使用稳定同位素比值质谱仪测定化合物特异性稳定氮同位素

例如，氨基酸的化合物特异性稳定氮同位素测量可以为生物、生态、考古和环境研究提供丰富的有价值的信息。

化合物特异性δ的分析¹⁵N传统上比化合物特定的δ要求高得多¹³C分析。这是因为该系统是由前体分子中的有机氮转化为气态氮的两阶段过程组成的₂通过氧化和随后的还原。

氧化炉管内的每个有机分子都变成了一氧化碳的混合物₂N₂N₂O, NO和H₂O，因此要求燃烧产物通过一个二次还原炉管，在那里所有的氮化合物被还原为N₂然后进入IRMS进行δ测试¹⁵N分析。

传统设置的难点在于还原炉管与氧化炉管(氧化炉管富含氧气)是一致的。氧化炉管将'放'一些氧气时，炉达到操作温度，反过来，氧气将部分氧化一些铜在还原炉管。这就使还原炉不能提供满意的还原条件。

最近，异素应用专家开发了一种简化的解决方案，其中样品成分使用单级炉燃烧和还原。本文概述了该系统及其优点GC -δ¹⁵N分析．

氮转换优化

预计该反应将在一个燃烧相内产生多个氧化态的N。系统中可用氧的量显然是影响反应产量的关键因素。

两者的平衡良好的燃烧到NO_x并随后还原为N₂必须确保GC-δ¹⁵N分析。因此，寻求氧气平衡，太少的氧气将导致低效率的燃烧NO_x过多的氧气会导致系统降低NO的效率_x到N₂(见图1)。

单炉管解决δ¹⁵element的N分析是由一个微孔石英管与八根金属丝编织在一起;三根镍铬(80/20)线，三根铜线，两根铂线，作为催化剂。炉膛温度保持在950°C。

需要对炉膛环境进行周期性的再氧化，因为随着时间的推移，镍铬和铜线将失去其表面的氧化物，其燃烧能力将下降。再氧化是通过计算机控制的氧注入来完成的₂进入氦气载流。

图1所示。燃烧还原联合炉氧平衡方案。

证明降低效率

实验中注入25 μl纯NO气体(N氧化态+2)并进行分析GC -δ¹⁵N系统将炉膛置于室温下，也置于950°C下，以显示单炉管溶液的还原效率。分析的目标质量为m/ z28 (N₂)、30 (NO，氧化态+2)和44 (N₂O，氧化态+1)。此外，m/z为29、45和46。

当熔炉在950°C(红色)和室温(蓝色)时，信号在m/z 28、30和44的平均百分比峰值区域可以在图2中观察到。在没有no气体减少的地方(在室温下)，主要有m/z 30(即no)，但也有大量的m/z 28。

m/z 28可能来自大气中的N₂被注射器吸走了。少量的m/ z44也存在，它可能是从N中的一个或两个中派生出来的₂O或有限公司₂．炉温950℃时，m/z 30信号下降到0.04%，而m/z 28信号上升到96.4%，显示出了将NO降为N的效率₂．

m/z 44的信号略有上升至3.6%，但最初担心这可能是由于NO (N氧化态+2)部分还原为N所致₂O (N氧化态+1)被45/44的比例压制，确定它是CO₂(表1)。

表1。纯CO的理论相对同位素丰度₂和N₂O。

	同位素相对丰度		比 45/44
	质量44	质量45
有限公司2	98.416	1.176	0.0119
N2O	99.032	0.763	0.0077

满足于将NO充分还原为N₂的实验室尼古丁标准，并在NO气体注入的同一天进行分析，以检验δ的精度¹⁵N分析和潜在m/ z30地层。如前所述，m/ z30将增长，如果NO_x不能完全还原为N₂．

由图3可知，烟碱标准分析6次，标准差为0.07‰。非常低的30/28比率表明，存在一个可以忽略不计的质量为30的地层。

图2。对比纯NO气体在室温和950℃下的还原。

图3。δ¹⁵N分析尼古丁标准使用单管GC-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 σ δ期望精度¹⁵N同位素比值分析。

氨基酸的应用

δ¹⁵氨基酸的N分析为GC-δ的一些应用提供了有用的知识¹⁵N系统。由丝氨酸(SER)、异亮氨酸(ILE)和赖氨酸(LYS)组成的标准氨基酸混合物作为单炉溶液进行了检验。

为了使氨基酸分子气相色谱化，在分析和特定氨基酸的胺(- nhh₂)和酸基(-COOH)必须衍生，r基也需要衍生(参见Corr et al. 2007)。随后用单炉管燃烧系统对该标准进行了五次分析。重复测量的精度优于0.2‰(见表2)。

表2。δ¹⁵N氨基酸标准品的分析。

	ILE		爵士		利斯河
样本	身高(NA)	δ15N(‰)	身高(nA)	δ15N(‰)	身高(nA)	δ15N(‰)
AA1	4.61	-5.12	1.76	-0.94	4.15	０．４０
AA2	4.34	-5.24	1.68	-1.17	3.83	0.56
AA3	4.99	-5.18	1.89	-0.85	4.43	0.32
AA4	5.05	-5.07	1.92	-0.70	4.44	0.60
AA5	5.79	-4.85	2.19	-0.66	4.98	0.70
平均		-5.09		-0.86		０．５２
SD		0．15		0．20		0．15

已知值和测量的δ之间有很好的相关性¹⁵N的值，其斜率为1.007和R²在绘制校准曲线时，值为0.996(见图4)。该高标准的校准曲线表明，单炉管系统将有机含N分子转化为N²没有同位素分馏，提供可靠准确的结果。

单炉管解决方案的另一个好处是它具有比双炉管解决方案特别短的路径长度。这降低了峰展宽和死体积的可能性，在质谱仪上提供了优越的峰形状。图5显示了标准氨基酸混合物的色谱分析结果。

图4。通过GC-δ分析氨基酸标准品得到的校准曲线¹⁵N系统。

图5。GC-δ的28和29信号¹⁵N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。

结论和总结

这里显示的单炉管解决方案提供了一个相当简单和更强大的特定于化合物的δ¹⁵N同位素分析。采用纯NO气体进行的详细研究表明，单管炉具有良好的还原效率。不同氨基酸和烟碱的分析表明GC-δ具有较高的准确度和精密度¹⁵N系统。

参考资料及进一步阅读

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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