如何得到化合物特定的d15N测量

氨基酸和其他化合物的化合物特异性稳定氮同位素测量可以为生态学、生物学、考古学和环境等领域的研究提供丰富的数据来源。

在过去，分析特定于化合物的δ具有明显的挑战性¹⁵N大于化合物特定的δ¹³这是一个系统的结果，由有机氮在前一个分子转化为气态氮的两步₂通过氧化和随后的还原。

所有的有机分子都转化成CO的混合物₂N₂N₂O, NO和H₂O在氧化炉管内。这就需要燃烧产物通过一个额外的还原炉管，在其中所有的氮化合物都被还原为氮₂，然后进入IRMS的δ¹⁵N分析。

历史上，这一直是棘手的，因为氧化炉管，这是严重的氧，是平行于还原炉管。这意味着当炉体加热运行时，有一些氧气从氧化炉管中泄漏，部分氧化了附近还原炉管中的一部分铜，从而限制了还原炉提供适当还原条件的能力。

Isoprime应用专家为这个问题设计了一种新的简化解决方案，即组成样品的部件在单级炉中燃烧和还原。总结系统和它可以为最简单的GC-δ提供的优势¹⁵N分析的详细内容如下。

氮转换优化

在一个单独的燃烧阶段，应该预料到反应将产生若干n的氧化态。系统中可用氧的水平显然是影响反应产率的一个重要因素。为有效GC -δ¹⁵N分析表明，两者都是高质量燃烧与NO的平衡_x并随后还原为N₂必须保证。

考虑到这一点，氧气平衡是必需的，因为过量的氧气会导致系统在还原NO时失去效率_x到N₂，而氧气含量低则会导致NO燃烧效率降低_x(图1)。

图1所示。燃烧还原联合炉氧平衡方案。

Elementar的单一炉管解决方案δ¹⁵N分析是由一个微孔石英管，由8根交织的金属线、3根铜线、3根镍铬(80/20)线和2根铂线组成，起到催化剂的作用。炉温保持在950°C。

有必要定期对炉内环境进行再氧化，因为随着时间的推移，铜和镍铬线的表面氧化物会下降，因此燃烧效率会降低。再氧化是通过计算机控制的O升压来进行的₂进入氦气载流。

证明降低效率

为了说明单炉管溶液的还原效率，在GC-δ中加入25 μl的纯NO气体(N氧化态+2)进行分析¹⁵N系统，炉内温度均在室温和950°C。靶质量为m/ z28 (N₂)、30 (NO，氧化态+2)和44 (N₂O，氧化态+1)。M/z 29, 45和46与此同时被监测。

在m/z 28、30和44处，当熔炉处于室温(蓝色)和950°C(红色)时，信号的平均百分比峰值区域如图2所示。在没有no气体减少的室温下，主要是m/z 30(即no)，但也有m/z 28的充足量。

图2。对比纯NO气体在室温和950℃下的还原。

后者很可能来自于大气中的氮₂通过注射器注射进来的。也检测到较小数量的m/ z44，它可能来自N中的一个或两个₂O或有限公司₂．

炉温950℃后，m/z 30信号下降到0.04%，m/z 28信号上升到96.4%，说明NO降为N是有效的₂．m/z 44处的信号略有上升至3.6%，但早期担心这可能是NO (N氧化态+2)部分还原为N的结果₂O (N氧化态+1)以45/44的比例排放，表明它来源于CO₂(表1)。

表1。纯CO的理论相对同位素丰度₂和N₂O。

可接受的NO还原为N的含量₂，与NO气体注入同期进行了实验室尼古丁标准的检测，以检验和研究δ的准确性¹⁵N分析和可能的m/ z30形成。如前所述，如果没有，m/z 30将上升_x不能完全还原为N₂．

经过6次分析，尼古丁标准品的标准偏差为0.07‰(图3)。非常低的30/28比值表明存在质量30可以忽略不计。

图3。δ¹⁵用单管气相色谱法分析烟碱标准品δ¹⁵N系统。蓝色标记描述单个分析，实线是所有分析的平均值，虚线是标准的2西格玛期望精度δ¹⁵N同位素比值分析。

氨基酸的应用

的δ¹⁵氨基酸的N分析增加了对GC-δ多种应用的认识¹⁵N系统。分析了由异亮氨酸(ILE)、丝氨酸(SER)和赖氨酸(LYS)组成的标准氨基酸混合物，显示了单炉溶液。

胺(nh₂)和酸基(-COOH)必须在分析前进行衍生，以使氨基酸分子GC响应，而且对于特定的氨基酸，r基也需要衍生(Corr et al. 2007)。

用单炉管燃烧系统对标准进行了五次连续分析。重复测量的精度提高了0.2‰(表2)。

表2。δ¹⁵N氨基酸标准品的分析。

测得的δ之间有很强的相关性¹⁵N值和已知值，如斜率为1.007和R所示²值为0.996(图4)。

图4。用气相色谱法分析氨基酸标准品所得到的校准曲线δ¹⁵N系统。

这样高质量的标定曲线表明，单炉管系统将有机含氮分子转化为含氮分子₂没有任何同位素分馏，提供非常精确的结果。单炉管解决方案的另一个好处是，它的路径长度比双炉解决方案要短得多。

这降低了死体积和峰展宽的风险，在质谱仪上提供了更好的峰形状。图5显示了标准氨基酸混合物的一级色谱。

图5。28和29的GC-信号δ¹⁵N氨基酸标准品的分析。出于质量控制的考虑，在样品峰前对三个纯氮监测气体峰进行分析。

摘要和结论

本文中演示的单炉管解决方案提供了一种特定于化合物的δ¹⁵N同位素分析大大简化，比其他方法更可靠。采用纯NO气体进行的综合研究表明，单管炉具有良好的还原效果。对烟碱和各种氨基酸的研究表明，GC-δ具有较高的精密度和准确度¹⁵N系统。

参考资料及进一步阅读

1. Corr, l.t.， R. Berstan，和R. p . Evershed， δ测定衍生化程序的优化¹³气相色谱/燃烧/同位素比值质谱法测定氨基酸的C值，快速质谱通讯，3759 - 3771,2007

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