n分析样品制备

¹⁵N分析样品制备sample preparation for ¹⁵N analysis

使¹⁵N示踪试验材料变成适于¹⁵N光谱分析或质谱分析的化学预处理和氮的转化的技术。无论是质谱分析或光谱分析都要求将样品中各种形态的氮转化为分子态氮。N2样品的制备分两步进行，第一步是将样品预处理或化学处理。大多数情况下经凯氏消化将各种形态氮转化为铵态氮；第二步是氮的转化，将铵态氮或其他形态的氮转化为分子氮。
样品的化学预处理 收集的植物材料和土壤样品必须烘干或风干、称重、磨碎，充分混合均匀，然后用不同的方法进行化学预处理。大多数情况下，采用凯氏法(Kjeldahl Method)将样品氮转化为铵态氮，然后与强碱作用，释放的氨由蒸汽逐出，被标准盐酸或硫酸或2%硼酸吸收，滴定法或比色法测定氨的量。将蒸馏液酸化后蒸发浓缩至少量体积，作为转化N₂用。
消化 样品加浓硫酸和催化剂，经高温(358℃)消煮，将各种形态氮转化为铵态氮。经典的凯氏法以KMnO₄为催化剂，改良凯氏法改用硒、氧化汞、硫酸铜和过氧化氢等，而且加入硫酸盐以提高反应液温度。试验中推荐用K₂SO₄:CuSO₄:Se=100:10:1的混合催化剂于一般的植物和土壤样品。
蒸馏 取一定量消化液于反应瓶中，加入强碱(10摩尔/升，NaOH)，释放的氨由蒸汽逐出，以2%硼酸溶液吸收，加入甲基红—溴甲酚绿混合指示剂，用标准硫酸滴定。也可用标准硫酸或标准盐酸为吸收液，用标准碱液回滴剩余的酸。亚硝态氮样品用常规方法不能完全转化为铵，需要在消化之前对样品进行预处理。常用高锰酸钾—还原铁法。
氮的转化 将铵态氮或其他各种形态的氮转化为分子氮。
列登伯格法(Rettenberg Method) 将上述吸收液用1摩尔/升的H₂SO₄液酸化并浓缩的至小量体积，于真空中与碱性次溴酸钠反应，产生分子态氮：

2NH₃+3NaOBr→N₂+3H₂O+3NaBr

碱性次溴酸钠溶液注入Y形反应瓶的一侧臂，含有铵的样品溶液注入另一侧臂，将Y形瓶连接到真空系统上。液氮冷冻除气后旋转Y瓶，使两液混合，反应产生N₂。再将N₂导入质谱仪的离子室或封入光谱测量用的放电管内，供¹⁵N分析用。因为此法中所用的样品是凯氏消化—蒸馏以后的含NH⁺₄溶液，所以也称凯氏—列登伯格法。

列登伯格管

改良杜马法(Modified Dumas Method) 原始的杜马法(1934)是将有机样品在CO₂中燃烧，然后通过浓的KOH溶液。样品中的所有元素除氮外，均转换成能与CuO反应或易溶于强碱溶液的形态。在改良杜马法中，有机物质或含氮的化合物在真空中燃烧释放NH₃与氧化铜反应产生N₂，其余气体为CaO吸收。此方法的优点是步骤简单，时间短，所需样品量少，避免交叉污染。样品可以是有机的或无机的化合物、生物样品和凯氏浓缩液。用此法制备光谱测量样品可将样品和反应试剂直接封入放电管中，可测量仅含有1～2微克氮样品的15N丰度。如充入氮(He)和氩(Ar)等惰性气体，样品量可进一步减少。