进样量。
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  • 图 1  各个设定温度时碳氮同位素测试结果及相对偏差

    Figure 1. 

    图 2  样品含氮量与检测限线性关系

    Figure 2. 

    表 1  样品详细信息

    Table 1.  Details of the sample

    样品名称 产地 纯度(%) 化学式 碳氮含量(%) 样品类型 同位素参考值(‰)
    C N C N
    尿素 德国 >99.5 CN2H4O 20.0 46.7 STD -28.25±0.24 -0.36±0.25
    磺胺 德国 >99.5 C6H8N2O2S 52.9 13.7 STD -26.56 -1.23
    小麦粉 英国 - - - - STD -27.21±0.13 2.85±0.17
    咔唑 中国 >98.0 C12H9N 86.2 8.4 S - -
    2, 7-二甲基咔唑 中国 >98.0 C14H13N 86.2 7.2 S - -
    甘氨酸 中国 >98.5 C2H5NO2 32.0 18.7 S - -
    苏氨酸 中国 >99.1 C4H9NO3 40.3 11.8 S - -
    注:STD代表元素分析标准样品;S代表被测样品(碳、氮同位素值未知)。
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    表 2  样品称样量

    Table 2.  The sampling weight

    测试次数 称样量(μg)
    磺胺 小麦粉 咔唑 2, 7二甲基咔唑 甘氨酸 苏氨酸
    1 0.141 0.295 0.097 0.070 0.130 0.056
    2 0.051 0.265 0.038 0.057 0.015 0.021
    3 0.028 0.161 0.063 0.041 0.043 0.054
    4 0.012 0.251 0.073 0.057 0.096 0.018
    5 0.054 0.206 0.042 0.043 0.056 0.045
    6 0.051 0.173 0.044 0.031 0.062 0.040
    7 0.047 0.600 0.023 0.059 0.046 0.075
    8 0.038 0.366 0.048 0.077 0.049 0.030
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    表 3  已知比值样品的碳氮同位素测定结果

    Table 3.  Analytical results of samples with known carbon and nitrogen isotope ratio

    同位素系列 δ13C测试值(‰) δ15N测试值(‰)
    磺胺 小麦粉 磺胺 小麦粉
    950℃ 900℃ 850℃ 800℃ 950℃ 900℃ 850℃ 800℃ 950℃ 900℃ 850℃ 800℃ 950℃ 900℃ 850℃ 800℃
    系列1 -26.42 -26.27 -26.46 -26.30 -26.94 -27.23 -27.75 -29.96 -1.57 -1.62 -2.52 0.50 2.81 2.39 3.52 1.91
    系列2 -26.35 -26.28 -26.30 -26.45 -27.02 -27.26 -27.64 -27.03 -1.63 -1.58 -1.97 0.47 2.84 3.29 4.08 1.69
    系列3 -26.42 -26.34 -26.44 -26.31 -27.02 -27.31 -27.20 -26.98 -1.14 -1.50 -2.59 1.09 2.68 3.45 6.12 2.03
    系列4 -26.38 -26.21 -26.45 -26.24 -27.01 -27.28 -27.29 -27.07 -1.71 -1.31 -2.29 1.19 3.09 4.04 4.68 4.11
    系列5 -26.37 -26.29 -26.33 -26.12 -27.04 -27.21 -27.58 -26.93 -1.11 -1.66 -2.77 0.35 2.45 3.83 5.41 7.03
    系列6 -26.40 -26.26 -26.41 -26.25 -27.02 -27.05 -27.43 -29.91 -1.32 -1.70 -1.89 1.59 2.85 2.34 5.74 1.21
    系列7 -26.32 -26.29 -26.40 -26.27 -26.98 -27.15 -27.54 -26.96 -1.54 -1.47 -2.08 -0.56 2.66 3.72 4.90 9.78
    系列8 -26.45 -26.33 -26.39 -26.33 -27.03 -27.30 -27.11 -26.97 -1.26 -1.55 -2.95 0.78 3.02 3.03 3.96 7.69
    平均值 -26.39 -26.30 -26.40 -26.28 -27.01 -27.22 -27.33 -27.73 -1.41 -1.55 -2.38 0.68 2.80 3.26 4.80 4.43
    标准偏差 0.04 0.06 0.06 0.09 0.03 0.09 0.19 1.36 0.23 0.12 0.39 0.65 0.20 0.64 0.92 3.30
    δ平均值-δ参考值 0.17 0.25 0.16 0.28 0.20 -0.01 -0.12 0.23 -0.18 -0.32 -1.15 1.91 -0.05 0.41 1.95 1.58
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    表 4  不同含氮量样品各个反应温度相应的检测限

    Table 4.  The detection limit of different nitrogen content samples at each reaction temperature

    样品 含氮量(%) 样品检测限(μg)
    950℃ 900℃ 850℃
    2, 7-二甲基咔唑 7.2 32 45 90
    咔唑 8.4 26 30 85
    苏氨酸 11.8 16 21 52
    磺胺 13.7 12 18 46
    甘氨酸 18.7 9 15 42
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出版历程
收稿日期:  2017-01-13
修回日期:  2017-12-01
录用日期:  2017-12-11

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