[发明专利]一种利用化学转化法测定水体氮、氧同位素的预处理方法

说明书

技术领域

本发明属于水体测量的技术领域，具体涉及一种利用化学转化法测定水体氮、氧同位素的预处理方法。 

背景技术

人类活动引起生物圈和水圈中氮浓度升高，带来一系列的环境问题，如湖泊、河流及沿海地区水体的富营养化，脆弱环境的酸化以及饮用水质的恶化。硝酸盐是氮污染物在淡水水体中主要存在形式。近年来由于农业化肥的过量使用，生活污水和动物粪便的大量排放，使得淡水水体中的硝酸盐含量高于正常水平，对人体产生潜在的健康威胁。由于硝酸盐的来源很多，循环过程非常复杂，因而识别水体中硝酸盐的来源和了解氮循环的潜在过程是氮污染物治理的关键环节。许多的研究实例表明，水体硝酸氮的氮、氧同位素组成不仅是确定硝酸氮来源的有力工具，用于描述硝酸氮在陆地和水生生态系统中的来源及其变化，也能够为研究氮的转化过程（如同化、硝化和反硝化）提供线索。研究简单快速的水体硝酸盐氮、氧同位素分析方法具有非常重要的意义。 

目前常用的测定淡水系统中溶解性硝酸盐中的氮和氧同位素组成主要有3种方法。第一种方法为离子交换法，于2000年由S.R. Silva提出，主要步骤是先利用阴阳离子树脂交换法对水样中的硝酸盐进行浓缩，然后加入氧化银去除其它阴离子，将水体中溶解硝酸盐转化成AgNO₃溶液，将AgNO₃溶液冷冻干燥制成所需要的AgNO₃固体，最后上机测试水样氮氧同位素的组成。该方法有很高的精确度和灵敏度，但所需要采集的水样量非常大，制备过程中需要的树脂和氧化银非常昂贵。第二种方法为细菌反硝化法，于2001年由D. M. Sigman提出，该方法的基本原理是：向水样中加入缺乏N₂O还原酶活性的反硝化细菌，在反硝化细菌的作用下，水中的硝酸根全部转化为N₂O气体，将分离纯化出的N₂O气体直接送入气体质谱计中测试氮、氧同位素组成。该方法上机前的预处理时间需要2-3天，远短于离子交换法，但细菌的生长时间很长，细菌的培养容易受到水样毒性的影响，如重金属和农药等。第三种方法为化学转化法，于2005年由Matthew R. McIlvin提出，该方法采首先是用氯化镉溶液和锌片，制备海绵镉，与水样按比例混合震荡反应12小时，在弱碱性条件下将水样中的NO₃^-还原成NO₂^-，然后加入20%的醋酸和2M的叠氮化钠混合溶液，将NO₂^-还原成N₂O，直接送入气体质谱计中测试氮、氧同位素组成。该方法的实验准备时间更短，预处理时间需要1天， 需要很少的水样量(需氮总量低至0.5微克)，水体中其它高浓度的离子以及毒性物质对实验结果没有干扰，其主要缺点是醋酸-叠氮化钠溶液产生的叠氮化氢具有毒性。到目前为止，利用离子交换法和细菌反硝化测定水体硝酸盐氮、氧同位素在国内已有部分研究，而化学转化法没有成功的报道。 

发明内容

本发明旨在解决上述现在技术中存的问题，提出了一种利用化学转化法测定水体氮、氧同位素的预处理方法。 

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是： 

一种利用化学转化法测定水体氮、氧同位素的预处理方法，包括以下步骤：

（1）将待测水样加入到装有镀铜镉粒的还原柱中，然后将洗脱液加入到所述还原柱中进行洗脱，并收集收集液，其中，洗脱液为10克/升、pH值为8-9的氯化铵缓冲溶液，待测水样的进样时间为20-40秒，洗脱液的洗脱时间为60-120秒，流速均为12-18毫升/分钟；

（2）抽取收集液中总量不低于0.2微克氮的亚硝酸盐溶液于一顶空瓶中，抽至真空，注入高纯氦气恢复瓶内压力至一个标准大气压，然后注入1毫升无N₂O的醋酸-叠氮化钠混合溶液，反应20分钟，最后用加入1毫升6M的氢氧化钠溶液中止反应，即得氧化亚氮气体，待送入气体质谱仪中测试氮、氧同位素组成。

优选的，所述步骤（1）中，当待测水样的硝酸盐氮浓度高于1毫克/升时，用去离子水稀释至1毫克/升。优选，pH值为8.5的氯化铵缓冲溶液。 

优选的，所述步骤（1）反应柱中镀铜镉粒的制备：取直径为1mm的镉粒，用2mol/L盐酸溶液洗涤，除去表面氧化层，弃去酸液，用水洗至中性，加入100mL 10g/L硫酸铜溶液振摇3-6min，弃去废液，用去离子水清洗，通过此步骤制备出还原性较强的镀铜镉粒。