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硝酸盐氮和氧的稳定同位素丰度测定方法上获得新进展

作者: 沈阳站　更新时间: 2016-05-18

　在沈阳生态站开展工作的稳定同位素生态学组在硝酸盐氮和氧的稳定同位素丰度测定方法上获得新进展。硝酸盐（NO₃⁻）是陆地和水生生态系统重要的氮形式。随着化石燃料燃烧和农业活动的增加，各种生态系统的硝酸盐含量在增加。在区域乃至全球尺度上硝酸盐的源和动力学的研究变的至关重要，其中硝酸盐的¹⁵N和¹⁸O稳定同位素丰度（δ¹⁵N和δ¹⁸O）作为一种研究的技术手段已经被广泛应用。过去二十多年，硝酸盐氮氧同位素测定方法主要包括硝酸银法、反硝化细菌方法和叠氮酸方法。硝酸银方法是利用离子交换，把硝酸盐转为为硝酸银，然后用元素分析仪最终转换成N₂和CO₂进行分析，该方法前处理步骤繁琐，需要样品量大( > 1 μmol N) ，而且该方法只适用淡水，不适合海洋水和土壤KCl浸提液。反硝化细菌的方法最终分析物是N₂O，极大减少了样品需求量，但是需要具备维持反硝化细菌。叠氮酸法于十年前建立，是一种化学方法。该方法利用海绵镉或活性镉将NO₃⁻ 转换成 NO₂⁻，然后使用叠氮酸醋酸缓冲液将NO₂⁻转化成N₂O进行分析。这种方法对样品需求量和反硝化细菌法一样少，也比较容易建立，但是海绵镉或活性镉的准备比较消耗时间，而且叠氮酸缓冲液产生的HN₃具有毒性和挥发性。

　　稳定同位素生态学组研究助理图影在方运霆研究员的指导下改良了硝酸盐的δ¹⁵N和δ¹⁸O的化学测定方法。改良的方法使用镉粉直接替代了海绵镉或活性镉将NO₃⁻ 转换成 NO₂⁻，减少了样品的处理时间，在第二步中极大的减少了叠氮酸醋酸缓冲液的使用量，同时使用醋酸钠调节缓冲液的缓冲性，减少NO₃⁻中的氧和水中的氧发生同位素交换。该方法操作简单、制备时间短、使用范围广（适用于小体积样品和KCl浸提液），容易建立。该改良方法的文章（Modifications to the azide method for nitrate isotope analysis）已发表在Rapid Communications in Mass Spectrometry上。

　　此前，稳定同位素生态学组还研究出铵态氮稳定同位素新的测定方法，羟胺法（D. W. Liu, Y. T. Fang, Y. Tu, Y. P. Pan. Chemical Method for Nitrogen Isotopic Analysis of Ammonium at Natural Abundance. Analytical Chemistry 2014, 86, 3787-3792），并把这种方法结合扩散法用在酸性土壤KCl浸提液铵态氮同位素丰度的测定上（S. S. Zhang, Y. T. Fang, D. Xi. Adaptation of micro-diffusion method for the analysis of N-15 natural abundance of ammonium in samples with small volume. Rapid Communications in Mass Spectrometry 2015, 29, 1297-1306）。