我校周友平教授團(tuán)隊(duì)在同位素分析方法中取得重要進(jìn)展

我校化學(xué)與化工學(xué)院周友平教授領(lǐng)導(dǎo)的天然產(chǎn)物穩(wěn)定同位素組學(xué)(Isotopomics in Chemical Biology, ICB)團(tuán)隊(duì)，通過近3年的努力，首次建立了同時(shí)分析硝酸鹽和亞硝酸鹽δ¹⁸O和δ¹⁵N的新方法。相關(guān)成果發(fā)表在自然指數(shù)期刊Analytical Chemistry上，我校青年教師王波博士為論文的第一作者，課題組碩士生鄭帥和黃燕分別為論文的第二和第三作者(Wanget al., 2020; Analytical Chemistry;https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.0c01403)，自然資源部第三海洋研究所為參與單位。

硝酸鹽和亞硝酸鹽的N和O同位素組成（δ¹⁸O和δ¹⁵N）是研究動(dòng)植物氮元素代謝和大氣（光）化學(xué)過程的重要手段。目前，分析硝酸鹽和亞硝酸鹽δ¹⁸O和δ¹⁵N的方法主要有：離子交換法、細(xì)菌反硝化法、鎘/疊氮或三氯化鈦還原法。它們具有以下缺點(diǎn)：1）樣品用量大，處理步驟冗長；2）無法應(yīng)用于海水等含鹽度高的樣品，或含有重金屬等會(huì)毒害反硝化細(xì)菌的樣品；3）使用的化學(xué)試劑疊氮化鈉具有爆炸性且劇毒；4）無法消除硝酸鹽和亞硝酸鹽之間相互干擾的問題；5）將硝酸鹽和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為N₂O的過程中不但會(huì)引起部分氧原子丟失，還會(huì)引入外部氮原子，結(jié)果造成氮和氧同位素分餾；6）δ¹⁸O分析嚴(yán)重依賴反應(yīng)體系的pH值，分析對(duì)象N₂O中的O原子有一部分與反應(yīng)體系中的O原子發(fā)生同位素交換。

針對(duì)上述方法存在的問題，ICB團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將無機(jī)硝酸鹽和亞硝酸鹽，以無同位素交換、丟失和獲得的方式，幾乎定量地轉(zhuǎn)化為有機(jī)物（硝酸酯和硝基烷烴），并充分利用氣相色譜（GC）的分離功能，在氣相/熱解/氣相/同位素比質(zhì)譜（GC/Pyrolysis/GC/IRMS）聯(lián)用儀上成功實(shí)現(xiàn)了同時(shí)分析硝酸鹽和亞硝酸鹽的δ¹⁸O和δ¹⁵N（見下圖）。該方法靈敏度高、操作簡單、適用于各種類型樣品；同時(shí)，有望實(shí)現(xiàn)樣品分析的自動(dòng)化。

該方法基于新的設(shè)計(jì)思路實(shí)現(xiàn)了含氧陰離子（如硝酸鹽和亞硝酸鹽）的O和N同位素組成的測定：利用有機(jī)物替代無機(jī)氣體或固體（如N₂O或AgNO₃），作為分析對(duì)象，在GC/Pyrolysis/GC/IRMS儀器上實(shí)現(xiàn)多組分、多元素的同位素分析；替代了傳統(tǒng)基于EA/IRMS或者GasBench/IRMS平臺(tái)的單組份、單同位素分析方法。由于硝酸鹽和亞硝酸鹽O和N同位素分析在地球化學(xué)、環(huán)境科學(xué)以及生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛且重要的應(yīng)用，具有多重優(yōu)勢的新方法有望替代過去二十年間廣泛使用的傳統(tǒng)方法，成為主流分析技術(shù)。

該成果得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：2018YFE0206400）、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（編號(hào)：41773032和41973072）等項(xiàng)目的資助。

有機(jī)酯法分析硝酸鹽和亞硝酸鹽氮、氧同位素過程示意圖

（核稿：邵亮 編輯：杜楊）