申请/专利权人：中国地质科学院矿产资源研究所

申请日：2019-04-01

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN109856308B

主分类号：G01N30/88

分类号：G01N30/88;G01N30/06

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2019.07.02#实质审查的生效;2019.06.07#公开

摘要：本发明涉及稳定同位素分析技术领域，具体涉及一种分析氮氧同位素组成的方法及装置。本发明将含N2O混合气体进行第一分离纯化后，能够初步去除含N2O混合气体中的杂质气体；再经气相色谱分离后进行加热分解，能够使体系中N2O在与残余杂质气体分离的情况下裂解为O2和N2，避免了因氧同位素交换而影响测试结果准确性的问题，为准确测定δ15N、δ17O和δ18O奠定了基础；然后经第二分离纯化实现体系中残余杂质气体的彻底去除或分离；最后经同位素质谱分析实现δ15N、δ17O和δ18O的测定。实施例的实验结果显示，采用本发明提供的方法不仅可以同时得到δ15N、δ17O和δ18O的值，且数据准确性和稳定性较好。

主权项：1.一种分析氮氧同位素组成的方法，包括以下步骤：1提供含N2O混合气体，所述含N2O混合气体由硝酸盐样品经细菌反硝化法制备得到；2将所述步骤1中含N2O混合气体进行第一分离纯化，得到含N2O纯化气体；所述步骤2中第一分离纯化包括依次进行的预纯化、挥发性有机化合物纯化、第一富集纯化处理、气相色谱分离和第二富集纯化处理；所述预纯化所用纯化试剂包括高氯酸镁和烧碱石棉；3将所述步骤2中含N2O纯化气体经气相色谱分离后，在催化剂存在条件下进行加热分解，得到含O2和N2混合气体；所述步骤3中气相色谱分离所用色谱柱为PoraPLOTQ色谱柱，所述色谱柱中填料的粒度为50～80目，所述色谱柱的长度为25～35m；4将所述步骤3中含O2和N2混合气体进行第二分离纯化，得到纯化O2和N2；5将所述步骤4中纯化O2和N2进行同位素质谱分析，得到硝酸盐样品的氮氧同位素组成，所述氮氧同位素包括δ15N、δ17O和δ18O。

全文数据：一种分析氮氧同位素组成的方法及装置技术领域本发明涉及稳定同位素分析技术领域，具体涉及一种分析氮氧同位素组成的方法及装置。背景技术氮氧同位素已经广泛运用到水圈、岩石圈、生物圈及大气圈的研究之中，硝酸盐是氮循环研究中的重要物质之一，不同来源的硝酸盐具有不同的氮氧同位素组成，因此，可利用氮氧同位素的组成来区分硝酸盐的来源、迁移和转化，进而示踪氮的循环过程。近年来，氮氧同位素分析技术也在不断的进步，由传统的湿化学法、真空热解法到近来的镉还原法和细菌反硝化法，使得分析方法更加有效、快速和便捷，越来越能够满足硝酸盐的发展研究方向。目前，现有技术是采用细菌反硝化法将NO3-转化为N2O气体，将反硝化过程中产生的全部气体包括N2O、挥发性有机气体、CO2和水汽等浓缩后利用高氯酸镁和烧碱石棉以及富集纯化冷阱、气相色谱进行分离纯化，然后再将所得纯化N2O气体进行质谱测定，得到δ15N和δ18O值。该方法具有操作简便、快捷、样品用量少的优点，但只能同时得到δ15N和δ18O值，不足以准确判断硝酸盐的来源、迁移和转化。发明内容本发明的目的在于提供一种分析氮氧同位素组成的方法及装置，采用本发明提供的方法可以同时得到硝酸盐样品中δ15N、δ17O和δ18O的值，且数据准确性和稳定性较好。为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：本发明提供了一种分析氮氧同位素组成的方法，包括以下步骤：1提供含N2O混合气体，所述含N2O混合气体由硝酸盐样品经细菌反硝化法制备得到；2将所述步骤1中含N2O混合气体进行第一分离纯化，得到含N2O纯化气体；3将所述步骤2中含N2O纯化气体经气相色谱分离后，在催化剂存在条件下进行加热分解，得到含O2和N2混合气体；4将所述步骤3中含O2和N2混合气体进行第二分离纯化，得到纯化O2和N2；5将所述步骤4中纯化O2和N2进行同位素质谱分析，得到硝酸盐样品的氮氧同位素组成，所述氮氧同位素包括δ15N、δ17O和δ18O。优选地，所述步骤2中第一分离纯化包括依次进行的预纯化、挥发性有机化合物纯化、第一富集纯化处理、气相色谱分离和第二富集纯化处理；所述预纯化所用纯化试剂包括高氯酸镁和烧碱石棉。优选地，所述步骤3中气相色谱分离所用色谱柱为PoraPLOTQ色谱柱，所述色谱柱中填料的粒度为50～80目，所述色谱柱的长度为25～35m。优选地，所述步骤3中催化剂包括铂；所述加热分解的温度为800～1000℃。优选地，所述步骤4中第二分离纯化包括依次进行的气相色谱分离和最终纯化；所述最终纯化所用纯化装置包括Nafion去水阱。优选地，所述第二分离纯化中气相色谱分离所用色谱柱为分子筛色谱柱，所述色谱柱的长度为25～35m，外径为0.53mm。本发明提供了一种分析氮氧同位素组成的装置，包括第一气体纯化分离装置2；气体裂解-分离纯化装置3，所述气体裂解-分离纯化装置3包括顺次连通的色谱柱8、刚玉铂管裂解炉14和第二气体纯化分离装置；其中，所述色谱柱8与所述第一气体纯化分离装置2连接；与所述第二气体纯化分离装置连通的气体同位素质谱仪4。优选地，所述第一气体纯化分离装置2包括高氯酸镁-烧碱石棉阱12、挥发性有机化合物阱13、第一冷阱10、色谱柱7、第二冷阱11、六通阀5和六通阀6；其中，所述高氯酸镁-烧碱石棉阱12的出气口与所述挥发性有机化合物阱13的进气口通过管路连通；所述六通阀5包括6个管路口，其中4个所述管路口分别连接有所述挥发性有机化合物阱13的出气管路、第一冷阱10的进气管路、第一冷阱10的出气管路和色谱柱7的进气管路；所述六通阀6包括6个管路口，其中4个所述管路口分别连接有所述色谱柱7的出气管路、第一冷阱11的进气管路、第一冷阱11的出气管路和色谱柱8的进气管路。优选地，所述第二气体纯化分离装置包括顺次连通的色谱柱9和Nafion去水阱15，其中，所述色谱柱9与所述刚玉铂管裂解炉14连通，所述Nafion去水阱15与所述气体同位素质谱仪4连通。优选地，还包括自动进样器1，所述自动进样器1与所述第一气体纯化分离装置2的进气端连通。本发明提供了一种分析氮氧同位素组成的方法，包括以下步骤：1提供含N2O混合气体，所述含N2O混合气体由硝酸盐样品经细菌反硝化法制备得到；2将所述步骤1中含N2O混合气体进行第一分离纯化，得到含N2O纯化气体；3将所述步骤2中含N2O纯化气体经气相色谱分离后，在催化剂存在条件下进行加热分解，得到含O2和N2混合气体；4将所述步骤3中含O2和N2混合气体进行第二分离纯化，得到纯化O2和N2；5将所述步骤4中纯化O2和N2进行同位素质谱分析，得到硝酸盐样品中氮氧同位素组成，所述氮氧同位素包括δ15N、δ17O和δ18O。本发明将含N2O混合气体进行第一分离纯化后，能够初步去除含N2O混合气体中的杂质气体；再经气相色谱分离后进行加热分解，能够使体系中N2O在与残余杂质气体分离的情况下裂解为O2和N2，避免了因氧同位素交换而影响测试结果准确性的问题，为准确测定δ15N、δ17O和δ18O奠定了基础；然后经第二分离纯化实现体系中残余杂质气体的彻底去除或分离；最后经同位素质谱分析实现δ15N、δ17O和δ18O的测定。实施例的实验结果显示，采用本发明提供的方法不仅可以同时得到δ15N、δ17O和δ18O的值，且数据准确性和稳定性较好。附图说明图1为本发明提供的分析氮氧同位素组成的装置的结构示意图；图2为本发明提供的分析氮氧同位素组成的装置中“LOAD”模式示意图；图3为本发明提供的分析氮氧同位素组成的装置中“TRANSFER”模式示意图；图4为本发明提供的分析氮氧同位素组成的装置中“MEASURE”模式示意图；其中，1为自动进样器，2为第一气体纯化分离装置，3为气体裂解-分离纯化装置，4为气体同位素质谱仪，5和6为六通阀，5-1～5-6和6-1～6-6分别为六通阀的管路口，7、8和9为色谱柱，10为第一冷阱，11为第二冷阱，12为高氯酸镁-烧碱石棉阱，13为挥发性有机化合物阱，14为刚玉铂管裂解炉，15为Nafion去水阱，16-1～16-4为载气装置。具体实施方式本发明提供了一种分析氮氧同位素组成的方法，包括以下步骤：1提供含N2O混合气体，所述含N2O混合气体由硝酸盐样品经细菌反硝化法制备得到；2将所述步骤1中含N2O混合气体进行第一分离纯化，得到含N2O纯化气体；3将所述步骤2中含N2O纯化气体经气相色谱分离后，在催化剂存在条件下进行加热分解，得到含O2和N2混合气体；4将所述步骤3中含O2和N2混合气体进行第二分离纯化，得到纯化O2和N2；5将所述步骤4中纯化O2和N2进行同位素质谱分析，得到硝酸盐样品的氮氧同位素组成，所述氮氧同位素包括δ15N、δ17O和δ18O。本发明提供含N2O混合气体，所述含N2O混合气体由硝酸盐样品经细菌反硝化法制备得到。在本发明中，所述硝酸盐样品经细菌反硝化处理后，所得含N2O混合气体中除了包括N2O以外，还包括挥发性有机化合物、CO2和水汽等杂质气体。本发明对于所述硝酸盐样品的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的硝酸盐样品即可；在本发明的实施例中，为了验证本发明提供的方法的准确性，具体采用氮氧同位素国际标准物质USGS32、USGS34、USGS35和IAEA-NO-3。本发明对于所述细菌反硝化法的具体操作步骤和参数没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的技术方案即可。得到含N2O混合气体后，本发明将所述含N2O混合气体进行第一分离纯化，得到含N2O纯化气体。在本发明中，所述第一分离纯化至所述同位素质谱分析的整个处理过程优选是在载气存在条件下进行，所述载气优选为氦气。在本发明中，所述第一分离纯化优选包括依次进行的预纯化、挥发性有机化合物纯化、第一富集纯化处理、气相色谱分离和第二富集纯化处理；所述预纯化所用纯化试剂优选包括高氯酸镁和烧碱石棉。在本发明中，所述含N2O纯化气体通过所述第一分离纯化实现浓缩和除杂。在本发明中，所述第一分离纯化中的预纯化能够去除所述含N2O混合气体中大部分的CO2和水汽。在本发明中，所述预纯化所用纯化试剂中高氯酸镁和烧碱石棉的质量比优选为1：2～3。在本发明中，所述第一分离纯化中的挥发性有机化合物纯化能够去除体系中大部分挥发性有机化合物。在本发明中，所述挥发性有机化合物纯化所用装置优选为SUPELCO牌F型号阱SUPELCOTrapF。在本发明中，所述第一分离纯化中的第一富集纯化处理能够实现混合气体的富集以及纯化，便于进行后续气相色谱分离。在本发明中，所述第一富集纯化处理所用装置优选为冷阱；本发明对于所述冷阱没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的冷阱即可，具体如不锈钢管。在本发明中，所述第一分离纯化中的气相色谱分离能够将体系中N2O与残余的少量杂质气体分离，便于进行后续第二富集纯化处理。在本发明中，所述气相色谱分离所用色谱柱优选为PoraPLOTQ色谱柱，所述色谱柱中填料的粒度优选为50～80目，所述色谱柱的长度优选为25～35m。在本发明中，所述第一分离纯化中的第二富集纯化处理能够实现混合气体的富集以及纯化，便于进行后续气相色谱分离以及加热分解处理。在本发明中，所述第二富集纯化处理所用装置优选为冷阱；本发明对于所述冷阱没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的冷阱即可，具体如内部嵌套直径0.32mm熔融石英毛细管的不锈钢管。在本发明中，经所述第一分离纯化后，体系中挥发性有机化合物、水汽以及大部分CO2被去除，所得含N2O纯化气体除了N2O以外，还含有微量的CO2。得到含N2O纯化气体后，本发明将所述含N2O纯化气体经气相色谱分离后，在催化剂存在条件下进行加热分解，得到含O2和N2混合气体。在本发明中，所述气相色谱分离所用色谱柱优选为PoraPLOTQ色谱柱，所述色谱柱中填料的粒度优选为50～80目，所述色谱柱的长度优选为25～35m。在本发明中，所述催化剂优选包括铂；所述加热分解的温度优选为800～1000℃。本发明通过气相色谱分离实现含N2O纯化气体中N2O和CO2的分离，其中，CO2先于N2O通过色谱柱，且CO2性质稳定，不会在后续加热分解过程中被裂解，而N2O被完全裂解为O2和N2；如果不先进行气相色谱分离，N2O和CO2同时处于加热环境中，CO2会与N2O裂解出来的O2发生同位素交换如：C18O16O+16O16O→C16O16O+18O16O，影响测试结果准确性。在本发明中，经所述加热分解后，所得含O2和N2混合气体中除了含有O2和N2以外，还含有微量的CO2其中，所述微量的CO2会先于O2和N2经过加热分解所用装置，并进行后续第二分离纯化。得到所述含O2和N2混合气体后，本发明将所述含O2和N2混合气体进行第二分离纯化，得到纯化O2和N2。在本发明中，所述第二分离纯化优选包括依次进行的气相色谱分离和最终纯化。在本发明中，所述含O2和N2混合气体通过所述第二分离纯化实现进一步分离和除杂。在本发明中，所述第二分离纯化中气相色谱分离所用色谱柱优选为分子筛色谱柱，所述色谱柱的长度优选为25～35m，外径优选为0.53mm。本发明通过所述气相色谱分离实现体系中O2、N2以及残余杂质如上述微量的CO2以及体系中可能残留的微量水汽等杂质的进一步分离，便于通过后续最终纯化实现杂质的分离和去除。在本发明中，所述最终纯化所用纯化装置优选包括Nafion去水阱。本发明通过Nafion去水阱去除体系中可能残留的微量水汽。在本发明中，经所述第二分离纯化后，体系中杂质气体均被去除或分离，所得纯化O2和N2中只含有O2和N2其中，上述微量的CO2经第二分离纯化中的气相色谱进一步分离后，会先于O2和N2进入同位素质谱分析所用装置，不会对最终O2和N2的测量结果产生影响。得到所述纯化O2和N2后，本发明将所述纯化O2和N2进行同位素质谱分析，得到硝酸盐样品中氮氧同位素组成，所述氮氧同位素包括δ15N、δ17O和δ18O。本发明对于所述同位素质谱分析没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的技术方案即可。本发明提供了一种分析氮氧同位素组成的装置，如图1所示，包括第一气体纯化分离装置2；气体裂解-分离纯化装置3，所述气体裂解-分离纯化装置3包括顺次连通的色谱柱8、刚玉铂管裂解炉14和第二气体纯化分离装置；其中，所述色谱柱8与所述第一气体纯化分离装置2连接；与所述第二气体纯化分离装置连通的气体同位素质谱仪4。作为本发明的一个实施例，所述第一气体纯化分离装置2包括高氯酸镁-烧碱石棉阱12、挥发性有机化合物阱13、第一冷阱10、色谱柱7、第二冷阱11、六通阀5和六通阀6；其中，所述高氯酸镁-烧碱石棉阱12的出气口与所述挥发性有机化合物阱13的进气口通过管路连通；所述六通阀5包括6个管路口管路口5-1～5-6，其中4个所述管路口分别连接有所述挥发性有机化合物阱13的出气管路、第一冷阱10的进气管路、第一冷阱10的出气管路和色谱柱7的进气管路；所述六通阀6包括6个管路口管路口6-1～6-6，其中4个所述管路口分别连接有所述色谱柱7的出气管路、第一冷阱11的进气管路、第一冷阱11的出气管路和色谱柱8的进气管路。作为本发明的一个实施例，所述六通阀5和六通阀6中剩余的2个管路口为载气入口和排气口。本发明通过六通阀5实现挥发性有机化合物阱13、第一冷阱10和色谱柱7气路的连通，通过六通阀6实现色谱柱7、第二冷阱11和色谱柱8气路的连通；本发明充分利用六通阀5和六通阀6的“切换”功能，通过控制体系中气体流向实现分离与纯化。本发明中所述六通阀5和六通阀6的“切换”方式以及各管路口所连接的管路的具体分配方式在后续会结合装置使用情况进行详细说明。作为本发明的一个实施例，所述分析氮氧同位素组成的装置还包括自动进样器1，所述自动进样器1与所述第一气体纯化分离装置2的进气端连通，具体是通过所述自动进样器1将含N2O混合气体通入高氯酸镁-烧碱石棉阱12中，然后开始进行第一气体纯化分离。作为本发明的一个实施例，所述自动进样器1包括双线进样针和样品瓶；所述样品瓶优选为Labco瓶12mL，相比普通的钳口瓶20mL，体积更小、本底更低、更易吹净，对微量样品更有优势，菌液量更少，由常规的4mL减少为2mL。作为本发明的一个实施例，所述刚玉铂管裂解炉14为内置铂管的无孔刚玉管裂解炉其中，刚玉管的外径为1.55mm，内径为0.8mm，长度为320mm；铂管的外径为0.8mm，内径为0.5mm，具有易于组装、分解效率高的优点。作为本发明的一个实施例，所述第二气体纯化分离装置包括顺次连通的色谱柱9和Nafion去水阱15，其中，所述色谱柱9与所述刚玉铂管裂解炉14连通，所述Nafion去水阱15与所述气体同位素质谱仪4连通。作为本发明的一个实施中，所述Nafion去水阱15的上端设置有进气口，下端设置有出气口；其中，所述进气口用来通入氦气吹扫Nafion去水阱，出气口用来排出氦气和体系中可能残留的微量水汽。作为本发明的一个实施例，所述气体同位素质谱仪4为MAT253气体同位素质谱计。作为本发明的一个实施例，所述分析氮氧同位素组成的装置还包括载气装置如图2～4所示，图2～4中显示的载气装置16-1～16-4并不代表其准确位置，只是为了便于表示载气流量，用于提供载气；本发明对于所述载气装置的设置位置没有特殊的限定，能够实现携带体系中气体进行所需处理即可。采用本发明提供的分析氮氧同位素组成的装置对硝酸盐样品进行氮氧同位素分析的方法，优选包括以下步骤：将双线进样针扎入样品瓶，接通载气装置具体以氦气为载气，载气装置16-1～16-4表示为He16-1～16-4，控制He16-1流量为30mLmin，将由硝酸盐样品经细菌反硝化法制备得到的含N2O混合气体包括N2O以及有机气体、CO2和水汽引入高氯酸镁-烧碱石棉阱12，去除大部分的CO2和水汽，然后引入挥发性有机化合物阱13，去除大部分挥发性有机化合物。设置六通阀5为“LOAD”模式如图2所示，同时控制He16-2流量100mLmin，双向吹扫两端的管路20s后关闭；双线进样针扎入样品瓶中20s后，将第一冷阱10浸入液氮桶中在该过程中，含N2O混合气体在氦气携带下由六通阀5的管路口5-6进、管路口5-5出，将液氮能够冻住的气体冻于第一冷阱10中，其它杂质气体在氦气的携带下由管路口5-2进、管路口5-1出而被吹走，10min后，进样针拔出，第一冷阱10从液氮桶中抬起，即刻将六通阀5切换为“TRANSFER”模式如图3所示，同时控制He16-2流量100mLmin，双向吹扫两端的管路20s后关闭。控制He16-3流量约为5mLmin，氦气经六通阀5的管路口5-3进、管路口5-2出，第一冷阱10中的气体包括N2O、CO2和挥发性有机气体被氦气携带由六通阀5的管路口5-5进、管路口5-4出后经过色谱柱7PoraPLOTQ色谱柱，填料粒度为50～80目，长度为25～35m，柱温为25℃，当第一冷阱10从液氮桶中抬起120s后，将第二冷阱11浸入液氮桶中在该过程中，体系中含少量杂质气体的N2O气体被氦气携带由六通阀6的管路口6-5进、管路口6-4出，将液氮能够冻住的气体冻于第二冷阱11中，其它杂质气体在氦气的携带下由管路口6-1进、管路口6-6出而被吹走，260s之后，将六通阀6切换为“MEASURE”模式如图4所示，此时，N2O及微量的CO2已全部通过色谱柱7并被转移到第二冷阱11中，而挥发性有机气体还未通过色谱柱7达到第二冷阱11，挥发性有机气体通过色谱柱7后经六通阀6的管路口6-5进、管路口6-6出而被吹走，实现了分离目标气体N2O与剩余的少量挥发性有机气体的目的。当六通阀6切换为“MEASURE”模式后，控制He16-4流量约为10mLmin进行反向吹扫，以排出任何残留的不可被第二冷阱11冻结的气体；4min之后，第二冷阱11从液氮桶中抬起，N2O及微量的CO2被氦气携带由六通阀6的管路口6-3进、管路口6-4出，第二冷阱11中的气体被氦气携带由管路口6-1进、管路口6-2出后进入色谱柱8PoraPLOTQ色谱柱，填料粒度为50～80目，长度为25～35m，柱温为25℃，经色谱柱8分离，CO2先于N2O进入800～1000℃的刚玉铂管裂解炉14中，后进入刚玉铂管裂解炉14的N2O在800～1000℃条件下被完全裂解为O2和N2由于CO2先于N2O进入800℃的刚玉铂管裂解炉14中，并进一步会先于裂解生成的O2和N2进入色谱柱9、Nafion去水阱15以及气体同位素质谱仪4，因而无机会与O2发生同位素交换反应，且不会对最终O2和N2的测量结果产生影响，O2和N2依次通过色谱柱9分子筛色谱柱，长度为25～35m，外径为0.53mm，柱温为35℃实现O2、N2以及残余杂质的进一步分离，然后依次通入Nafion去水阱15，之后所得纯化O2和N2依次进入到气体同位素质谱仪4MAT253气体同位素质谱计中进行δ18O、δ17O和δ15N的测定。质谱完成测定前，切换六通阀5和六通阀6，准备下一个样品的测试。下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1采用本发明提供的分析氮氧同位素组成的装置如图1所示对硝酸盐样品进行氮氧同位素分析的方法，包括以下步骤：将双线进样针扎入样品瓶，接通载气装置具体以氦气为载气，载气装置16-1～16-4表示为He16-1～16-4，控制He16-1流量为30mLmin，将由硝酸盐样品经细菌反硝化法制备得到的含N2O混合气体包括N2O以及有机气体、CO2和水汽引入高氯酸镁-烧碱石棉阱12，去除大部分的CO2和水汽，然后引入挥发性有机化合物阱13，去除大部分挥发性有机化合物。设置六通阀5为“LOAD”模式如图2所示，同时控制He16-2流量100mLmin，双向吹扫两端的管路20s后关闭；双线进样针扎入样品瓶中20s后，将第一冷阱10浸入液氮桶中在该过程中，含N2O混合气体在氦气携带下由六通阀5的管路口5-6进、管路口5-5出，将液氮能够冻住的气体冻于第一冷阱10中，其它杂质气体在氦气的携带下由管路口5-2进、管路口5-1出而被吹走，10min后，进样针拔出，第一冷阱10从液氮桶中抬起，即刻将六通阀5切换为“TRANSFER”模式如图3所示，同时控制He16-2流量100mLmin，双向吹扫两端的管路20s后关闭。控制He16-3流量约为5mLmin，氦气经六通阀5的管路口5-3进、管路口5-2出，第一冷阱10中的气体包括N2O、CO2和挥发性有机气体被氦气携带由六通阀5的管路口5-5进、管路口5-4出后经过色谱柱7PoraPLOTQ色谱柱，填料粒度为50～80目，长度为30m，柱温为25℃，当第一冷阱10从液氮桶中抬起120s后，将第二冷阱11浸入液氮桶中在该过程中，体系中含少量杂质气体的N2O气体被氦气携带由六通阀6的管路口6-5进、管路口6-4出，将液氮能够冻住的气体冻于第二冷阱11中，其它杂质气体在氦气的携带下由管路口6-1进、管路口6-6出而被吹走，260s之后，将六通阀6切换为“MEASURE”模式如图4所示，此时，N2O及微量的CO2已全部通过色谱柱7并被转移到第二冷阱11中，而挥发性有机气体还未通过色谱柱7达到第二冷阱11，挥发性有机气体通过色谱柱7后经六通阀6的管路口6-5进、管路口6-6出而被吹走，实现了分离目标气体N2O与剩余的少量挥发性有机气体的目的。当六通阀6切换为“MEASURE”模式后，控制He16-4流量约为10mLmin进行反向吹扫，以排出任何残留的不可被第二冷阱11冻结的气体；4min之后，第二冷阱11从液氮桶中抬起，N2O及微量的CO2被氦气携带由六通阀6的管路口6-3进、管路口6-4出，第二冷阱11中的气体被氦气携带由管路口6-1进、管路口6-2出后进入色谱柱8PoraPLOTQ色谱柱，填料粒度为50～80目，长度为30m，柱温为25℃，经色谱柱8分离，CO2先于N2O进入800℃的刚玉铂管裂解炉14中，后进入刚玉铂管裂解炉14的N2O在800℃条件下被完全裂解为O2和N2，O2和N2依次通过色谱柱9分子筛色谱柱，长度为30m，外径为0.53mm，柱温为35℃实现O2、N2以及残余杂质的进一步分离，然后依次通入Nafion去水阱15，之后所得纯化O2和N2依次进入到气体同位素质谱仪4MAT253气体同位素质谱计中进行δ18O、δ17O和δ15N的测定。质谱完成测定前，切换六通阀5和六通阀6，准备下一个样品的测试。上述方法中所用的硝酸盐样品为氮氧同位素国际标准物质USGS32、USGS34、USGS35和IAEA-NO-3，其δ15N、δ18O和δ17O的真实值分别为180‰，25.7‰，13.4‰、-1.8‰，-27.9‰，-14.8‰、2.7‰，57.5‰，51.5‰、4.7‰，25.6‰，13.2‰。采用上述方法对所述硝酸盐样品进行分析的实验结果见表1。表1氮氧同位素分析实验结果从表1中的数据可以看出，采用本发明提供的方法不仅可以同时得到δ15N、δ17O和δ18O的值，且数据准确性和稳定性较好。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

权利要求：1.一种分析氮氧同位素组成的方法，包括以下步骤：1提供含N2O混合气体，所述含N2O混合气体由硝酸盐样品经细菌反硝化法制备得到；2将所述步骤1中含N2O混合气体进行第一分离纯化，得到含N2O纯化气体；3将所述步骤2中含N2O纯化气体经气相色谱分离后，在催化剂存在条件下进行加热分解，得到含O2和N2混合气体；4将所述步骤3中含O2和N2混合气体进行第二分离纯化，得到纯化O2和N2；5将所述步骤4中纯化O2和N2进行同位素质谱分析，得到硝酸盐样品的氮氧同位素组成，所述氮氧同位素包括δ15N、δ17O和δ18O。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中第一分离纯化包括依次进行的预纯化、挥发性有机化合物纯化、第一富集纯化处理、气相色谱分离和第二富集纯化处理；所述预纯化所用纯化试剂包括高氯酸镁和烧碱石棉。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中气相色谱分离所用色谱柱为PoraPLOTQ色谱柱，所述色谱柱中填料的粒度为50～80目，所述色谱柱的长度为25～35m。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中催化剂包括铂；所述加热分解的温度为800～1000℃。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中第二分离纯化包括依次进行的气相色谱分离和最终纯化；所述最终纯化所用纯化装置包括Nafion去水阱。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述气相色谱分离所用色谱柱为分子筛色谱柱，所述色谱柱的长度为25～35m，外径为0.53mm。7.一种分析氮氧同位素组成的装置，其特征在于，包括第一气体纯化分离装置2；气体裂解-分离纯化装置3，所述气体裂解-分离纯化装置3包括顺次连通的色谱柱8、刚玉铂管裂解炉14和第二气体纯化分离装置；其中，所述色谱柱8与所述第一气体纯化分离装置2连接；与所述第二气体纯化分离装置连通的气体同位素质谱仪4。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一气体纯化分离装置2包括高氯酸镁-烧碱石棉阱12、挥发性有机化合物阱13、第一冷阱10、色谱柱7、第二冷阱11、六通阀5和六通阀6；其中，所述高氯酸镁-烧碱石棉阱12的出气口与所述挥发性有机化合物阱13的进气口通过管路连通；所述六通阀5包括6个管路口，其中4个所述管路口分别连接有所述挥发性有机化合物阱13的出气管路、第一冷阱10的进气管路、第一冷阱10的出气管路和色谱柱7的进气管路；所述六通阀6包括6个管路口，其中4个所述管路口分别连接有所述色谱柱7的出气管路、第一冷阱11的进气管路、第一冷阱11的出气管路和色谱柱8的进气管路。9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二气体纯化分离装置包括顺次连通的色谱柱9和Nafion去水阱15，其中，所述色谱柱9与所述刚玉铂管裂解炉14连通，所述Nafion去水阱15与所述气体同位素质谱仪4连通。10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括自动进样器1，所述自动进样器1与所述第一气体纯化分离装置2的进气端连通。

百度查询： 中国地质科学院矿产资源研究所 一种分析氮氧同位素组成的方法及装置

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