EA2Conflo2IRMS联机系统的燃烧转化率漂移及其对氮、碳同位素比值测定的影响

　　目前,元素分析仪2同位素比值质谱(EA2Conflo2IRMS)在线联机系统已经在地球科学、生态学、医疗卫生、食品工业等诸多领域得到了广泛的应用。该联机系统的特点是可以快速、准确地测定固体或液体(如原油)样品的碳、氮同位素比值[1]。关于该联机设备的仪器组成、原理和方法已经在前人的文章中得到了很好的介绍[124]。而且,该仪器在测定植物组分、湖泊和海洋沉积物、悬浮颗粒物及土壤等样品碳、氮同位素方面的结果都能达到较好的精确度[528]。前人的这些研究为EA2Conflo2IRMS联机系统更好的应用和发展提供了宝贵的经验和成果。然而,关于EA2Conflo2IRMS联机系统状态的稳定性的研究和讨论却很少。研究EA2Conflo2IRMS联机系统状态的稳定性十分重要,因为它决定着所测量同位素数据的重现性和准确性。本文对该联机系统的稳定性进行研究,以填补这方面的空白。

　　EA2Conflo2IRMS联机系统状态的稳定性基本上取决于以下两个方面:一是同位素质谱仪的系统稳定性,它受到几何参数和电气参数的影响;鉴于刘文贵[9]已在这方面进行了较为详尽的研究,本文不再讨论。另一方面是元素分析仪的系统稳定性,主要表现在仪器燃烧转化效率的波动,其影响因素有燃烧的样品量大小、氧化管上部样品残渣(灰烬)的多少、氧化管和还原管中填料的消耗情况等多个方面。鉴于前两个影响因素比较容易得到控制(如采用适当的样品量和定期对氧化管中的燃烧灰烬进行清理),本文将着重讨论随着反应器中填料的消耗该仪器燃烧转化效率长期变化的规律,同时也揭示了碳、氮同位素比值测定结果与燃烧转化效率的关系。最后,我们为消除元素分析仪器燃烧转化效率变化所带来的影响提供了可行的方法。

　　1　实验部分

　　1.1　主要仪器

　　EA2Conflo2IRMS联机系统由三部分组成,即Flash EA 1112型元素分析仪(意大利CarloErba公司)、MAT 253同位素比值质谱(美国Thermo Finnigan公司)和ConfloIII连续流装置(美国Thermo Finnigan公司)。

　　被测样品在锡舟紧密包裹下送入氧化炉中,在过氧环境下瞬间高温(约1 800℃)燃烧,形成的碳、氮、氧、硫各成分混合气体在高纯氦气的运载下经还原转化成二氧化碳和氮气,然后由色谱柱分离,依次通过分流接口进入同位素比值质谱进行检测。采用高纯氮气(99.999%)和二氧化碳气体(99.999%)作为参考标准测定氮、碳同位素比值。

　　MAT253是最新设计的气体同位素比值质谱计,可以高精度测量13C/12C、15N/14N和18O/16O比值。它的高灵敏度和宽线性范围能够保证精确测量微量样品的同位素比值。该仪器的特点是其放大器有50 V的动态线性范围,可以在较宽的比值范围内进行精确测定,如对高C/N比值的样品进行氮、碳同位素比值的同时测定。