氮气-15N2的制备与定量

背景技术

稳定同位素标准物质是统一同位素测量的基础，用于校正质谱仪器、评价测量方法准确度以及实验室质量控制。在氮循环研究中，双标记氮气-15N2可用于反硝化作用测定、氮气排放通量计算等关键应用。

目前，市售的氮气稳定同位素标准物质主要以¹⁴N¹⁴N和¹⁴N¹⁵N为主，针对氮气-15N2（质量数30）的液体标样较少。现有制备方法存在以下问题：（1）传统方法需要收集气体、转移、加压溶解等多步操作，过程中易发生氮气逃逸，导致定量不准确；（2）气体收集装置复杂，需要冷阱纯化、气体转移等步骤，操作繁琐；（3）缺乏原位、实时、在线的定量方法，无法快速制备系列浓度标样。本文针对上述问题，提供一种简便、准确、无需气体收集的原位定量方法。

制备与定量

（1）脱气水制备：将高纯水在真空条件下（≤0.1Pa）煮沸脱气30分钟，或通入高纯氦气鼓泡脱气2小时，使本底溶解N2浓度降至0.01μmol/L以下。通过MIMS测定m/z 28信号确认本底合格。

（2）¹⁵N标记氯化铵母液配制：称取¹⁵N丰度≥98atom%的¹⁵N标记氯化铵，用脱气水配制浓度为100mmol/L的¹⁵NH4Cl母液，密封保存于4℃，使用时用微量注射器吸取。

（3）次氯酸钠工作液配制：标定市售次氯酸钠溶液的有效氯浓度，用脱气水稀释至0.5mol/L，现用现配，避光保存，通过调整注入体积来控制有效氯与铵根的摩尔比为1.5:1。

（4）缓冲液（可选）：为稳定反应体系的pH值，可配制0.05M磷酸盐缓冲液，用氢氧化钠调节pH至8.0~8.5，使用前充分脱气。

（5）反应瓶准备与反应启动：取洁净密闭反应瓶（50mL），完全充满脱气水或磷酸盐缓冲液（pH=8.0~8.5），用微量注射器通过隔膜注入一定体积的¹⁵NH4Cl母液，再注入计算量的次氯酸钠工作液（Cl:N摩尔比=1.5:1），确保瓶内无气泡，振荡30min，维持温度25℃。 反应式如下：

（6）原位MIMS检测：反应完成后，MIMS连续取样，记录m/z 30（氮气-15N2）信号随时间变化。当信号稳定后（约5分钟），记录稳态信号强度。同时监测m/z 53（NH2Cl）、m/z 85（NHCl2 ）和m/z 88（NCl3）信号[1]。

（7）按下式计算氮气-15N2的真实浓度：

参考文献

[1] 广州同位素环境有限公司. 一种水中溶解双标记氮气（15N2）标准样品的制备及定量方法:CN202610594291.4[P]. 2026-05-29.