我校周友平教授团队在同位素分析方法中取得重要进展

我校化学与化工学院周友平教授领导的天然产物稳定同位素组学(Isotopomics in Chemical Biology, ICB)团队，通过近3年的努力，首次建立了同时分析硝酸盐和亚硝酸盐δ¹⁸O和δ¹⁵N的新方法。相关成果发表在自然指数期刊Analytical Chemistry上，我校青年教师王波博士为论文的第一作者，课题组硕士生郑帅和黄燕分别为论文的第二和第三作者(Wanget al., 2020; Analytical Chemistry;https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.0c01403)，自然资源部第三海洋研究所为参与单位。

硝酸盐和亚硝酸盐的N和O同位素组成（δ¹⁸O和δ¹⁵N）是研究动植物氮元素代谢和大气（光）化学过程的重要手段。目前，分析硝酸盐和亚硝酸盐δ¹⁸O和δ¹⁵N的方法主要有：离子交换法、细菌反硝化法、镉/叠氮或三氯化钛还原法。它们具有以下缺点：1）样品用量大，处理步骤冗长；2）无法应用于海水等含盐度高的样品，或含有重金属等会毒害反硝化细菌的样品；3）使用的化学试剂叠氮化钠具有爆炸性且剧毒；4）无法消除硝酸盐和亚硝酸盐之间相互干扰的问题；5）将硝酸盐和亚硝酸盐转化为N₂O的过程中不但会引起部分氧原子丢失，还会引入外部氮原子，结果造成氮和氧同位素分馏；6）δ¹⁸O分析严重依赖反应体系的pH值，分析对象N₂O中的O原子有一部分与反应体系中的O原子发生同位素交换。

针对上述方法存在的问题，ICB团队创新性地将无机硝酸盐和亚硝酸盐，以无同位素交换、丢失和获得的方式，几乎定量地转化为有机物（硝酸酯和硝基烷烃），并充分利用气相色谱（GC）的分离功能，在气相/热解/气相/同位素比质谱（GC/Pyrolysis/GC/IRMS）联用仪上成功实现了同时分析硝酸盐和亚硝酸盐的δ¹⁸O和δ¹⁵N（见下图）。该方法灵敏度高、操作简单、适用于各种类型样品；同时，有望实现样品分析的自动化。

该方法基于新的设计思路实现了含氧阴离子（如硝酸盐和亚硝酸盐）的O和N同位素组成的测定：利用有机物替代无机气体或固体（如N₂O或AgNO₃），作为分析对象，在GC/Pyrolysis/GC/IRMS仪器上实现多组分、多元素的同位素分析；替代了传统基于EA/IRMS或者GasBench/IRMS平台的单组份、单同位素分析方法。由于硝酸盐和亚硝酸盐O和N同位素分析在地球化学、环境科学以及生态学等领域具有广泛且重要的应用，具有多重优势的新方法有望替代过去二十年间广泛使用的传统方法，成为主流分析技术。

该成果得到了科技部重点研发计划项目（编号：2018YFE0206400）、国家自然科学基金面上项目（编号：41773032和41973072）等项目的资助。

有机酯法分析硝酸盐和亚硝酸盐氮、氧同位素过程示意图

（核稿：邵亮 编辑：杜杨）