一種微量硝酸鹽樣品的氮氧同位素測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種氮氧同位素測量裝置，進一步地說，是涉及一種微量硝酸鹽 樣品的氮氧同位素測量裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著同位素地球化學的發(fā)展，氮、氧同位素開始廣泛運用到各個領域，水圈、巖石 圈及大氣圈。硝酸鹽中氮氧同位素組成可以為識別硝酸鹽的來源提供直接的手段。
[0003] 細菌反硝化法是目前同時分析天然水中硝酸鹽氮、氧同位素組成的最新方法之 一。細菌反硝化法是利用天然存在的無還原酶活性的反硝化細菌將NCV轉(zhuǎn)化為氣體N2O,再 以隊0作為質(zhì)譜分析氣體，分析其中的S 15N和S 18〇,省去了復雜的樣品前處理，縮短了分析 時間，降低了分析成本，并且所需樣品量少，是較先進的硝酸鹽氮、氧同位素測試方法。
[0004] 目前，采用細菌反硝化法將NCV轉(zhuǎn)化為氣體N 20,使用氣體預濃縮裝置與質(zhì)譜聯(lián)用 測定硝酸鹽氮、氧同位素所需的最低樣品量（NO3O為10_20nmol (Sigman et al.，2001)。然 而，自然界中硝酸鹽樣品如雨水、雪水、地下水等含量較低，多數(shù)不能達到該實驗樣品量要 求，使得天然水和大氣氣溶膠中的硝酸鹽氮、氧同位素分析受到限制。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 為解決現(xiàn)有技術中出現(xiàn)的問題，本實用新型提供了一種微量硝酸鹽樣品的氮氧同 位素測量裝置。通過對該氣體預濃縮裝置進行了適當?shù)母倪M，將反硝化獲得的N 2O氣體全 部富集后進行質(zhì)譜測定。以最大程度地減少樣品用量，進而實現(xiàn)高精度測定微量硝酸鹽樣 品的氮、氧同位素。
[0006] 本實用新型的目的是提供一種微量硝酸鹽樣品的氮氧同位素測量裝置。
[0007] 包括：
[0008] 自動進樣器、氣體預濃縮裝置、色譜柱和質(zhì)譜儀；
[0009] 所述氣體預濃縮裝置包括：第一冷阱、第二冷阱、第三冷阱、第四冷阱和六通閥；
[0010] 第一冷阱和第二冷阱串聯(lián)，第二冷阱連接六通閥的端口 1;第三冷阱分別連接六 通閥的端口 2和端口 5 ;第四冷阱一端連接六通閥的端口 3, 一端連接色譜柱；
[0011] 自動進樣器連接第一冷阱。
[0012] 色譜柱和質(zhì)譜儀之間設置有去水阱。
[0013] 第一、二、三、四冷阱的采用管徑為1/16〃_1/4〃的不銹鋼管。
[0014] 第一冷阱浸入無水乙醇與干冰混合物中；
[0015] 第二冷阱中填入涂有苯乙烯-二乙烯基苯聚合物的多孔層質(zhì)開口管柱填料 (PoraPLOT Q) (50~80目，3cm長），浸入乙二醇與干冰混合物中；乙二醇與干冰混合物的 溫度在-10至-20度之間。
[0016] 第三、第四冷阱浸入到液氮中；
[0017] 富集樣品時，六通閥的連接狀態(tài)為：
[0018] 端口 1和端口 6聯(lián)通，端口 5和端口 4聯(lián)通；端口 2和端口 3聯(lián)通；
[0019] 進行檢測時，六通閥的連接狀態(tài)為：
[0020] 端口 1和端口 2聯(lián)通；端口 3和端口 4聯(lián)通；端口 5和端口 6聯(lián)通。
[0021] 具體技術方案如下：
[0022] 現(xiàn)有技術是采用氣密針抽取部分反硝化后的氣體注入到PreCon氣體預濃縮裝置 (Thermo Fisher Scientific, Bremen, Germany)中，待測氣體經(jīng)高氯酸鎂和石棉燒堿去水 和CO2后富集到圖1中的T3冷阱，然后轉(zhuǎn)移到T4冷阱進一步純化后經(jīng)色譜分離進入質(zhì)譜進 行測定。而我們是采用自動進樣器將全部反硝化后的氣體富集起來，在這一過程中，反硝化 過程中產(chǎn)生的有機氣體同時全部進入到PreCon氣體預濃縮裝置中。由于我們的樣品用量 較小，有機氣體的存在嚴重地影響了氮、氧同位素的測定結果。為此，我們對氣體預濃縮裝 置進行了改進，使細菌反硝化獲得的混合氣體（包括N 20、有機氣體、0)2和水汽等）在進入 T3和T4冷阱富集之前依次通過兩個冷阱（Tl和T2,見圖1)，目的是有效去除混雜在氧化亞 氮氣體中的水汽、CO 2和有機氣體，純化待測的氧化亞氮氣體，提高氮氧同位素的測試精度。 具體如下：
[0023] 使用GC PAL自動進樣器（CTC Analytics AG, Switzerland)以高純氦氣為載氣將 細菌反硝化反應產(chǎn)物引入PreCon氣體預濃縮裝置，混合氣體經(jīng)高氯酸鎂和石棉燒堿后去 CO 2和水汽，之后依次通過兩個功能冷阱（Tl、T2)和兩個富集純化冷阱（T3、T4)，再經(jīng)過氣 相色譜（GC)分離后進入質(zhì)譜測定。冷阱Tl (1/16"不銹鋼管）管路設計成螺紋狀，無填料， 浸入無水乙醇與干冰混合物中，用于除去樣品中的H2OXO 2及部分有機氣體；冷阱T2 (1/4"U 型不銹鋼管）中填入PoraPLOT Q (50~80目，3cm長），浸入乙二醇與干冰混合物（_20°C ) 中，在此溫度下，冷阱可有效地吸附全部有機質(zhì)，而N2O和CO2可以緩慢通過。氣體通過Tl和 T2兩個冷阱之后再通過六通閥富集到浸入液氮的T3冷阱中，之后再經(jīng)過六通閥自動切換， 將T3冷阱中的N 2O和極少量的CO2轉(zhuǎn)移富集到T4冷阱中，經(jīng)富集純化的氣體最后通過色譜 (PoraPLOT Q熔融石英柱，25m*0. 32mm，70°C )，進一步將N2O與殘存在樣品中CO2分離，最 后經(jīng)Nafion 水講去水后經(jīng)GP 引入MAT 253 (Thermo Fisher Scientific, Bremen, Germany) 進行質(zhì)譜測定。Tl和T2冷阱可以有效地去除樣品中的C02、H20及一些有機雜質(zhì)氣體，提高 被測N 2O氣體的純度和氮氧同位素結果精度（表1)，從而達到減少樣品用量的目的。經(jīng)改 進后，所需樣品量（NCV)降低為I. 25nmol，僅為現(xiàn)有技術的最低用量的1/8。
[0024] 本實用新型解決了以往使用氣體預濃縮裝置測定硝酸鹽樣品中氮、氧同位素時對 樣品含量要求較高的限制，通過對氣體預濃縮裝置的改進，實現(xiàn)了對微量硝酸鹽樣品的高 精度氮、氧同位素測定。
【附圖說明】
[0025] 圖1本實用新型的裝置示意圖
[0026] 附圖標記說明：
[0027] 11-自動進樣器；12-氣體預濃縮裝置；13-六通閥；14-色譜柱；15-質(zhì)譜儀；
[0028] 16-去水阱；Tl-第一冷阱；T2-第二冷阱；T3-第三冷阱；T4-第四冷阱。
【具體實施方式】
[0029] 下面結合實施例，進一步說明本實用新型。
[0030] 實施例
[0031] 如圖1所示，一種微量硝酸鹽樣品的氮氧同位素測量裝置。
[0032] 包括：自動進樣器11、氣體預濃縮裝置12、色譜柱14和質(zhì)譜儀15 ;
[0033] 所述氣體預濃縮裝置包括：第一冷阱T1、第二冷阱T2、第三冷阱T3、第四冷阱T4 和六通閥13 ;
[0034] 第一冷阱Tl和第二冷阱T2串聯(lián)，第二冷阱T2連接六通閥13的端口 1 ;第三冷阱 T3分別連接六通閥13的端口 2和端口 5 ;第四冷阱T4 一端連接六通閥13的端口 3, 一端 連接色譜柱14 ;
[0035] 自動進樣器11連接第一冷阱Tl。
[0036] 色譜柱14和質(zhì)譜儀15之間設置有去水阱16。
[0037] 第一、三、四冷阱的管徑為1/16〃，第二冷阱的管徑為1/4〃，均為不銹鋼管。
[0038] 第一冷阱浸入無水乙醇與干冰混合物中；
[0039] 第二冷阱中填入PoraPLOTQ(50~80目，3cm長），浸入乙二醇與干冰混合物中； 乙二醇與干冰混合物的溫度為-20度。
[0040] 第三、第四冷阱浸入到液氮中；
[0041] 富集樣品時，六通閥的連接狀態(tài)為：
[0042] 端口 1和端口 6聯(lián)通，端口 5和端口 4聯(lián)通；端口 2和端口 3聯(lián)通；
[0043] 進行檢測時，六通閥的連接狀態(tài)為：
[0044] 端口 1和端口 2聯(lián)通；端口 3和端口 4聯(lián)通；端口 5和端口 6聯(lián)通。
[0045] 采用本實施例的裝置進行氮氧同位素的測試數(shù)據(jù)見表1 ;
[0046] 采用現(xiàn)有的測量方法測量的數(shù)據(jù)見表1.
[0047] 表 1
【主權項】
1. 一種微量硝酸鹽樣品的氮氧同位素測量裝置，其特征在于所述測量裝置包括： 自動進樣器、氣體預濃縮裝置、色譜柱和質(zhì)譜儀； 所述氣體預濃縮裝置包括：第一冷阱、第二冷阱、第三冷阱、第四冷阱和六通閥； 第一冷阱和第二冷阱串聯(lián)，第二冷阱連接六通閥的端口 1;第三冷阱分別連接六通閥 的端口 2和端口 5 ;第四冷阱一端連接六通閥的端口 3, 一端連接色譜柱； 自動進樣器連接第一冷阱。
2. 如權利要求1所述的微量硝酸鹽樣品的氮氧同位素測量裝置，其特征在于： 色譜柱和質(zhì)譜儀之間設置有去水阱。
3. 如權利要求1所述的微量硝酸鹽樣品的氮氧同位素測量裝置，其特征在于： 第一、二、三、四冷阱采用管徑為1/16〃-1/4〃的不銹鋼管。
4. 如權利要求3所述的微量硝酸鹽樣品的氮氧同位素測量裝置，其特征在于： 第一冷阱浸入無水乙醇與干冰混合物中； 第二冷阱中填入涂有苯乙烯-二乙烯基苯聚合物的多孔層質(zhì)開口管柱填料，浸入乙二 醇與干冰混合物中； 第三、第四冷阱浸入到液氮中；
5. 如權利要求4所述的微量硝酸鹽樣品的氮氧同位素測量裝置，其特征在于： 富集樣品時，六通閥的連接狀態(tài)為： 端口 1和端口 6聯(lián)通，端口 5和端口 4聯(lián)通；端口 2和端口 3聯(lián)通；進行檢測時，六通閥 的連接狀態(tài)為： 端口 1和端口 2聯(lián)通；端口 3和端口 4聯(lián)通；端口 5和端口 6聯(lián)通。
【專利摘要】本實用新型公開了一種微量硝酸鹽樣品的氮氧同位素測量裝置。包括:自動進樣器、氣體預濃縮裝置、色譜柱和質(zhì)譜儀；所述氣體預濃縮裝置包括：第一冷阱、第二冷阱、第三冷阱、第四冷阱和六通閥；第一冷阱和第二冷阱串聯(lián)，第二冷阱連接六通閥的端口1；第三冷阱分別連接六通閥的端口2和端口5；第四冷阱一端連接六通閥的端口3，一端連接色譜柱；自動進樣器連接第一冷阱。本實用新型解決了以往使用氣體預濃縮裝置測定硝酸鹽樣品中氮、氧同位素時對樣品含量要求較高的限制，通過對氣體預濃縮裝置的改進，實現(xiàn)了對微量硝酸鹽樣品的高精度氮、氧同位素測定。
【IPC分類】G01N30-02, G01N30-08
【公開號】CN204389453
【申請?zhí)枴緾N201420871024
【發(fā)明人】秦燕, 范昌福, 胡斌, 李延河, 田有榮
【申請人】中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2014年12月31日