(高清版)GBT 42490-2023 土壤質量 土壤與生物樣品中有機碳含量與碳同位素比值、全氮含量與氮同位素比值的測定 穩(wěn)定同位素比值質譜法

土壤質量土壤與生物樣品中有機碳含量與碳同位素比值、全氮含量與氮同位素比值的測定穩(wěn)定同位素比值質譜法nitrogenofsoilandbiologicalsamples—Stableisotoperati2023-03-17發(fā)布I前言 12規(guī)范性引用文件 13術語和定義 14縮略語 25原理 26試劑與材料 27儀器與設備 28試驗步驟 3 410測定結果的精密度 511質量保證和控制 6附錄A(資料性)標準物質 7參考文獻 8Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由中華人民共和國農業(yè)農村部提出。本文件由全國土壤質量標準化技術委員會(SAC/TC404)歸口。本文件起草單位：中國科學院南京土壤研究所、中國科學院城市環(huán)境研究所、中國科學院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所、南京師范大學、上海交通大學、北京科薈測試技術有限公司、江蘇省質量和標準化研究院。1土壤質量土壤與生物樣品中有機碳含量與碳同位素比值、全氮含量與氮同位素比值的測定穩(wěn)定同位素比值質譜法1范圍本文件描述了使用元素分析-穩(wěn)定同位素比值質譜聯(lián)用儀(EA-IRMS)測定土壤與生物樣品(植物、動物、微生物)中有機碳含量與碳同位素比值、全氮含量與氮同位素比值的方法。本文件適用于土壤與生物樣品中有機碳和全氮含量的測定，也適用于非標記(自然豐度)和示蹤試驗(fiac≤30%,fisx≤30%)的土壤與生物樣品中有機碳和全氮的碳、氮同位素比值測定。本文件測定土壤與生物樣品中有機碳、全氮含量和碳、氮同位素比值的定量限(以絕對碳、氮量計):2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T6379.2測量方法與結果的準確度(正確度與精密度)第2部分：確定標準測量方法重復性與再現(xiàn)性的基本方法GB/T6682分析實驗室用水規(guī)格和試驗方法GB/T37847—2019同位素組成質譜分析方法通則GB/T37885化學試劑分類3術語和定義GB/T37847—2019界定的以及下列術語和定義適用于本文件。具有相同質子數、不同中子數(或不同質量數)的同一元素的不同原子。同位素比isotoperatio兩種同位素的摩爾數或原子個數、離子個數的數量比。同位素豐度isotopeabundance同位素原子數量在該元素總原子數量中所占的百分比。注：同位素豐度用百分數(%)表示。同位素組成isotopecomposition以原子百分比表示的某元素中各同位素所占的比例，且它們的總和等于1。2注1:同位素組成用豐度表示，也用比值或δ值表示。注2:δ值是指質譜分析給出的樣品的同位素比值對標準樣品的比值的相對差值，用千分數(‰)表示。4縮略語下列縮略語適用于本文件。EA-IRMS:元素分析-穩(wěn)定同位素比值質譜聯(lián)用儀(ElementalAnalyzer-IsotopeRatioMassSpec-trometer)。VPDB:維也納-PeeDee箭石(ViennaPeeDeeBelemnite)。土壤或生物樣品置于元素分析儀中，在高純氧氛圍下閃燃。樣品中的有機碳和全氮在高溫爐中氧化劑和還原劑的氧化還原作用下分別轉化為二氧化碳和氮氣。產生的二氧化碳和氮氣經過純化、分離，進入同位素比值質譜儀。通過對應質荷比(m/x)(二氧化碳：質荷比為44和45;氮氣：質荷比為28和29)的離子流強度得到樣品有機碳和全氮的碳、氮穩(wěn)定同位素比值，并根據質譜峰面積得到樣品有機碳和全氮的含量。6試劑與材料除非另有規(guī)定，分析時均使用符合GB/T37885的分析純試劑。6.3還原劑：根據儀器類型進行選擇(如銅絲)。6.4吸附劑(化學阱填料):根據儀器類型和測試項目進行選擇(如高氯酸鎂、燒堿石棉)。6.6鹽酸[c(HCl)=6mol/L]:量取25mL濃鹽酸，用去離子水稀釋至50mL。6.7氦氣(He):純度(摩爾分數)不小于99.999%。6.8氧氣(O?):純度(摩爾分數)不小于99.999%。6.9二氧化碳(CO?):純度(摩爾分數)不小于99.999%,并用碳同位素有證標準物質標定其碳同位素6.10氮氣(N?):純度(摩爾分數)不小于99.999%,并用氮同位素有證標準物質標定其氮同位素比7.1EA-IRMS:元素分析儀配備氧化還原爐或氧化、還原雙爐，并通過接口與質譜儀相連；質譜儀帶有萬用三杯，以連續(xù)流模式進行測定，分析的內精度應優(yōu)于0.06%。7.5烘箱。38試驗步驟8.1土壤和生物樣品的制備土壤樣品：取適量的風干土樣(總量不應少于20g)于研磨機中研磨，使之全部通過100目(孔徑0.149mm)篩，混合均勻后備用。若土壤樣品中含有細小的植物根系，應先通過靜電作用去除，再研磨過100目篩。若土壤樣品中含有無機碳，需在分析前去除無機碳。經過去除無機碳處理的土壤在計算土壤有機碳含量時需要進行質量校正。準確稱取研磨后的土壤樣品5g,精確到0.1mg,置于錐形瓶中，加入20mL鹽酸(6.6)溶液浸泡48h,酸浸泡時用玻璃棒攪拌，直至無二氧化碳氣體冒出，再用去離子水反復沖洗酸化后的樣品，至pH為6.5～7.5為止，離心去除上清液后，樣品在70℃下烘干，冷卻干燥至室溫后，準確稱量，精確到0.1mg。按照公式(1)計算土壤樣品質量校正系數Km。烘干后的土壤樣品再次研磨，使之全部通過100目篩備用。式中：m?——含有無機碳的土壤鹽酸處理后樣品質量，單位為毫克(mg);m?——含有無機碳的土壤鹽酸處理前樣品質量，單位為毫克(mg)。生物樣品：取適量烘干的生物樣品(總量不應少于2g),用粉碎機粉碎，使樣品全部通過60目(孔徑0.25mm)篩，混合均勻后在避光、干燥環(huán)境下保存?zhèn)溆?。在稱取前應置于70℃下干燥18h。8.2分析樣品的稱取測定有機碳含量及碳同位素比值：準確稱取樣品，土壤樣品2mg～5mg,精確到0.001mg;生物樣品0.1mg～0.3mg,精確到0.001mg(含碳30μg～50μg)。測定全氮含量及氮同位素比值：準確稱取樣品，土壤樣品10mg～50mg,精確到0.001mg;植物樣品2mg～3.5mg,精確到0.001mg;其他生物樣品(動物、微生物)約0.2mg,精確到0.001mg(含氮將樣品放入錫杯(6.5)中并緊密包裹成小球狀，并按樣品依次編號備用。8.3測定8.3.1儀器準備8.3.1.1儀器穩(wěn)定性檢查連續(xù)測定10次相同進樣量的參比氣體(6.9或6.10),同位素比值測定結果(δ)的標準偏差應不大于0.06‰。8.3.1.2儀器線性檢查連續(xù)測定10個進樣量梯度的參比氣體(6.9或6.10),線性系數應不大于0.06‰/V(或0.06‰/nA)。8.3.1.3參數元素分析儀參數元素分析儀參數按照儀器說明書設定或者參考以下設定：——氧化爐溫度：1020℃;——還原爐溫度：680℃;4GB/T42490—20238.3.2分析序列在儀器的工作軟件上編輯分析序列。新建的分析序列應包括樣品編號、稱樣量、相應的樣品類型和測試方法。序列中樣品編輯順序依次為：儀器空白、錫杯空白、標準物質和待測樣品。通常每10個待測樣品應插入一個標準物質，以便對儀器工作狀態(tài)進行監(jiān)控。8.3.3樣品分析將準確稱量的樣品放入自動進樣盤中，按照編輯的分析序列開始樣品分析。儀器工作軟件會根據離子流信號，自動計算并給出樣品有機碳、全氮含量和碳、氮同位素比值的測量結果。9計算9.1土壤和生物樣品有機碳、全氮含量的計算土壤和生物樣品有機碳、全氮含量是以一個標準物質作為參比物質，然后利用質譜峰面積比值進行 (2)式中：ws?——待測樣品有機碳或氮的質量分數，%;msr——參比物質稱樣量，單位為毫克(mg);wsr——標準樣品有機碳或氮的質量分數，%;AsA——待測樣品質譜峰面積；Km——土壤樣品質量校正系數；msA——待測樣品稱樣量，單位為毫克(mg);Asr——標準樣品質譜峰面積。土壤全氮含量結果保留三位小數，其他項目保留三位有效數字。9.2自然豐度樣品測定結果的計算9.2.1自然豐度樣品測定結果的表述自然豐度樣品的碳(氮)同位素組成以其對參比物質中相應同位素比值的千分差(記為‰)表示，按公式(3)計算：式中：……………δ"X——樣品的同位素比值相對于參比物質同位素比值的千分差，%;mX——樣品的重質量穩(wěn)定同位素的原子數量；m-1X樣品的輕質量穩(wěn)定同位素的原子數量；("X/m-|X)sA——樣品的同位素比值；("X/m-|X)sr——參比物質的同位素比值。5GB/T42490—2023結果保留兩位小數。9.2.2測定結果的計算和校準所有樣品中穩(wěn)定同位素比值的測定結果需校準到國際基準，按公式(4)或公式(5)計算并校準至國際基準的值：δ13CsAvppB——樣品的碳同位素比值相對于VPDB的碳同位素比值的千分差，%;δ13CsAsr——樣品的碳同位素比值相對于參比物質碳同位素比值的千分差，%;δ13Csr-vpDB——參比物質的碳同位素比值相對于VPDB的碳同位素比值千分差，%。結果保留兩位小數。δ1?NsA-Ai——樣品的氮同位素比值相對于Air的氮同位素比值的千分差，%;δ1?NsAsr——樣品的氮同位素比值相對于參比物質的氮同位素比值的千分差，‰;結果保留兩位小數。9.3富集同位素樣品測定結果的計算富集同位素樣品的穩(wěn)定同位素組成均以原子百分數(%)表示，按公式(6)計算：…………(6)式中：fmx——樣品的重質量穩(wěn)定同位素的豐度，%;”X——樣品的重質量穩(wěn)定同位素的原子數量；m-1X——樣品的輕質量穩(wěn)定同位素的原子數量。結果保留三位有效數字。10測定結果的精密度10.1精密度計算數據的精密度按照GB/T6379.2的規(guī)定確定，重復性和再現(xiàn)性的值以95%置信限計算。10.2重復性在重復性條件下，獲得的兩次獨立測試結果的絕對差值不超過重復性限(r)。本文件六個參數的重復性限(r)見表1。如果差值超過重復性限(r),應當舍棄本次試驗結果并重新完成兩次單個試驗的測定。6在再現(xiàn)性條件下，獲得的兩次獨立測試結果的絕對差值不超過再現(xiàn)性限(R)。本文件六個參數的再現(xiàn)性限(R)見表1。表1各測定參數的重復性限(r)和再現(xiàn)性限(R)woc/%wry/%rR注1:wcx是土壤與生物樣品中的有機碳質量分數(%)。注2:wrn是土壤與生物樣品中的全氮質量分數(%)。11質量保證和控制每次試驗前應做儀器空白和錫杯空白試驗，空白的質荷比(m/z)為44或28的峰的信號值應小于測試每批樣品時，應測定樣品總數10%的平行樣品和10%的標準物質。平行樣品測定結果的絕對差值應滿足第10章的規(guī)定。7(資料性)常見碳氮同位素有證標準物質認定值見表A.1。表A.1標準物質示例標準物質woc/%wrN/%GBW04407—22.43——GBW04408-36.91———— 一JSGS-40—26.39—4.50———— ———— 8[1]GB/T1834