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我校周友平教授团队在同位素分析方法中取得重要进展

2020-08-20 00:19 文、图/化工学院 王波 点击:[]

我校化学与化工学院周友平教授领导的天然产物稳定同位素组学(Isotopomics in Chemical Biology, ICB)团队,通过近3年的努力,首次建立了同时分析硝酸盐和亚硝酸盐δ18O和δ15N的新方法。相关成果发表在自然指数期刊Analytical Chemistry上,我校青年教师王波博士为论文的第一编辑,课题组硕士生郑帅和黄燕分别为论文的第二和第三编辑(Wanget al., 2020; Analytical Chemistry;https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.0c01403),自然资源部第三海洋研究所为参与单位。

硝酸盐和亚硝酸盐的N和O同位素组成(δ18O和δ15N)是研究动植物氮元素代谢和大气(光)化学过程的重要手段。目前,分析硝酸盐和亚硝酸盐δ18O和δ15N的方法主要有:离子交换法、细菌反硝化法、镉/叠氮或三氯化钛还原法。它们具有以下缺点:1)样品用量大,处理步骤冗长;2)无法应用于海水等含盐度高的样品,或含有重金属等会毒害反硝化细菌的样品;3)使用的化学试剂叠氮化钠具有爆炸性且剧毒;4)无法消除硝酸盐和亚硝酸盐之间相互干扰的问题;5)将硝酸盐和亚硝酸盐转化为N2O的过程中不但会引起部分氧原子丢失,还会引入外部氮原子,结果造成氮和氧同位素分馏;6)δ18O分析严重依赖反应体系的pH值,分析对象N2O中的O原子有一部分与反应体系中的O原子发生同位素交换。

针对上述方法存在的问题,ICB团队创新性地将无机硝酸盐和亚硝酸盐,以无同位素交换、丢失和获得的方式,几乎定量地转化为有机物(硝酸酯和硝基烷烃),并充分利用气相色谱(GC)的分离功能,在气相/热解/气相/同位素比质谱(GC/Pyrolysis/GC/IRMS)联用仪上成功实现了同时分析硝酸盐和亚硝酸盐的δ18O和δ15N(见下图)。该方法灵敏度高、操作简单、适用于各种类型样品;同时,有望实现样品分析的自动化。

该方法基于新的设计思路实现了含氧阴离子(如硝酸盐和亚硝酸盐)的O和N同位素组成的测定:利用有机物替代无机气体或固体(如N2O或AgNO3),作为分析对象,在GC/Pyrolysis/GC/IRMS仪器上实现多组分、多元素的同位素分析;替代了传统基于EA/IRMS或者GasBench/IRMS平台的单组份、单同位素分析方法。由于硝酸盐和亚硝酸盐O和N同位素分析在地球化学、环境科学以及生态学等领域具有广泛且重要的应用,具有多重优势的新方法有望替代过去二十年间广泛使用的传统方法,成为主流分析技术。

该成果得到了科技部重点研发计划项目(编号:2018YFE0206400)、国家自然科学基金面上项目(编号:41773032和41973072)等项目的资助。

有机酯法分析硝酸盐和亚硝酸盐氮、氧同位素过程示意图

(核稿:邵亮 编辑:杜杨)

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