[发明专利]一种基于化学转化的大气气溶胶中铵态氮同位素比值测定方法

说明书

本发明公开了一种基于化学转化的大气气溶胶中铵态氮同位素比值测定方法，包括：离子色谱分析大气气溶胶样品NH₄⁺的质量浓度；用超声振荡仪过滤、萃取样品形成0.25μgNH₄⁺/ml的溶液；碱性次溴酸盐将NH₄⁺氧化成NO₂^‑；pH＜0.3条件下盐酸羟胺将NO₂^‑还原成N₂O；Precon+GasBench II+IRMS联用测定N₂O氮同位素比值；建立标准曲线，计算大气气溶胶样品NH₄⁺的氮同位素比值。本发明方法结果准确性高，重复十次精确度达到0.05‰。

技术领域

本发明涉及一种大气气溶胶中铵盐的氮同位素比值测定的化学转化方法，精确度达到0.05‰，实现了对大气气溶胶样品中铵盐氮同位素比值的准确测定。

背景技术

随着我国经济社会短时间内的快速发展，灰霾现象日益严重，持续的灰霾天气事件通常伴随着非常高浓度的细颗粒物(PM_2.5)。灰霾天气对于人体健康、环境质量和气候变化等有着重要影响。大气中含量最丰富的碱性气体——氨气(NH₃)，因其极易与硫酸(H₂SO₄)和硝酸(HNO₃)等中和反应，生成硫酸铵、硫酸氢铵和硝酸铵为主体的二次无机气溶胶污染物，被认为是我国灰霾污染的重要成因之一[Griffith,S.M.；Huang,X.H.H.；Louie,P.K.K.；Yu,J.Z.Characterizing the thermodynamic and chemical compositionfactors controlling PM2.5nitrate:Insights gained from two yearsofonlinemeasurements in Hong Kong.Atmos.Environ.2015,122,864-875]。硫酸铵和硝酸铵等铵盐作为PM_2.5中主要的化学组分，与有机气溶胶相比具有更高的吸湿性和更强的消光作用，这使其在灰霾形成过程中发挥了更大的作用[韦莲芳，杨复沫，谭吉华，等.大气气溶胶消光性质的研究进展[J].环境化学，2014，33(5):705-715]。研究表明，不同排放源的铵盐存在较大的不同，因而通过测定大气气溶胶中铵盐的值可以了解铵盐在大气中的形成、转化过程，并进行溯源。

过去常规的测定铵盐值的方法主要是杜马法(Dumas)，即将从固体或者液体样品中提取出来，再通过与元素分析仪连用的质谱仪(EA-IRMS)将燃烧氧化为N₂从而测定¹⁵N的同位素比值[温腾，曹亚澄，等.微扩散法测定铵态氮、硝态氮的15N稳定同位素研究综述[J].土壤，2016，48(4)：634-640]。而过去常规的将NH₄⁺从样品中提取出来的方法主要有：氨蒸馏法，氨扩散法和离子交换法。

大气颗粒物样品由于受天气过程等影响，基底成分复杂[李亲凯，杨周，黄俊.大气颗粒物稳定同位素组成研究进展[J].生态学杂志，2016,35(4)：1063-1071]，铵盐含量变化范围较大。清洁天气时铵盐浓度很低，受到大气中N₂的污染，通过燃烧氧化转变为N₂测定同位素比值的传统方法对于低含量的样品并不适用。而N₂O作为大气中的痕量气体，又不容易与其他物质发生反应，更加适合于作为质谱分析物，对于浓度较低的样品研究者们提出了新的检测分析技术，即化学转化法来测定铵态氮的同位素比值[Zhang,L.；Altabet,M.A.；Wu,T.；Hadas,O.Sensitive Measurement ofNH4+15N/14N(δ15NH4+)atNatural Abundance Levels in Fresh and SaltwatersAnal.Chem.2007,79,5297-5303]。

发明内容