一种氧化亚氮同位素δ15N的校正方法转让专利
申请号 : CN202010141814.2
文献号 : CN110988106B
文献日 : 2020-06-12
发明人 : 丁军军 , 李玉中 , 毛丽丽 , 李巧珍 , 徐春英
申请人 : 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所
摘要 :
本发明提供一种氧化亚氮气体同位素δ15N的校正方法。本发明利用致金色假单胞菌对四种标准硝酸盐或亚硝酸盐：USGS32，USGS34，IAEA‑NO‑3和RSIL‑N7373通过反硝化方法将硝酸盐（NO3‑）逐步还原为亚硝酸盐（NO2‑），一氧化氮（NO）和一氧化二氮（N2O），得到四种具有标准δ15Nbulk和δ15Nα值的参比N2O气体，将实测值与真值进行线性回归，得到校正方程，基于此，获得待测N2O样品的δ15Nα和δ15Nbulk，从而计算N2O气体的SP值。通过SP值可以了解N2O合成途径中N2O的来源，为大气中温室气体N2O的减排提供技术支撑。
权利要求 :
1.一种氧化亚氮气体同位素δ15N的校正方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）N2O标准气体的制备：配制四种同位素标准品溶液，所述四种同位素标准品为USGS-
32，USGS-34，IAEA-NO-3和RSIL-N7373；将致金色假单胞菌菌液分别加入四种同位素标准品溶液中，使硝酸盐完全转化为N2O，该N2O即为四种同位素标准品经反硝化菌致金色假单胞菌转化后产生的N2O标准气体；所述的四种同位素标准品溶液用蒸馏水配制，终浓度为0.1-
0.3mM；
（2）用同位素质谱仪测定N2O标准气体的同位素实测值δ15Nbulk和δ15Nα；
（3）将实测值与真值进行线性回归，得到校正方程；所述真值是指四种同位素标准品的δ15N值，其中USGS-32的δ15N值为180‰，USGS-34的δ15N值为-1.8‰，IAEA-NO-3的δ15N值为
4.7‰，RSIL-N7373的δ15N值为-79.6‰；
（4）将待测N2O气体同位素的实测值δ15Nbulk和δ15Nα代入校正方程中，实现对N2O气体同位
15
素δ N的校正。
2.根据权利要求1所述的校正方法，其特征在于，步骤（1）的四种同位素标准品溶液设置3-5个重复；步骤（1）中，致金色假单胞菌的菌液按照与同位素标准品溶液的体积比10:1-
20:1的比例分别加入四种同位素标准品溶液中，在密闭容器中培养8-16 h，在每个密闭容器中加入氢氧化钠溶液，以裂解细菌并终止反应。
3.根据权利要求2所述的校正方法，其特征在于，步骤（2）中，在同位素质谱仪配备5个接收模块，可进行m / z 44、45、46、30和31的同时测量从而允许对N2O+离子和碎片NO+离子进行耦合测量，达到了对N2O气体一次进样同时测定δ15Nbulk和δ15Nα的效果；所述N2O+离子为
44：N14-N14-O16；45：N15-N14-O16，N14-N15-O16，N14-N14-O17；46：N14-N14-O18；所述碎片NO+离子为
30：N14-O16；31：N15-O16，N14-O17。
4.根据权利要求1-3任一所述的校正方法，其特征在于，步骤（2）在利用同位素质谱仪测定过程中，待测气体通过-70℃的低温恒温槽装置去除烃类干扰物质，再进行N2O标准气体的同位素δ15Nbulk和δ15Nα实测值的测定。
5.根据权利要求1-3任一所述的校正方法，其特征在于，步骤（2）中，120 mL顶空瓶顶空时间500s，或，20 mL顶空瓶顶空时间150s；Precon捕集阱捕集后吹扫时间大于150s，以防止外源离子干扰。
6.根据权利要求1-3任一所述的校正方法，其特征在于，步骤（2） 同位素质谱仪的质谱离子源各参数为：发射电流：1.5mA；捕集电压：40V；电子能量：124 eV；提取比：95.04%；提取对称性：
0.02%；水平聚焦：39.61%；水平聚焦对称性：0.02%；水平偏离：72.28%；垂直偏离：20.17%；垂直偏离对称性：0.02%；聚焦四极比：-21.76%。
7.一种测量N2O气体的位嗜值SP的方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一所述的校正方法校正获得的待测N2O的δ15Nbulk和δ15Nα，根据公式（1）和公式（2），获得待测N2O的位嗜值SP；
所述公式（1）为δ15Nbulk=（δ15Nα+δ15Nβ）/ 2
15α 15β
所述公式（2）为SP =δ N - δ N。
8.权利要求1-6任一所述的校正方法或权利要求7所述的方法在辨析N2O产生的来源途径中的应用，从而通过调控其来源途径来减少环境中温室气体N2O的排放。
说明书 :
15
一种氧化亚氮同位素δ N的校正方法
技术领域
[0001] 本发明涉及气体同位素测定与校正技术领域，具体涉及一种氧化亚氮气体同位素δ15N的校正方法。
背景技术
[0002] 氧化亚氮（N2O）是一种重要的温室气体，既有温室效应也是参与臭氧破坏催化循环的一氧化氮（NO）的主要来源。虽然其大气丰度约为二氧化碳（CO2）的千分之一，但它的辐射效率大约是CO2的300倍，且在大气中停留时间长。上个世纪，N2O的大气浓度稳定地以每年
0.2-0.3％的速度增加，这种增加主要是由于农业扩张和集约化生产后导致的土壤有效氮
的增加。利用稳定同位素技术解析N2O同位素异构体对于了解N2O来源机理有重要帮助，从而为N2O减排提供理论依据。
0.2-0.3％的速度增加，这种增加主要是由于农业扩张和集约化生产后导致的土壤有效氮
的增加。利用稳定同位素技术解析N2O同位素异构体对于了解N2O来源机理有重要帮助，从而为N2O减排提供理论依据。
[0003] N2O具有两个不对称的N原子（N = N = O），N2O 分子是一种线形排布的分子，有两种主要的含有15N 原子的同位素异构体分子。中间为15N 的分子（14N15N16O）和末端为15N 的15 14 16 15α 15 β
分子（ N N O）分别被命名为 N 和 N 。对于N2O不同氮原子之间同位素值有如下定义：δ
15Nbulk=（δ15Nα+δ15Nβ）/ 2（1）；SP =δ15Nα - δ15Nβ（2）。其中SP值即位嗜值（Site preference，SP =δ15Nα-δ15Nβ），被定义为中心和末端N原子之间的15N富集差异。在N2O分子行成过程中，首先由NO-结合行成连二次硝酸盐（-O-N=N-O-）其中一个N-O键断裂行成N2O，另一个N-O键继续断裂行成N2。参与N2O产生的不同微生物过程（如硝化作用和反硝化作用），其参与的NO还原酶类型不同，会导致两个N原子位置15N的富集程度不同，使SP值产生差异，为利用SP值区分N2O的微生物过程来源提供了理论基础。采用同位素比率质谱仪测定N2O+和NO+的各自质
量比，得到δ15Nbulk和δ15Nα值，进而计算SP值。N2O气体SP值的确定对于区分N2O来源途径具有重要意义，进而为大气中温室气体N2O的减排提供技术支撑。N2O气体SP值的测定涉及到不同N原子位置的15N值，需要获取待测气体的δ15Nbulk和δ15Nα两种数值。关于δ15Nbulk数值的获取方式，现有技术已有报道，但主要涉及对水体样品中硝酸盐同位素检测，由于水体中硝酸盐同位素的检测只涉及硝酸盐总的N同位素值，即δ15Nbulk，而不涉及δ15Nα，不需要区分δ15Nbulk和δ15Nα值，因此水体样品中硝酸盐同位素检测方法不适用于N2O气体的同位素δ15N的检测。而单一的检测N2O气体的δ15Nbulk并不能定量的分析N2O产生的来源途径，只有通过δ15Nbulk和δ
15Nα的测定获取SP值，才能更好辨析N2O产生的来源途径，从而通过调控影响其来源途径的手段或技术来减少温室气体N2O的排放。
分子（ N N O）分别被命名为 N 和 N 。对于N2O不同氮原子之间同位素值有如下定义：δ
15Nbulk=（δ15Nα+δ15Nβ）/ 2（1）；SP =δ15Nα - δ15Nβ（2）。其中SP值即位嗜值（Site preference，SP =δ15Nα-δ15Nβ），被定义为中心和末端N原子之间的15N富集差异。在N2O分子行成过程中，首先由NO-结合行成连二次硝酸盐（-O-N=N-O-）其中一个N-O键断裂行成N2O，另一个N-O键继续断裂行成N2。参与N2O产生的不同微生物过程（如硝化作用和反硝化作用），其参与的NO还原酶类型不同，会导致两个N原子位置15N的富集程度不同，使SP值产生差异，为利用SP值区分N2O的微生物过程来源提供了理论基础。采用同位素比率质谱仪测定N2O+和NO+的各自质
量比，得到δ15Nbulk和δ15Nα值，进而计算SP值。N2O气体SP值的确定对于区分N2O来源途径具有重要意义，进而为大气中温室气体N2O的减排提供技术支撑。N2O气体SP值的测定涉及到不同N原子位置的15N值，需要获取待测气体的δ15Nbulk和δ15Nα两种数值。关于δ15Nbulk数值的获取方式，现有技术已有报道，但主要涉及对水体样品中硝酸盐同位素检测，由于水体中硝酸盐同位素的检测只涉及硝酸盐总的N同位素值，即δ15Nbulk，而不涉及δ15Nα，不需要区分δ15Nbulk和δ15Nα值，因此水体样品中硝酸盐同位素检测方法不适用于N2O气体的同位素δ15N的检测。而单一的检测N2O气体的δ15Nbulk并不能定量的分析N2O产生的来源途径，只有通过δ15Nbulk和δ
15Nα的测定获取SP值，才能更好辨析N2O产生的来源途径，从而通过调控影响其来源途径的手段或技术来减少温室气体N2O的排放。
[0004] 在实际测定N2O气体同位素δ15N过程中，需要对实测值进行校正。现有的校正方法是利用高温油浴热解法裂解NH4NO3产生N2O标准气体，该反应利用已知硝态氮-铵态氮同位素值的硝酸铵盐（15NH4-15NO3）经过高温裂解等步骤产生N2O气体，其N2O中α-N来源于NO3-，而β-N来源于NH4+，从而可以获取其裂解产生的N2O的δ15Nbulk和δ15Nα值，但由于该方法操作过程中，需要升高温度至225-230℃，且持续加热4-5天，整个操作过程复杂、消耗时间长、且有爆炸的危险，导致其存在耗能费时且危险等各方面不利于实际推广的不足。为弥补现有技术
方法的不足，本领域内迫切需要一种准确、省时、成本低的氧化亚氮气体同位素δ15N的校正方法。目前国内还未建立起N2O气体同位素值δ15N的精准测量和校正方法。
方法的不足，本领域内迫切需要一种准确、省时、成本低的氧化亚氮气体同位素δ15N的校正方法。目前国内还未建立起N2O气体同位素值δ15N的精准测量和校正方法。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种准确、省时、成本低、操作方便的氧化亚氮气体同位素δ15N的校正方法，以弥补现有技术的不足。
[0006] 致金色假单胞菌（Pseudomonas aureofaciens）是一种天然存在的反硝化菌，缺乏活性N2O还原酶（将N2O还原为N2的酶），所以该反硝化细菌参与的硝酸盐反硝化过程的终产物即N2O。以往研究表明在硝酸盐或亚硝酸盐还原过程中，该反硝化细菌产生的N2O的SP等于0。基于δ15Nbulk和SP的定义（公式1和2），申请人确定了δ15Nbulk和δ15Nα的关系：δ15Nbulk = δ15Nα-SP / 2，对于Pseudomonas aureofaciens介导的反硝化过程其N2O的SP值为0，即δ15Nα=δ
15Nbulk。而对SP值的精确测定建立在N2O气体样品一次进样同时测定δ15Nbulk和δ15Nα的基础上，若同一个样品两次进样则会导致误差增大而不利于确保数据的准确性。另外，测量仪器本身对N2O+和NO+的测定灵敏性不一样。通常情况下，质谱仪接收模块对于N2O+和NO+的捕捉能力不一样，因此需要外源标准气体对此分别进行校正。所以在本申请中，申请人制造了一系列标准N2O样品，用它的值对待测样品进行校正，否则测量仪器无法准确测量到N2O+和NO+
15 bulk 15α
的质量比，从而无法准确获取样品的δ N 和δ N值。
15Nbulk。而对SP值的精确测定建立在N2O气体样品一次进样同时测定δ15Nbulk和δ15Nα的基础上，若同一个样品两次进样则会导致误差增大而不利于确保数据的准确性。另外，测量仪器本身对N2O+和NO+的测定灵敏性不一样。通常情况下，质谱仪接收模块对于N2O+和NO+的捕捉能力不一样，因此需要外源标准气体对此分别进行校正。所以在本申请中，申请人制造了一系列标准N2O样品，用它的值对待测样品进行校正，否则测量仪器无法准确测量到N2O+和NO+
15 bulk 15α
的质量比，从而无法准确获取样品的δ N 和δ N值。
[0007] 本发明实施例应用的一台同位素质谱仪（Delta V Plus），通过升级装置和对检测参数的筛选，配备了5个接收模块，可进行m / z 44、45、46、30和31的同时测量，从而允许对N2O+离子（44：N14-N14-O16；45：N15-N14-O16，N14-N15-O16，N14-N14-O17；46：N14-N14-O18）和碎片NO+（30：N14-O16；31：N15-O16，N14-O17）离子进行耦合测量，达到了对N2O气体一次进样同时测定δ15Nbulk和δ15Nα的效果。
[0008] 另外发明人通过实验反复摸索，对仪器各参数进行了优化配置。包括N2O预浓缩装置（Precon）参数优化：利用空气、压缩空气、标准气体通过反复实验，确定120ML顶空瓶顶空时间500s，20ML顶空瓶顶空时间150s；Precon捕集阱捕集后吹扫时间150s以上，以防止外源离子干扰。稳定同位素质谱聚焦参数优化：通过多次实验，手动调节质谱离子源各参数，最终实现参考气的δ15Nbulk和δ15Nα的δ15N/14N的稳定性的标准偏差均低于0.06‰；参考气的δ
15Nbulk和δ15Nα的δ15N/14N其线性的标准偏差分别低于0.06‰/V和0.08‰/V。各参数如下：发射电流（Emission）：1.5mA；捕集电压(Trap)：40V；电子能量(Electron Energy：124 eV；提取比(Extraction)：95.04%；提取对称性(Extraction Symmetry)：0.02%；水平聚焦(X-
Focus)：39.61%；水平聚焦对称性(X-Focus Symmetry)：0.02%；水平偏离(X-Deflection)：
72.28%；垂直偏离(Y-Deflection)：20.17%；垂直偏离对称性(Y-Deflection Symmetry)：
0.02%；聚焦四极比(Focus quadrupole)：-21.76%。
15Nbulk和δ15Nα的δ15N/14N其线性的标准偏差分别低于0.06‰/V和0.08‰/V。各参数如下：发射电流（Emission）：1.5mA；捕集电压(Trap)：40V；电子能量(Electron Energy：124 eV；提取比(Extraction)：95.04%；提取对称性(Extraction Symmetry)：0.02%；水平聚焦(X-
Focus)：39.61%；水平聚焦对称性(X-Focus Symmetry)：0.02%；水平偏离(X-Deflection)：
72.28%；垂直偏离(Y-Deflection)：20.17%；垂直偏离对称性(Y-Deflection Symmetry)：
0.02%；聚焦四极比(Focus quadrupole)：-21.76%。
[0009] 通过上述设备升级、参数设定以及校正方法的建立，实现了对SP值的准确测定。另外，本发明通过引入多个国际标准硝酸盐物质，利用该反硝化细菌将标准物质转化产生的N2O气体，测定其δ15Nbulk及δ15Nα值，通过引入的标准物质的真值进行校正，从而达到精确测量的目的。
[0010] 基于上述原理和构思，本发明建立了一种N2O同位素δ15N的校正方法。该方法利用缺乏N2O还原酶的反硝化细菌致金色假单胞菌（Pseudomonas aureofaciens）及其产生的N2O的δ15Nα和δ15Nbulk之间的恒定关系，采用四种国际标准硝酸盐/亚硝酸盐，包括USGS32，USGS34，IAEA-NO-3和RSIL-N7373。通过反硝化方法将硝酸盐（NO3-）逐步还原为亚硝酸盐（NO2-），一氧化氮（NO）和一氧化二氮（N2O），得到四种具有标准δ15Nbulk和δ15Nα值的参比N2O气体，基于此校准，可以获得待测N2O样品的SP值。
[0011] 具体而言，本发明提供一种氧化亚氮气体同位素δ15N的校正方法，包括以下步骤：
[0012] （1）N2O标准气体的制备：配制四种同位素标准品溶液，所述四种同位素标准品为USGS-32，USGS-34，IAEA-NO-3和RSIL-N7373；将致金色假单胞菌菌液分别加入四种同位素标准品溶液中，在密闭容器中培养，使硝酸盐完全转化为N2O，该N2O即为四种同位素标准品经反硝化菌致金色假单胞菌转化后产生的N2O标准气体；
[0013] （2）测定N2O标准气体的同位素实测值δ15Nbulk和δ15Nα；
[0014] （3）将实测值与真值进行线性回归，得到校正方程；
[0015] （4）将待测N2O气体同位素的实测值δ15Nbulk和δ15Nα代入校正方程中，实现对N2O气体15
同位素δ N的校正。
同位素δ N的校正。
[0016] 本发明的校正方法中，致金色假单胞菌（Pseudomonas aureofaciens）菌液的制备方法是：将致金色假单胞菌在含有NO3-的TSB改良液体培养基中培养，TSB改良液体培养基配方：30 g/L胰蛋白胨大豆肉汤（TSB），含有10mM KNO3，7.5 mM （NH4）2SO4，36mM KH2PO4，体积440ml置于500ml容器中。连续培养5天后，取菌液加入磺胺进行显色反应，若菌液不变色，说明NO3-转化完全，离心浓缩后加入无NO3-的TSB液体改良培养基，进行后续阶段试验；所述无NO3-的TSB液体改良培养基配方：30g/L胰蛋白胨大豆肉汤，含有7.5 mM （NH4）2SO4，29mM K2HPO4。若菌液变色，则将菌液继续培养，分别于次日，再次日至培养第10日进行显色反应；
在此期间若不变色，则意味着获得能使硝酸盐转化完全的致金色假单胞菌；若培养超过10
天的菌液仍变色则弃之，不用。
在此期间若不变色，则意味着获得能使硝酸盐转化完全的致金色假单胞菌；若培养超过10
天的菌液仍变色则弃之，不用。
[0017] 本发明的校正方法中，致金色假单胞菌（Pseudomonas aureofaciens）菌液采用摇床培养方式进行，摇床转速为150-170 rpm。优选地，摇床转速为160 rpm。
[0018] 步骤（1）所述的四种同位素标准品溶液用蒸馏水配制，终浓度为0.1-0.3 mM；优选地终浓度为0.15 mM。
[0019] 步骤（1）的四种同位素标准品溶液设置3-5个重复；步骤（1）中，致金色假单胞菌的菌液按照与同位素标准品溶液的体积比10:1-20:1的比例分别加入四种同位素标准品溶液中，在密闭容器中培养8-16 h，在每个密闭容器中加入氢氧化钠溶液，以裂解细菌并终止反应。
[0020] 在本发明的实施例中，在每个20ml的密闭容器中添加0.2ml 10 M氢氧化钠溶液，以裂解细菌并终止反应。
[0021] 在本发明提供的校正方法的步骤（2）中，在同位素质谱仪配备5个接收模块，可进+ 14 14 16 15 14 16行m / z 44、45、46、30和31的同时测量从而允许对N2O离子（44：N -N -O ；45：N -N -O ，N14-N15-O16，N14-N14-O17；46：N14-N14-O18）和碎片NO+离子（30：N14-O16；31：N15-O16，N14-O17）进行耦合测量，达到了对N2O气体一次进样同时测定δ15Nbulk和δ15Nα的效果。
[0022] 在本发明的实施例中，利用痕量气体分析仪-同位素比质谱仪（Delta V Plus）测定N2O同位素值。本发明实施例应用的一台同位素质谱仪测定时，在进样过程中，应用了改进的进样针（已获得实用新型专利证书，见实用新型专利申请号ZL201721044899.2），该进样针结构简单成本低廉，且能够有效防止进样堵塞，提高进样效率，并具有良好的密封性。
[0023] 本发明的实施例中，步骤（2）在气体顶空进样过程中，本专利方法添加了低温恒温槽装置（-70℃，SP SCIENTIFIC, Multi-Cool系列低温恒温槽MC4/880）去除烃类等干扰物质，用于吸附与去除烃类等干扰物质，提高N2O同位素值测试的准确性和精度。
[0024] 本发明校正方法的步骤（2）中，发明人对仪器各参数进行了优化配置。包括N2O预浓缩装置（Precon）参数优化：利用空气、压缩空气、标准气体通过反复实验，确定120ML顶空瓶顶空时间500s，20ML顶空瓶顶空时间150s；Precon捕集阱捕集后吹扫时间150s以上，以防止外源离子干扰。稳定同位素质谱聚焦参数优化：手动调节质谱离子源各参数，最终实现参15 bulk 15 α 15 14 15 bulk 15
考气的δ N 和δ N的δ N/ N的稳定性的标准偏差均低于0.06‰；参考气的δ N 和δ N
α的δ15N/14N其线性的标准偏差分别低于0.06‰/V和0.08‰/V。各参数如下：发射电流
（Emission）：1.5mA；捕集电压(Trap)：40V；电子能量(Electron Energy：124 eV；提取比(Extraction)：95.04%；提取对称性(Extraction Symmetry)：0.02%；水平聚焦(X-Focus)：
39.61%；水平聚焦对称性(X-Focus Symmetry)：0.02%；水平偏离(X-Deflection)：72.28%；
垂直偏离(Y-Deflection)：20.17%；垂直偏离对称性(Y-Deflection Symmetry)：0.02%；聚焦四极比(Focus quadrupole)：-21.76%。
考气的δ N 和δ N的δ N/ N的稳定性的标准偏差均低于0.06‰；参考气的δ N 和δ N
α的δ15N/14N其线性的标准偏差分别低于0.06‰/V和0.08‰/V。各参数如下：发射电流
（Emission）：1.5mA；捕集电压(Trap)：40V；电子能量(Electron Energy：124 eV；提取比(Extraction)：95.04%；提取对称性(Extraction Symmetry)：0.02%；水平聚焦(X-Focus)：
39.61%；水平聚焦对称性(X-Focus Symmetry)：0.02%；水平偏离(X-Deflection)：72.28%；
垂直偏离(Y-Deflection)：20.17%；垂直偏离对称性(Y-Deflection Symmetry)：0.02%；聚焦四极比(Focus quadrupole)：-21.76%。
[0025] 本发明校正方法中，步骤（3）所述真值是指四种同位素标准品的δ15N值，其中USGS-15 15 15
32的δ N值为180‰，USGS-34的δ N值为-1.8‰，IAEA-NO-3的δ N值为4.7‰，RSIL-N7373的δ15N值为-79.6‰。
32的δ N值为180‰，USGS-34的δ N值为-1.8‰，IAEA-NO-3的δ N值为4.7‰，RSIL-N7373的δ15N值为-79.6‰。
[0026] 本发明的实施例中，步骤（3）得到的校正方程分别为：
[0027] ybulk=1.0285xbulk-0.6523，yα=1.1392xα-1.9311（其中xbulk和xα为测量值，ybulk和yα为校正值），该校正方法对于上述仪器和仪器参数的情况下是通用的。
[0028] 基于本发明提供的氧化亚氮同位素校正方法，本发明还提供了一种测量N2O的SP值的方法，采用本发明所述的校正方法校正获得的待测N2O的δ15Nbulk和δ15Nα，根据公式（1）和公式（2），获得待测N2O的SP值；
[0029] 所述公式（1）为δ15Nbulk=（δ15Nα+δ15Nβ）/ 2
[0030] 所述公式（2）为SP =δ15Nα - δ15Nβ。
[0031] 本发明提供了所述的校正方法或上述的测量N2O的SP值的方法可应用在环境中N2O减排控制工作中。
[0032] 本发明利用致金色假单胞菌（Pseudomonas aureofaciens）对四种标准硝酸盐或亚硝酸盐：USGS32，USGS34，IAEA-NO-3和RSIL-N7373通过反硝化方法将硝酸盐（NO3-）逐步还原为亚硝酸盐（NO2-），一氧化氮（NO）和一氧化二氮（N2O），得到四种具有标准δ15Nbulk和δ15Nα值的参比N2O气体，将实测值与真值进行线性回归，得到校正方程，基于此校准，获得待测N2O样品的δ15Nα和δ15Nbulk，从而计算N2O气体的SP值。通过SP值可以了解N2O合成途径中N2O的来源，为大气中温室气体N2O的减排提供技术支撑。
具体实施方式
[0033] 以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0034] 需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发
明进行各种修改和替换。
明进行各种修改和替换。
[0035] 下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
[0036] 下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。致金色假单胞菌（Pseudomonas aureofaciens）购自ATCC，编号：ATTC no. 13985。四种标准物质USGS-32，USGS-34，IAEA-NO-3和RSIL-N7373购自USGS/Reston Stable Isotope Laboratory。
[0037] 实施例1 氧化亚氮气体同位素δ15N的校正方法
[0038] （1）反硝化细菌致金色假单胞菌（Pseudomonas aureofaciens）的培养及培养液检测
[0039] 对致金色假单胞菌（Pseudomonas aureofaciens）培养，培养基的配方为：30 g/L胰蛋白胨大豆肉汤琼脂（TSB），10mM KNO3，7.5 mM (NH4)2SO4，36mM KH2PO4，440ml培养基置于500ml容器中。另外，摇床的转速进行了改进，改成160 rpm，发现该转速更适合该细菌生长，培养周期5-10天。经过5天的连续培养后，取1ml菌液加入磺胺进行显色反应，若菌液不变色，说明NO3-转化完全，可以进行后续阶段试验。若变色，则将培养瓶封口继续置于摇床上培养，分别于第6、7、8、9、10天进行显色反应。在此期间若不变色，则可进行后续操作，离心后分装。若变色，超过10天的培养瓶则弃之，不用。
[0040] （2）N2O标准气体制备
[0041] 引入四种国际认可的标准物质USGS-32（δ15N为180‰），USGS-34（δ15N为-1.8‰），IAEA-NO-3（δ15N为4.7‰）和RSIL-N7373（δ15N为-79.6‰），四种标准物质涵盖了足够宽的δ15N值范围，扩展了N2O气体的δ15N的校正范围，满足了N2O气体样品的δ15N测定范围。用蒸馏水将4种同位素标准品配成标准溶液，终浓度为0.15mM，每个标准液4个重复。将标准样品通过注射器注入每个反硝化细菌小瓶中（20ml），致金色假单胞菌菌液3ml，标准品0.3ml，过夜培养，使硝酸盐完全转化为N2O。过夜培养后，将0.2 mL 10 M氢氧化钠注入每个顶空瓶（20ml）中，以裂解细菌并终止反应。
[0042] （3）N2O气体同位素值δ15Nα和δ15Nbulk的测定
[0043] 利用痕量气体分析仪-同位素比质谱仪（Delta V Plus）测定N2O同位素值。本实施例应用的一台同位素质谱仪（Delta V Plus）配备了5个接收模块，可进行m / z 44、45、46、30和31的同时测量，从而允许对N2O+离子（44：N14-N14-O16；45：N15-N14-O16，N14-N15-O16，N14-N14-O17；46：N14-N14-O18）和碎片NO+（30：N14-O16；31：N15-O16，N14-O17）离子进行耦合测量，达到了对N2O气体一次进样同时测定δ15Nbulk和δ15Nα的效果，提高了对δ15Nbulk和δ15Nα测定的精准性。
[0044] 通过实验反复摸索，对仪器各参数进行了优化配置。包括N2O预浓缩装置（Precon）参数优化：利用空气、压缩空气、标准气体通过反复实验，确定120ML顶空瓶顶空时间500s，20ML顶空瓶顶空时间150s；Precon捕集阱捕集后吹扫时间150s以上，以防止外源离子干扰。
[0045] 稳定同位素质谱聚焦参数优化：通过多次实验，手动调节质谱离子源各参数，最终实现参考气的δ15Nbulk和δ15Nα的δ15N/14N的稳定性的标准偏差均低于0.06‰；参考气的δ15Nbulk和δ15Nα的δ15N/14N其线性的标准偏差分别低于0.06‰/V和0.08‰/V。各参数如下：发射电流（Emission）：1.5mA；捕集电压(Trap)：40V；电子能量(Electron Energy：124 eV；提取比(Extraction)：95.04%；提取对称性(Extraction Symmetry)：0.02%；水平聚焦(X-
Focus)：39.61%；水平聚焦对称性(X-Focus Symmetry)：0.02%；水平偏离(X-Deflection)：
72.28%；垂直偏离(Y-Deflection)：20.17%；垂直偏离对称性(Y-Deflection Symmetry)：
0.02%；聚焦四极比(Focus quadrupole)：-21.76%。
Focus)：39.61%；水平聚焦对称性(X-Focus Symmetry)：0.02%；水平偏离(X-Deflection)：
72.28%；垂直偏离(Y-Deflection)：20.17%；垂直偏离对称性(Y-Deflection Symmetry)：
0.02%；聚焦四极比(Focus quadrupole)：-21.76%。
[0046] 另外，在进样过程中，本实施例应用了改进的进样针，见实用新型申请号ZL201721044899.2，该进样针结构简单成本低廉，且能够有效防止进样堵塞，提高进样效
率，并具有良好的密封性。在气体顶空进样过程中，本实施例添加了低温恒温槽装置（-70℃，SP SCIENTIFIC, Multi-Cool系列低温恒温槽MC4/880）去除烃类等干扰物质，用于吸附与去除烃类等干扰物质，提高N2O同位素值测试的准确性和精度。
率，并具有良好的密封性。在气体顶空进样过程中，本实施例添加了低温恒温槽装置（-70℃，SP SCIENTIFIC, Multi-Cool系列低温恒温槽MC4/880）去除烃类等干扰物质，用于吸附与去除烃类等干扰物质，提高N2O同位素值测试的准确性和精度。
[0047] 经测量，得到四种国际标准硝酸盐物质经反硝化细菌转化后获得的N2O气体的δ15Nbulk和δ15Nα值（表1）。
[0048]
[0049] （4）N2O气体同位素δ15Nbulk和δ15Nα值标准校正曲线的比较与建立
[0050] 根据测量的四种国际标准硝酸盐物质经反硝化细菌转化后获得的N2O气体的δ15Nbulk和δ15Nα值（表1），利用四种标准物质的真值：USGS-32其δ15N为180‰，IAEA-NO-3其δ15N为4.7‰，USGS-34其δ15N为-1.8‰，RSIL-N7373其δ15N为-79.6‰。将实测值与真值进行线性回归，得到δ15Nbulk和δ15Nα值的校正方程。通过与原有常用校正物质组合比较，发现我们所用bulk bulk
四种标准物质构建的校正方程最优，其校正范围大，线性稳定。分别为：y =1.0285x -
0.6523，yα=1.1392xα-1.9311（其中xbulk和xα为测量值，ybulk和yα为校正值），其R值均高达
0.999，表明矫正曲线线性良好。
四种标准物质构建的校正方程最优，其校正范围大，线性稳定。分别为：y =1.0285x -
0.6523，yα=1.1392xα-1.9311（其中xbulk和xα为测量值，ybulk和yα为校正值），其R值均高达
0.999，表明矫正曲线线性良好。
[0051] 不同标准物质校正方程比较：
[0052] USGS-32+ IAEA-NO-3：该两种物质构建的方程线性良好，但校正范围仅限于4.7‰至180‰，而实际测样过程中N2O样品的值小于4.7‰的占很大比例，对于大部分待测样品起不到校正效果。
[0053] USGS-32+ IAEA-NO-3+USGS-34：该三种标准物质构建的方程线性良好，但其缺点同上：校正范围仅限于-1.8‰至180‰，而实际测样过程中N2O样品的值小于-1.8‰的占很
大比例，对于这部分样品则起不到校正效果。
大比例，对于这部分样品则起不到校正效果。
[0054] USGS-32+ IAEA-NO-3+USGS-34+ RSIL-N7373：该四种标准物质构建的方程线性良好，且校正范围-79.6‰至180‰，满足N2O样品测定的需求范围，所以该案例选取此四种标准物质用于校正方程的构建。其中RSIL-N7373为标记的亚硝酸盐（NaNO2），较其他三种标准物质相比，由于其易被氧化，不稳定，储存需要避光低温（-20℃），且配置过程需要迅速，称量要精准，导致RSIL-N7373作为标准物质应用于气体检测的校正存在实际操作方面的困
难。另外，RSIL-N7373的浓度影响后期测定精准度，经过发明人反复试验摸索，发现上述四种标准物质的浓度均在0.1-0.3 mM才能达到校正的准确性，其误差范围小于0.2‰，校正效果最好。例如发明人实验发现，如果RSIL-N7373的浓度为0.1mM以下，或0.3mM以上，则误差范围达到2‰以上，这不利于检测结果的准确性要求。因此本发明选择RSIL-N7373作为标准物质的终浓度为0.1-0.3 mM。
难。另外，RSIL-N7373的浓度影响后期测定精准度，经过发明人反复试验摸索，发现上述四种标准物质的浓度均在0.1-0.3 mM才能达到校正的准确性，其误差范围小于0.2‰，校正效果最好。例如发明人实验发现，如果RSIL-N7373的浓度为0.1mM以下，或0.3mM以上，则误差范围达到2‰以上，这不利于检测结果的准确性要求。因此本发明选择RSIL-N7373作为标准物质的终浓度为0.1-0.3 mM。
[0055] （5）矫正曲线可靠性评估
[0056] 由于对流层空气中N2O的长寿命特点及其在全球范围内的扩散导致的匀质性，使得对流层N2O的SP值较为稳定，可以用于验证N2O同位素值测量的准确性。通过采集我国北京市10个对流层空气样本，根据上述测量及校正过程获取其SP值（表2），得到北京市对流层空气的SP平均值为17.6±1.5‰，这与国际上两例获取的对流层空气的SP值18.7‰±2.2‰和
19.8‰±2.1‰非常接近，表明本实施例确定的校正曲线的可靠性。
19.8‰±2.1‰非常接近，表明本实施例确定的校正曲线的可靠性。
[0057]
[0058] 虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因
此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。