反硝化細菌法生成的氧化亞氮氣體氮氧同位素分析儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一臺用于反硝化細菌法生成的氧化亞氮穩(wěn)定同位素富集分析儀。其特征是通過本裝置可以實現(xiàn)對反硝化細菌法生成的氧化亞氮氣體的富集、提純，除去氣體CO2和水汽和細菌反應(yīng)過程中生成的大量有機成分，避免了雜質(zhì)氣體進入質(zhì)譜對測試的影響；在實現(xiàn)對氧化亞氮氣體中δ18O/16O和δ15N/14N的分析測試同時，通過對氧化亞氮氣體的高溫裂解，導(dǎo)入氣體同位素質(zhì)譜儀實現(xiàn)對N2和O2的δ15N/14N和δ17O/16O或excess17O/16O和δ18O/16O分析測定。
【專利說明】
反硝化細菌法生成的氧化亞氮氣體氮氧同位素分析儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一臺反硝化細菌法生成的氧化亞氮氣體的氮氧同位素分析儀。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003] 反硝化細菌法測試技術(shù)是目前國際上先進的硝酸鹽氮氧同位素測試技術(shù)，體現(xiàn)在 常溫常壓下實現(xiàn)樣品NOf轉(zhuǎn)化為質(zhì)譜可測氣體N 20,可同時測試N20氣體的δ18〇/16〇和δ 15Ν/14Ν 同位素組成。其測試技術(shù)被廣泛應(yīng)用于土壤分析、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán) 境與可持續(xù)發(fā)展研究所，徐春英、李玉中等）。實驗過程包括細菌挑選和培養(yǎng)、樣品Ν0 31 ?；?Ν20、Ν20氣體升溫手動或在線提取與純化(用痕量氣體分析儀Trace Gas完成）、Ν20氣體的氮 氧穩(wěn)定同位素分析等環(huán)節(jié)。但這種方法只能測試Ν20中的δ 18〇/16〇和δ15Ν/14Ν，無法實現(xiàn)對硝 酸鹽樣品N(V的δ 17〇/16〇或excess170/160的分析測定。
[0004]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于上述，本發(fā)明在吸取前人經(jīng)驗基礎(chǔ)上，借鑒成熟的反硝化細菌法對硝酸鹽中 N2〇氣體提取技術(shù)，基于痕量氣體分析儀Trace Gas富集提純工作原理，提供一種反硝化細 菌法生成的氧化亞氮氣體氮氧同位素分析儀。其中反硝化細菌法的實驗過程主要有以下步 驟:戀反消化細菌挑選:挑選無 N20還原酶的反硝化細菌如綠針假單孢菌、致金色單孢菌等 進行復(fù)活復(fù)壯;:'f細菌培養(yǎng):使用胰蛋白大豆肉湯作為培養(yǎng)基對細菌培養(yǎng);(I)樣品N0廠轉(zhuǎn)化 為N 20:樣品注入培養(yǎng)好并濃縮后的菌液過夜反應(yīng)，并注入NaOH反應(yīng)瓶中吸收其中的C02后停 止細菌反應(yīng);Φ收集提取瓶中生成的N20氣體。本儀器正是利用反硝化細菌法生成的氧化亞 氮氣體對提取的N 20氣體進行再富集提純和分析，并且，同時兼顧N20氣體裂解分析雙重功能 的分析裝置，配合氣體同位素質(zhì)譜儀共同完成對硝酸鹽中氮氧穩(wěn)定同位素豐度δ 15Ν/14Ν、δ 170/160或 excess170/160和 δ18〇/16〇 的分析測定。
[0006] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的： 一種反硝化細菌法生成的氧化亞氮氣體氮氧同位素分析儀，主要包括:六通閥(Α)、六 通閥（Α)的六個接點：（&1、&2、&3、 &4、&5、&6)、六通閥（8)、六通閥（8)的六個接點：（131士2、 b3、b4、b5、b6)、He載氣（1)、電冷阱（2)、化學(xué)阱（3)、V0C阱（4)、樣品瓶（5)、液氮冷阱LN1 (6)、冷阱LN2(7)、色譜柱(8)、裂解爐(9)、色譜柱（10)、去水阱（11)、樣品氣的開始分流接口 (12)、氣體同位素質(zhì)譜儀（13)、取樣針（14)、參考氣〇2(15)、參考氣吣（16)、參考氣吣0(17)、 參考氣開式分流接口（18)， 六通閥(A)的六個接點：（al、a2、a3、a4、a5、a6)間切換有負載(load)和添加(inject)兩 種狀態(tài)：當(dāng)六通閥(A)處于負載（load)狀態(tài)時，六通閥(A)的接點(al、a6)、液氮冷阱LN1(6) 和六通閥(A)的接點(a3、a2)連接;六通閥(A)的接點(a5、a4)和冷阱LN2(7)連接;六通閥(A) 處于添加（inject)狀態(tài)時，六通閥（A)接點（a5)、（a6)、液氮冷阱LN1(6)和六通閥（A)接點 (33、&4)、冷阱1^2(7)連接;六通閥以)的接點(31、32)和￥0(：阱(4)連接。
[0007] 同樣，六通閥（B)的六個接點：（131士243士445士6)間切換有負載（1〇&(1)和添加 (inject)兩種狀態(tài)：當(dāng)六通閥(B)處于負載(load)狀態(tài)時，六通閥(B)的接點(b2、b3)、裂解 爐(9)、色譜柱（10)和六通閥（B)的接點（b6)、（bl)連接;六通閥（B)的接點（b4)、（b5)連接； 當(dāng)六通閥（B)處于添加（inject)狀態(tài)時，六通閥（B)接點（（b4)、（b3)、裂解爐（9)、色譜柱
[10] 、六通閥（8)的接點化6)、化5)連接;六通閥（8)的接點化2)、（131)分別和色譜柱(8)、去 水阱（11)連接。
[0008] 本發(fā)明的優(yōu)點是： 本發(fā)明可以實現(xiàn)對反硝化細菌法生成的氧化亞氮氣體的富集、提純，除去氣體c〇2和水 汽和細菌反應(yīng)過程中生成的大量有機成分，避免了雜質(zhì)氣體進入質(zhì)譜對測試的影響;在實 現(xiàn)對氧化亞氮氣體中s180/ 160和δ15Ν/14Ν的分析測試同時，通過對氧化亞氮氣體的高溫裂解， 可以實現(xiàn)對他和 〇2 的 δ15Ν/14Ν 和 δ17〇/16〇 或 excess17〇/16〇 和 δ18〇/16〇 分析。
[0009] 本發(fā)明原理簡單，結(jié)構(gòu)設(shè)計上集取樣、富集、提純、裂解、分離等功能于一體，使樣 品的測試流程簡單便捷，操作方便，可以有效的提高測試數(shù)值的準(zhǔn)確性，具有良好的使用和 推廣價值。
[0010]
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發(fā)明Ν20取樣富集狀態(tài)原理圖。
[0012] 圖2是本發(fā)明Ν20轉(zhuǎn)移富集分析狀態(tài)原理圖。
[0013]圖3是本發(fā)明Ν20裂解分析狀態(tài)原理圖。
[0014] 圖4是本發(fā)明參考氣體開式分流接口示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 本發(fā)明采用電冷阱2溫控范圍在-10°C - 100°C;化學(xué)阱3內(nèi)裝高氯酸鎂和堿石灰； V0C阱4放在酒精液氮中；色譜柱8為Plot-Q毛細管分離柱;裂解爐9為特制金金屬高溫裂解 爐;色譜柱10為5A分子篩分離柱;去水講11維持一路He載氣1;參考氣開式分流接口 18有參 考氣〇2 15、參考氣N2 16、參考氣N2017和He載氣1。
[0016] 下面，本發(fā)明提供完整的測試流程和各段氣流的壓力和流量參數(shù)，結(jié)合整套分析 儀的使用給出了關(guān)鍵的技術(shù)路線和說明書附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明： 如圖1-4所示，一種反硝化細菌法生成的氧化亞氮氣體氮氧同位素分析儀，主要包括六 通閥(A)、六通閥(A)的六個接點：（&1、32、33、34、&5、36)、六通閥（8)、六通閥（8)的六個接 點：（b 1、b2、b3、b4、b5、b6)、He載氣1、電冷阱2、化學(xué)阱3、V0C阱4、樣品瓶5、液氮冷阱LN16、 冷阱LN2 7、色譜柱8、裂解爐9、色譜柱10、去水阱11、樣品氣的開始分流接口 12、氣體同位素 質(zhì)譜儀13、取樣針14、參考氣02 15、參考氣N2 16、參考氣N20 17、參考氣開始分流接口 18。
[0017] 六通閥六）的六個接點（31、32、33、34、35、36)間和六通閥（8)的六個接點：（131、匕2、 匕344、&5、&6)間的切換都有負載（1〇&(1)和添加（;[11」6(31:)兩種狀態(tài)，通過六通閥(4)和六通 閥(B)間狀態(tài)的切換和組合能夠完成樣品的富集、提純、轉(zhuǎn)移、裂解和分析等功能。其連通狀 態(tài)和對應(yīng)分析過程如I)--辦)所示： I)N20氣體的取樣富集過程：在六通閥(A)的負載（load)狀態(tài)下，由反消化細菌法收 集在樣品瓶(5)中N20氣體在He載氣1攜帶下由插入樣品瓶5中的取樣針14流出，依次通過電 冷阱2、化學(xué)阱3、V0C阱4和六通閥(A)接點(a 1、a6)進入液氮冷阱LN1中冷凍存儲，其中未凍 結(jié)的雜氣由六通閥（A)接點（a3、a2)連通排出，完成N20氣體的取樣富集；另一路He載氣1通 過毛細管由六通閥(A)接點(a5、a4)進入，依次通過冷阱LN2 7、色譜柱8和六通閥(B)的接點 (b2)連接并維持此段管路的潔凈。
[0018] Π )Ν20氣體的轉(zhuǎn)移富集提純過程:在六通閥（A)的添加（inject)狀態(tài)下，一路He 載氣1通過毛細管由六通閥(A)接點(a5、a6)進入，通過升溫后的液氮冷阱LN1 6,將液氮冷 阱LN1 6中的N20樣品氣體轉(zhuǎn)移到冷阱LN2 7中凍結(jié)再提純富集，最后由色譜柱8和六通閥 (B)接點(b2)連通排出。
[0019] ΙΠ )Ν20氣體的δ15Ν/14Ν和δ18〇/ 16〇分析過程:在六通閥⑶的添加（inject)狀態(tài)下， 六通閥（B)的接點（b2、bl)連通，六通閥（B)接點（b2)通過色譜柱（8)和六通閥（A)的負載 (load)狀態(tài)接點(a4)連通，這時He載氣（1)通過六通閥(A)接點(a5、a4)進入，攜帶冷阱LN2 7升溫后的N 20氣體經(jīng)色譜柱8、，六通閥（B)接點（b2、bl)、去水阱（11)后進入樣品氣的開始 分流接口 12和氣體同位素質(zhì)譜儀13完成對N20氣體氮氧穩(wěn)定同位素的分析;一路He載氣1通 過毛細管由六通閥(B)的接點(b4)進入，依次由六通閥(B)的接點(b3)、裂解爐9、色譜柱10、 六通閥(B)的接點(b6、b5)連通后排出，維持系統(tǒng)管路潔凈。
[0020] Σ￥)Ν20氣體的裂解分析過程:在六通閥（B)的負載（load)狀態(tài)下，六通閥（B)的接 點(b2、b3 )、裂解爐9、色譜柱10和六通閥(B)的接點（b6、b 1)依次連通，一路He載氣1通過毛 細管由六通閥(A)接點（a5、a4)進入，攜帶冷阱LN2 7升溫后的N20氣體經(jīng)色譜柱8分離和六 通閥(B)的接點(b2、b3)連通進入裂解爐9高溫裂解，裂解后生成他和0 2氣體再經(jīng)色譜柱10分 離后由去水阱11除水后分別進入樣品氣的開始分流接口 12并和氣體同位素質(zhì)譜儀13,在線 完成對他和02氮氧穩(wěn)定同位素δ15Ν/ 14Ν和δ18〇/16〇、δ17〇/16〇分析；.六通閥⑶接點（b4、b5)連 通并有He載氣1流通。
【主權(quán)項】
1.一種應(yīng)用于反硝化細菌法生成的氧化亞氮穩(wěn)定同位素富集分析儀，六通閥(A)、六通 閥(A)的六個接點：（al、a2、a3、a4、a5、a6)、六通閥（B)、六通閥（B)的六個接點：（bl、b2、b3、 匕4士546)、他載氣（1)、電冷阱（2)、化學(xué)阱（3)、￥0(：阱(4)、樣品瓶(5)、液氮冷阱1^1(6)、冷 阱LN2(7)、色譜柱(8)、裂解爐(9)、色譜柱（10)、去水阱（11)、樣品氣的開始分流接口（12)、 氣體同位素質(zhì)譜儀（13)、取樣針（14)、參考氣0 2(15)、參考氣N2(16)、參考氣N20(17)、參考氣 開始分流接口（ 18)，其特征是： 六通閥(A)的六個接點：（a 1、a2、a3、a4、a5、a6)間切換有負載（load)和添加（inject): 當(dāng)六通閥（A)處于負載（1 oad)狀態(tài)時，由反消化細菌法收集在樣品瓶(5)中N20氣體在He載 氣（1)攜帶下由插入樣品瓶(5)中的取樣針（14)流出，依次通過電冷阱（2)、化學(xué)阱（3)、V0C 阱(4)和六通閥(A)接點(al )、（a6)進入液氮冷阱LN1中冷凍存儲，其中未凍結(jié)的雜氣由六通 閥（A)接點（a3、a2)連通排出，完成N20氣體的取樣富集；另一路He載氣（1)通過毛細管由六 通閥(A )接點（a5、a4 )進入，依次通過冷阱LN2 (7 )、色譜柱(8 )和六通閥（B )的接點（b 2)連接 并保持此段管路的潔凈； 在六通閥（A)的添加（inject)狀態(tài)時，一路He載氣（1)通過毛細管由六通閥（A)接點 (a5、a6)進入，通過升溫后的液氮冷阱LN1(6)，將液氮冷阱LN1(6)中的N20樣品氣體轉(zhuǎn)移到 冷阱LN2(7)中凍結(jié)再提純和富集，最后由色譜柱(8)和六通閥(B)接點(b2)連通排出； 六通閥（B)的六個接點：（1314243士44546)間切換有負載（1〇&(1)和添加（111」6(^) : 當(dāng)六通閥（B)的添加（inject)狀態(tài)時，六通閥（B)的接點（b2、bl)連通，六通閥（B)的接點 (b2)通過色譜柱（8)和六通閥（A)的負載（load)狀態(tài)連通，這時He載氣（1)通過六通閥（A) 接點(a5、a4)進入，攜帶冷阱LN2(7)升溫后的N 20氣體經(jīng)色譜柱(8)分離、六通閥(B)的接點 (b2、bl)、去水阱（11)去水后進入樣品氣的開始分流接口（12)和氣體同位素質(zhì)譜儀（13)完 成對N 20氣體氮氧穩(wěn)定同位素的分析;一路He載氣（1)通過毛細管由六通閥（B)的接點（b4) 進入，依次由六通閥（B)的接點（b3)、裂解爐(9)、色譜柱（10)、六通閥（B)的接點（b6、b5)連 通后排出，維持系統(tǒng)管路潔凈；；當(dāng)六通閥（B)處于負載（load)狀態(tài)時，六通閥（B)的接點 仏2 43)、裂解爐(9)、色譜柱（10)和六通閥（8)的接點化6、131)依次連通，六通閥(4)接點 (a5、a4)進入，攜帶冷阱LN2(7)升溫后的N 20氣體經(jīng)色譜柱(8)分離通過毛細管由六通閥(A) 接點(a5、a4)進入，攜帶冷阱LN2(7)升溫后的N 20氣體經(jīng)色譜柱(8)和六通閥（B)的接點（b2、 b3)連通進入裂解爐(9)高溫裂解，裂解后生成犯和02氣體再經(jīng)色譜柱（10)分離后由去水阱 (11)除水后分別進入樣品氣的開始分流接口（12)并和氣體同位素質(zhì)譜儀(13)，在線完成對 N2和02氮氧穩(wěn)定同位素 δ15Ν/14Ν和δ18〇/16〇、δ 17〇/16〇分析測定。
【文檔編號】G01N1/28GK105973671SQ201610510692
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月3日
【發(fā)明人】孫維貞, 余海棠, 王寧練, 武小波, 趙國輝
【申請人】中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所