(高清版)GBT 42490-2023 土壤质量 土壤与生物样品中有机碳含量与碳同位素比值、全氮含量与氮同位素比值的测定 稳定同位素比值质谱法

土壤质量土壤与生物样品中有机碳含量与碳同位素比值、全氮含量与氮同位素比值的测定稳定同位素比值质谱法nitrogenofsoilandbiologicalsamples—Stableisotoperati2023-03-17发布I前言 12规范性引用文件 13术语和定义 14缩略语 25原理 26试剂与材料 27仪器与设备 28试验步骤 3 410测定结果的精密度 511质量保证和控制 6附录A(资料性)标准物质 7参考文献 8Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中华人民共和国农业农村部提出。本文件由全国土壤质量标准化技术委员会(SAC/TC404)归口。本文件起草单位：中国科学院南京土壤研究所、中国科学院城市环境研究所、中国科学院亚热带农业生态研究所、南京师范大学、上海交通大学、北京科荟测试技术有限公司、江苏省质量和标准化研究院。1土壤质量土壤与生物样品中有机碳含量与碳同位素比值、全氮含量与氮同位素比值的测定稳定同位素比值质谱法1范围本文件描述了使用元素分析-稳定同位素比值质谱联用仪(EA-IRMS)测定土壤与生物样品(植物、动物、微生物)中有机碳含量与碳同位素比值、全氮含量与氮同位素比值的方法。本文件适用于土壤与生物样品中有机碳和全氮含量的测定，也适用于非标记(自然丰度)和示踪试验(fiac≤30%,fisx≤30%)的土壤与生物样品中有机碳和全氮的碳、氮同位素比值测定。本文件测定土壤与生物样品中有机碳、全氮含量和碳、氮同位素比值的定量限(以绝对碳、氮量计):2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T6379.2测量方法与结果的准确度(正确度与精密度)第2部分：确定标准测量方法重复性与再现性的基本方法GB/T6682分析实验室用水规格和试验方法GB/T37847—2019同位素组成质谱分析方法通则GB/T37885化学试剂分类3术语和定义GB/T37847—2019界定的以及下列术语和定义适用于本文件。具有相同质子数、不同中子数(或不同质量数)的同一元素的不同原子。同位素比isotoperatio两种同位素的摩尔数或原子个数、离子个数的数量比。同位素丰度isotopeabundance同位素原子数量在该元素总原子数量中所占的百分比。注：同位素丰度用百分数(%)表示。同位素组成isotopecomposition以原子百分比表示的某元素中各同位素所占的比例，且它们的总和等于1。2注1:同位素组成用丰度表示，也用比值或δ值表示。注2:δ值是指质谱分析给出的样品的同位素比值对标准样品的比值的相对差值，用千分数(‰)表示。4缩略语下列缩略语适用于本文件。EA-IRMS:元素分析-稳定同位素比值质谱联用仪(ElementalAnalyzer-IsotopeRatioMassSpec-trometer)。VPDB:维也纳-PeeDee箭石(ViennaPeeDeeBelemnite)。土壤或生物样品置于元素分析仪中，在高纯氧氛围下闪燃。样品中的有机碳和全氮在高温炉中氧化剂和还原剂的氧化还原作用下分别转化为二氧化碳和氮气。产生的二氧化碳和氮气经过纯化、分离，进入同位素比值质谱仪。通过对应质荷比(m/x)(二氧化碳：质荷比为44和45;氮气：质荷比为28和29)的离子流强度得到样品有机碳和全氮的碳、氮稳定同位素比值，并根据质谱峰面积得到样品有机碳和全氮的含量。6试剂与材料除非另有规定，分析时均使用符合GB/T37885的分析纯试剂。6.3还原剂：根据仪器类型进行选择(如铜丝)。6.4吸附剂(化学阱填料):根据仪器类型和测试项目进行选择(如高氯酸镁、烧碱石棉)。6.6盐酸[c(HCl)=6mol/L]:量取25mL浓盐酸，用去离子水稀释至50mL。6.7氦气(He):纯度(摩尔分数)不小于99.999%。6.8氧气(O₂):纯度(摩尔分数)不小于99.999%。6.9二氧化碳(CO₂):纯度(摩尔分数)不小于99.999%,并用碳同位素有证标准物质标定其碳同位素6.10氮气(N₂):纯度(摩尔分数)不小于99.999%,并用氮同位素有证标准物质标定其氮同位素比7.1EA-IRMS:元素分析仪配备氧化还原炉或氧化、还原双炉，并通过接口与质谱仪相连；质谱仪带有万用三杯，以连续流模式进行测定，分析的内精度应优于0.06%。7.5烘箱。38试验步骤8.1土壤和生物样品的制备土壤样品：取适量的风干土样(总量不应少于20g)于研磨机中研磨，使之全部通过100目(孔径0.149mm)筛，混合均匀后备用。若土壤样品中含有细小的植物根系，应先通过静电作用去除，再研磨过100目筛。若土壤样品中含有无机碳，需在分析前去除无机碳。经过去除无机碳处理的土壤在计算土壤有机碳含量时需要进行质量校正。准确称取研磨后的土壤样品5g,精确到0.1mg,置于锥形瓶中，加入20mL盐酸(6.6)溶液浸泡48h,酸浸泡时用玻璃棒搅拌，直至无二氧化碳气体冒出，再用去离子水反复冲洗酸化后的样品，至pH为6.5～7.5为止，离心去除上清液后，样品在70℃下烘干，冷却干燥至室温后，准确称量，精确到0.1mg。按照公式(1)计算土壤样品质量校正系数Km。烘干后的土壤样品再次研磨，使之全部通过100目筛备用。式中：m₂——含有无机碳的土壤盐酸处理后样品质量，单位为毫克(mg);m₁——含有无机碳的土壤盐酸处理前样品质量，单位为毫克(mg)。生物样品：取适量烘干的生物样品(总量不应少于2g),用粉碎机粉碎，使样品全部通过60目(孔径0.25mm)筛，混合均匀后在避光、干燥环境下保存备用。在称取前应置于70℃下干燥18h。8.2分析样品的称取测定有机碳含量及碳同位素比值：准确称取样品，土壤样品2mg～5mg,精确到0.001mg;生物样品0.1mg～0.3mg,精确到0.001mg(含碳30μg～50μg)。测定全氮含量及氮同位素比值：准确称取样品，土壤样品10mg～50mg,精确到0.001mg;植物样品2mg～3.5mg,精确到0.001mg;其他生物样品(动物、微生物)约0.2mg,精确到0.001mg(含氮将样品放入锡杯(6.5)中并紧密包裹成小球状，并按样品依次编号备用。8.3测定8.3.1仪器准备8.3.1.1仪器稳定性检查连续测定10次相同进样量的参比气体(6.9或6.10),同位素比值测定结果(δ)的标准偏差应不大于0.06‰。8.3.1.2仪器线性检查连续测定10个进样量梯度的参比气体(6.9或6.10),线性系数应不大于0.06‰/V(或0.06‰/nA)。8.3.1.3参数元素分析仪参数元素分析仪参数按照仪器说明书设定或者参考以下设定：——氧化炉温度：1020℃;——还原炉温度：680℃;4GB/T42490—20238.3.2分析序列在仪器的工作软件上编辑分析序列。新建的分析序列应包括样品编号、称样量、相应的样品类型和测试方法。序列中样品编辑顺序依次为：仪器空白、锡杯空白、标准物质和待测样品。通常每10个待测样品应插入一个标准物质，以便对仪器工作状态进行监控。8.3.3样品分析将准确称量的样品放入自动进样盘中，按照编辑的分析序列开始样品分析。仪器工作软件会根据离子流信号，自动计算并给出样品有机碳、全氮含量和碳、氮同位素比值的测量结果。9计算9.1土壤和生物样品有机碳、全氮含量的计算土壤和生物样品有机碳、全氮含量是以一个标准物质作为参比物质，然后利用质谱峰面积比值进行 (2)式中：wsʌ——待测样品有机碳或氮的质量分数，%;msr——参比物质称样量，单位为毫克(mg);wsr——标准样品有机碳或氮的质量分数，%;AsA——待测样品质谱峰面积；Km——土壤样品质量校正系数；msA——待测样品称样量，单位为毫克(mg);Asr——标准样品质谱峰面积。土壤全氮含量结果保留三位小数，其他项目保留三位有效数字。9.2自然丰度样品测定结果的计算9.2.1自然丰度样品测定结果的表述自然丰度样品的碳(氮)同位素组成以其对参比物质中相应同位素比值的千分差(记为‰)表示，按公式(3)计算：式中：……………δ"X——样品的同位素比值相对于参比物质同位素比值的千分差，%;mX——样品的重质量稳定同位素的原子数量；m-1X样品的轻质量稳定同位素的原子数量；("X/m-|X)sA——样品的同位素比值；("X/m-|X)sr——参比物质的同位素比值。5GB/T42490—2023结果保留两位小数。9.2.2测定结果的计算和校准所有样品中稳定同位素比值的测定结果需校准到国际基准，按公式(4)或公式(5)计算并校准至国际基准的值：δ¹³CsAvppB——样品的碳同位素比值相对于VPDB的碳同位素比值的千分差，%;δ¹³CsAsr——样品的碳同位素比值相对于参比物质碳同位素比值的千分差，%;δ¹³Csr-vpDB——参比物质的碳同位素比值相对于VPDB的碳同位素比值千分差，%。结果保留两位小数。δ¹⁵NsA-Ai——样品的氮同位素比值相对于Air的氮同位素比值的千分差，%;δ¹⁵NsAsr——样品的氮同位素比值相对于参比物质的氮同位素比值的千分差，‰;结果保留两位小数。9.3富集同位素样品测定结果的计算富集同位素样品的稳定同位素组成均以原子百分数(%)表示，按公式(6)计算：…………(6)式中：fmx——样品的重质量稳定同位素的丰度，%;”X——样品的重质量稳定同位素的原子数量；m-1X——样品的轻质量稳定同位素的原子数量。结果保留三位有效数字。10测定结果的精密度10.1精密度计算数据的精密度按照GB/T6379.2的规定确定，重复性和再现性的值以95%置信限计算。10.2重复性在重复性条件下，获得的两次独立测试结果的绝对差值不超过重复性限(r)。本文件六个参数的重复性限(r)见表1。如果差值超过重复性限(r),应当舍弃本次试验结果并重新完成两次单个试验的测定。6在再现性条件下，获得的两次独立测试结果的绝对差值不超过再现性限(R)。本文件六个参数的再现性限(R)见表1。表1各测定参数的重复性限(r)和再现性限(R)woc/%wry/%rR注1:wcx是土壤与生物样品中的有机碳质量分数(%)。注2:wrn是土壤与生物样品中的全氮质量分数(%)。11质量保证和控制每次试验前应做仪器空白和锡杯空白试验，空白的质荷比(m/z)为44或28的峰的信号值应小于测试每批样品时，应测定样品总数10%的平行样品和10%的标准物质。平行样品测定结果的绝对差值应满足第10章的规定。7(资料性)常见碳氮同位素有证标准物质认定值见表A.1。表A.1标准物质示例标准物质woc/%wrN/%GBW04407—22.43——GBW04408-36.91———— 一JSGS-40—26.39—4.50———— ———— 8[1]GB/T1834