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同位素质谱分析(七)
【来源/作者】周世红 【更新日期】2018-04-08

对植物及其它生物样品,分析所需的样品量可酌情减少。与酸消煮的时间,在消煮液呈清亮后再继续消煮2h。

先检查半微量蒸汽蒸馏器是否漏气,并加水空蒸馏一次洗净蒸馏器,待消煮液冷却后,用少量无离子水将消煮液定量地转移到蒸馏器内,并用水洗涤凯氏瓶4次一5次(总用水量不超过30mL~35 mL)。于150 mL锥形瓶中,加入5mL硼酸一指示剂溶液,放在冷凝管末端,管口直插硼酸液面下。然后向蒸馏室内缓缓加入20mL氢氧化钠溶液,通入蒸汽进行热汽蒸馏。待馏出液体积达40 mL时,停止蒸馏。用少量无离子水冲洗冷凝管的末端。

用硫酸标准溶液(试剂5)滴定馏出液,颜色由绿色至洋红色为终点,记录所用酸标准溶液的体积(mL)。空白测定所用酸标准溶液的体积,一般不得超过0.4mL。

(4)结果计算

式中: ω(N)——土壤全氮的质量分数,%;

V——滴定试液时所用去的酸标准溶液的体积,mL;

V0——滴定空白时所用去的酸标准溶液的体积,mL;

CH——酸标准溶液的浓度,mol·L-1;

14——氮原子的摩尔质量g·mol-1

10-3——将mL换算成L的系数;

m——土壤样品质量,g。

在经滴定至终点,测定过全氮质量分数的溶液中,加入6滴硫酸溶液进行酸化,置于沸水浴中浓缩至干,待反应气化。

(5)注意事项

①在分析氮同位素比值时,可用多种方法将不同形态的氮素转变成铵和分离铵。方法的选择一般取决于分析样品中硝态氮和亚硝态氮的含量,以及这两种氮素在分析中的意义。

②用水蒸汽蒸馏的办法,应定量地将消煮液中的铵分离出来,并收集在硼酸一指示剂溶液中。蒸馏时间不足,铵的分离不完全,将产生同位素分馏现象,影响氮同位素比值的测量。

③经酸滴定过的含铵的棚酸一指示剂溶液放置在室温中的时间不能超过2d以上,因为放久后样品中滋生微生物。另外,应将样品保存在带塞的瓶子中,以免样品受大气中氨的污染。一般将含铵的样品溶液先行酸化,并浓缩至很小的体积后置于冰箱中保存。

3、铵转化成氮气

在真空条件下,用次溴酸钠处理含铵样品,将铵氧化成供质谱分析用的氮气。其反应式如下:

2NH4++3NaOBrt⇔3NaBr+3H2O+N2

由于至今没有适合的办法吸收和转移N2,所以将钱转化成氮气的反应必须在与质谱计联用的真空气化装置中进行。图48-11是一种和同位素质谱计相连接的真空气化装置。该装置真空性能良好,基本上消除了漏气的影响,同时也减少了所需的样品氮量。

在次溴酸盐的氧化反应中,应注意下列3个问题:首先,所用次溴酸盐溶液必须过量,确保样品铵完全被氧化成氮气,否则将出现同位素的分馏效应。其次,此反应过程中会形成少量氮的氧化物,例如NO和N2O。另外碱中的碳酸盐遇酸会生成CO2,这是杂质气体将干扰同位素质谱分析,必须设置液氮冷阱使之消除。最后,应防止空气氮对样品N2的污染,确保反应瓶和其他接口处不漏入空气。

一般建议,供次溴酸钠氧化的样品应含有2mg的铵态氮,其体积不得超过3mL。因此,通常要将含铵的溶液进行浓缩。浓缩时,溶液中应含有一定的酸量,以防止浓缩过程中按遭损失,但加入酸量不宜太多,否则在用次溴酸钠处理浓缩样品时会生成澳(Br- +OBr- +2H+→H2O+Br2)。

(1)试剂

①次溴酸钠-碘化钾溶液:溶解200g氢氧化钠于300 mL无离子水中,将溶液置于冰中冷却。取一半溶液移至500 mL锥形瓶中,将其浸埋在碎冰内,并在30 min时间内加入60mL溴。加溴时应剧烈地搅拌溶液,同时应控制加入的速度,以使溶液的温度不超过5oC,当溴加完后,再加入另一半的氢氧化钠溶液,搅拌混合后塞紧瓶塞,置于冰箱中保存1d。在滤去冷藏过程中形成的大量的溴化钠沉淀后,用等体积的碘化钾〔p(K1)=2g·L-1]稀释,并将次溴酸钠一碘化钾溶液置于带塞的棕色试剂瓶内放于冰箱中贮存。此溶液1 mL可使5 mg左右的铵态氮氧化成氮气;

②液氮,一196oC。

(2)仪器与设备

与质谱计相连接的15N真空气化装置;带14#玻璃标准磨口的梨形反应瓶;杜瓦瓶,烘箱。

(3)分析步骤

吸取约含2mg铵态氮的样品溶液置于梨形反应瓶中,放入80oC烘箱中浓缩至干。将盛有样品的梨形瓶装在真空气化装置上,打开活塞A,抽反应瓶内的真空。然后缓缓旋转活塞B,慢慢地加入次溴酸钠溶液。当氮气停止发生时,将反应瓶浸埋在液氮杜瓦瓶中,以冻结水燕气和次溴酸钠氧化过程中所产生的杂质气体。最后由质谱计测定氮气样品中15N的丰度。

(4)注意事项

①真空气化装置和梨形反应瓶的真空性能严重影响15N分析的准确度。在次溴酸钠反应前后,应尽量避免将抽成真空的反应瓶放宜时间过长。如果在反应瓶抽过真空以后,立即进行次溴酸盐的氧化反应,并尽快地把产生的氮气送入质谱计中,就可获得较好的结果。

②在样品的浓缩过程中,应避免铵的挥发损失。如果有铵的损失,不但使样品中的氮量不够质潜分析,而且在铵的挥发损失过程中出现的同位家分馏现象使测得的氮同位素比值是虚假的结果。

参考资料:土壤农业化学分析方法

相关链接:

同位素质谱分析(一)

同位素质谱分析(二)

同位素质谱分析(三)

同位素质谱分析(四)

同位素质谱分析(五)

同位素质谱分析(六)


【关键词】质谱仪,电感耦合,同位素质谱,国家标准物质网 

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