一种用于测定硝酸或硝酸盐制造技术

本发明专利技术涉及一种用于测定硝酸或硝酸盐

【技术实现步骤摘要】
一种用于测定硝酸或硝酸盐15N同位素丰度的方法与装置
本专利技术属于15N同位素丰度检测
，涉及一种用于测定硝酸或硝酸盐15N同位素丰度的方法与装置。
技术介绍
氮循环是指自然界中氮单质和含氮化合物之间相互转换过程中的生态系统的物质循环过程，是整个生物圈物质能量循环的重要组成部分，氮素通过施肥、氮沉降及植物固氮途径进入到陆地生态系统，在土壤中经过硝化细菌与反硝化细菌转化过程，然后通过淋溶或者气体形式离开陆地生态系统，氮循环主要包含固氮作用、氨化作用、硝化作用、同化作用和反硝化作用，这些过程在生态系统中循环往复，导致了氮在大气、水体、土壤与生物体构成的生态圈中不断发生着迁移与转化，从而最终造就了地球上生命生生不息，成为太阳系中一个生机勃勃的星球。稳定同位素15N在这些研究中的示踪作用是不可替代的。在水体生态系统的氮循环过程中，硝化、反硝化脱氮过程是关键的环节，15N同位素标记法因其能更好地追踪水体氮的迁移、转化过程，已被广泛应用于大气、陆地及水生生态系统中的氮循环过程研究，因此，对环境、土壤、水质等样本中硝酸或硝酸盐15N同位素丰度的准确检测是氮循环研究的关键。现有的测定样品中硝酸或硝酸盐15N同位素丰度的方法为气体同位素质谱法，前处理通常需要将样品中的15N标记的硝酸或硝酸盐与定氮合金在碱性条件下转化成15N标记的氨气，通过酸来吸收蒸馏过程中产生的15N标记的氨气形成15N标记的铵盐溶液，进一步浓缩后的15N标记的铵盐溶液与次溴酸钠溶液反应生成15N标记的氮气，将15N标记的氮气引入气体同位素质谱仪进行同位素丰度测定。随着样品量的增加，测试时间成正比增加，在高通量样品检测方面需要一定的优化，且15N标记样品消耗量大，相对成本较高。CN110763535A公开了一种本专利技术涉及用于测定亚硝酸盐15N同位素丰度的样品制备方法：装样，将15N标记的待制备样品与还原剂的水溶液装入双球反应管的第一球泡中，将酸性物质装入双球反应管的第二球泡中；制备15NO气体，保持真空度，同时将第二球泡中的酸性物质加入第一球泡中，生成15NO；检测，待真空旋塞阀与气体同位素质谱仪间管路的真空度降至2×10-5Pa以下时，打开真空旋塞阀，将第一球泡中的15NO引入到气体同位素质谱仪中；设定气体同位素质谱仪的检测参数，检测质量数为30和31的相对强度，平行测试多次；计算15N同位素丰度值。CN110763535A公开的专利技术中涉及的15N标记亚硝酸盐与还原剂发生氧化还原反应生成15NO，通过检测15NO的同位素丰度即可得到15N标记亚硝酸盐的同位素丰度，在CN110763535A公开的专利技术中15N标记硝酸盐与还原剂不反应，不适用于15N标记硝酸盐的检测。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了提供一种用于测定硝酸或硝酸盐15N同位素丰度的方法与装置，其操作过程简单，且当样品量≥5只时可以大大缩短样品前处理时间，经济成本低、测试数据准确。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：本专利技术的技术方案之一提供了一种用于测定硝酸或硝酸盐15N同位素丰度的方法，包括以下步骤：(1)取液态或固态的15N标记的硝酸或硝酸盐样品、以及氧化物和还原剂装入到反应管中，对反应管抽真空并密封；(2)对反应管加热，使得反应生成15N标记氮气；(3)待反应管冷却至室温后，将其放入与气体同位素质谱仪的进样系统连接的进样管内，接着，继续对进样管和与其连接的气体同位素质谱仪的进样管路抽真空；(4)打破反应管，使得其内部的15N标记氮气释放至进样管中，并被引入到气体同位素质谱仪内；(5)检测并记录质量数(即质荷比)分别为28、29和30的相对强度，即可计算得到对应的硝酸或硝酸盐样品中的15N同位素丰度。进一步的，步骤(1)中，5N标记的硝酸或硝酸盐样品为15N标记的硝酸或硝酸盐化学试剂、15N标记的生物样品、15N标记的土壤中的硝酸或硝酸盐或15N标记的水质样品中的一种或多种。进一步的，步骤(1)中，所述的氧化物为氧化镁、氧化铜、氧化铬、氧化钠、氧化钡、氧化铁、氧化钙、氧化铝或氧化锌中的一种或多种。进一步的，步骤(1)中，所述的还原剂为锌粉、铁粉、镁粉、铜粉、铬粉或铝粉中的一种或多种。进一步的，步骤(1)中，当15N标记的硝酸或硝酸盐样品为液态样品时，其与氧化物、还原剂的添加量之比为(1-100)μL：(1-100)mg：(1-100)mg；15N标记的硝酸盐样品为固态样品时，其与氧化物、还原剂的质量比为(1-100)mg：(1-100)mg：(1-100)mg。进一步的，步骤(2)中，反应管内加热反应的温度为300-900℃，反应管材质为玻璃管或石英玻璃管，反应时间为0.5-8h。进一步的，步骤(1)中，反应管内抽真空至真空度为50Pa以下；步骤(3)中，进样管被抽真空至真空度降至2×10-5Pa以下。进一步的，步骤(3)中，气体同位素质谱仪的检测参数设置为：采用电子轰击离子源(EI)；扫描范围为18～45m/z；离子源温度为80℃～200℃；电子轰击能量为50eV～120eV；高压为3kV～10kV，阱电压为80V～200V；检测器为法拉第筒或电子倍增管。进一步的，步骤(5)中，硝酸或硝酸盐样品中的15N同位素丰度E的计算公式如下：1)当同位素丰度在0.365～20时(即在大于等于0.365且小于20的范围内)时，则2)当同位素丰度在20～30范围内时(即在大于等于20且小于30的范围内)时，则3)当同位素丰度在30～99.9范围内(即在大于等于30且小于等于99.9的范围内)时，则其中，E表示15N同位素丰度，单位为atom％15N；I28表示质量数为28的相对强度，％；I29表示质量数为29的相对强度，％；I30表示质量数为30的相对强度，％。注：自然界的氮有两种同位素，14N含量为99.635％、15N含量为0.365％，即样品15N同位素丰度在(0.365～99.9)atom％15N之间。本专利技术的技术方案之二提供了一种用于测定硝酸或硝酸盐15N同位素丰度的装置，其用于实施上述测定方法，该装置包括气体同位素质谱仪、进样管和反应管，其中，所述的反应管的一端开口，另一端加工成易碎段，且在反应管上靠近其开口端的位置设置有封管段，所述的进样管由可相互密封连接的进样管一段和进样管二段组成，所述进样管一段上设有可与气体同位素质谱仪的进样系统密封连接的接口，所述进样管二段的一侧端部密封，在进样管一段的中间位置还垂直向外延伸引出一个调节管段，所述调节管段与进样管一段连通，在调节管段上还密封布置有一调节手柄，所述调节手柄的顶端穿过所述调节管段并伸入进样管一段内部，在调节手柄的顶端还加工有可供反应管的易碎段伸入的圆孔。当反应管置于进样管中时，反应管的易碎段伸入所述圆孔内，且在调节手柄旋转时，即可打破易碎段，使得反应管内的气体释放出来。进一步的，所述的调节手柄与调节管段之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测定硝酸或硝酸盐

【技术特征摘要】
1.一种用于测定硝酸或硝酸盐15N同位素丰度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取液态或固态的15N标记的硝酸或硝酸盐样品、以及氧化物和还原剂装入到反应管中，对反应管抽真空并密封；
(2)对反应管加热，使得反应生成15N标记氮气；
(3)待反应管冷却至室温后，将其放入与气体同位素质谱仪的进样系统连接的进样管内，接着，继续对进样管和与其连接的气体同位素质谱仪的进样管路抽真空；
(4)打破反应管，使得其内部的15N标记氮气释放至进样管中，并被引入到气体同位素质谱仪内；
(5)检测并记录质量数分别为28、29和30的相对强度，即可计算得到对应的硝酸或硝酸盐样品中的15N同位素丰度。


2.根据权利要求1所述的一种用于测定硝酸或硝酸盐15N同位素丰度的方法，其特征在于，步骤(1)中，5N标记的硝酸或硝酸盐样品为15N标记的硝酸或硝酸盐化学试剂、15N标记的生物样品、15N标记的土壤中的硝酸或硝酸盐或15N标记的水质样品中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述的一种用于测定硝酸或硝酸盐15N同位素丰度的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的氧化物为氧化镁、氧化铜、氧化铬、氧化钠、氧化钡、氧化铁、氧化钙、氧化铝或氧化锌中的一种或多种；
所述的还原剂为锌粉、铁粉、镁粉、铜粉、铬粉或铝粉中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的一种用于测定硝酸或硝酸盐15N同位素丰度的方法，其特征在于，步骤(1)中，当15N标记的硝酸或硝酸盐样品为液态样品时，其与氧化物、还原剂的添加量之比为(1-100)μL：(1-100)mg：(1-100)mg；

15N标记的硝酸盐样品为固态样品时，其与氧化物、还原剂的质量比为(1-100)mg：(1-100)mg：(1-100)mg。


5.根据权利要求1所述的一种用于测定硝酸或硝酸盐15N同位素丰度的方法，其特征在于，步骤(2)中，反应管内加热反应的温度为300-900℃，反应管材质为玻璃管或石英玻璃管，反应时间为0.5-8h。


6.根据权利要求1所述的一种用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：解龙，宋明鸣，雷雯，杜晓宁，姜永悦，李杰，周驰成，
申请(专利权)人：上海化工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31