1. 引言

有機(jī)碳（δ¹³C）和氮（δ¹⁵N）穩(wěn)定同位素分析是研究古環(huán)境、生物地球化學(xué)循環(huán)和有機(jī)質(zhì)來源的重要手段。頁巖和土壤樣品的預(yù)處理需嚴(yán)格避免污染，并確保樣品代表性。本文檔詳細(xì)說明實驗室處理流程。

2. 樣品前處理

2.1 樣品采集與保存

• 頁巖樣品：

  • 使用潔凈地質(zhì)錘或鉆取巖芯，避免表面風(fēng)化部分，采集后密封于鋁箔或玻璃容器中，-20℃保存（防止有機(jī)質(zhì)降解）。

• 土壤樣品：

  • 采集表層（0-20 cm）或深層剖面樣品，去除植物殘體、根系，過2 mm篩，冷凍干燥后研磨至<100目。

2.2 去除無機(jī)碳（針對δ¹³C分析）

頁巖和鈣質(zhì)土壤需去除碳酸鹽：

1. 稱取50-100 mg樣品置于離心管中。

2. 加入1 mol/L鹽酸（HCl）至無氣泡產(chǎn)生（反應(yīng)時間≥4小時）。

3. 離心（3000 rpm, 5 min），棄上清液，用超純水洗滌至中性（pH=7）。

4. 冷凍干燥后研磨均勻。

注意：酸處理可能影響部分有機(jī)氮，若同步分析δ¹⁵N，需分裝樣品或改用微酸處理（如10% HCl）。

3. 樣品制備

3.1 稱量與包裹

• 使用分析天平精確稱取處理后的樣品（頁巖：1-3 mg，土壤：3-5 mg）。

• 包裹于錫杯（δ¹³C）或銀杯（δ¹⁵N）中，壓緊避免殘留空氣。

3.2 儀器校準(zhǔn)

• 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（如USGS24、IAEA-N1）與樣品同批運(yùn)行，校正同位素比值質(zhì)譜儀（IRMS）數(shù)據(jù)。

4. 儀器分析

4.1 元素分析-同位素比值質(zhì)譜（EA-IRMS）

• 燃燒條件：

  • 燃燒爐溫度：1020℃（碳）、950℃（氮）。

  • 載氣：高純氦氣（He）。

• 檢測器：

  • CO₂（m/z 44、45、46）和N₂（m/z 28、29、30）信號。

4.2 數(shù)據(jù)校正

• 采用國際標(biāo)準(zhǔn)VPDB（δ¹³C）和AIR（δ¹⁵N）標(biāo)度。

• 線性回歸法校正儀器漂移。

5. 質(zhì)量控制

1. 空白對照：每批次插入空白錫杯，扣除背景值。

2. 重復(fù)性：至少10%樣品重復(fù)分析，標(biāo)準(zhǔn)偏差應(yīng)<0.2‰。

3. 回收率：通過標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗證C/N回收率（目標(biāo)：98-102%）。

6. 常見問題與解決方案

7. 參考文獻(xiàn)

1. Sharp, Z. (2007). Principles of Stable Isotope Geochemistry.

2. EPA Method 415.3 (2005). Organic Carbon and Nitrogen in Solids.