元素分析仪快速测定海洋沉积物TOC和TN的条件优化孙萱,宋金明,于颖,孙玲玲(中国科学院海洋研究所,山东青岛266071摘要:报道了在优化样品前处理、燃烧温度、最小加氧量和最佳称样量的基础上,综合构建优化了直接固体进样varioMACROcube元素分析仪同时测定海洋沉积物样品中总有机碳(TOC和总氮(TN的条件,即准确称取20~30mg沉积物样品用1mol/L盐酸除去无机碳后,直接进样在燃烧管温度960,℃次级燃烧管温度830,℃还原管温度900,℃氦气压力0.12MPa,流量600mL/min,氧气压力0.20MPa,加氧量22.5mL仪器条件下,用标准曲线法峰面积获取TOC和TN浓度。结果表明,海洋沉积物中TOC和TN测定的检出限分别为0.0508%和0.0146%,回收率分别为97.7%~100.9%和97.2%~101.1%,对4个实际外海沉积物样测定总有机碳和总氮结果的相对标准偏差(RSD为0.83%~3.06%和1.33%~3.49%(n=12。该方法操作简便快速、灵敏度高,具有较好的精密度和准确度,可准确可靠地用于海洋沉积物中总有机碳和总氮含量的测定。关键词:总有机碳;总氮;海洋沉积物;元素分析仪中图分类号:P734.4文献标识码:A文章编号:1000-3096(201407-0014-06doi:10.11759/hykx20130801001海洋沉积物处于水圈、生物圈和岩石圈的交汇地带,是有机质沉积和埋藏保存的重要储库,海洋沉积物作为生源要素碳、氮的重要源与汇,在其生物地球化学循环中起着至关重要的作用。海洋沉积物或沉降颗粒物中的有机碳含量及其变化是研究海洋地球化学过程、海洋碳循环、海洋环境、全球变化的重要测定参数或内容之一。碳循环直接关系到海洋对气候变化的调节能力和海洋初级生产力的大小[1]。近几十年来,人类活动每年向大气排放的CO2以碳计为5.5GtC(1Gt=109t,由于温室气体排放等造成的全球气候变暖及海平面上升等问题已受到普遍关注[2-3]。氮是生物生命活动必需的营养要素,海洋沉积物中的氮作为海水中氮的重要供给源是海洋生物赖以生存的重要物质基础,对维持海洋生态平衡、修复失衡的海洋生态环境具有重要意义[4]。从土壤或沉积物中流失的氮元素(主要以方式3NO-存在是引发江河湖泊和海洋等水体富营养化的最关键因素[5]。近年来,自全球海洋通量联合研究(JGOFS计划实施以来,海洋碳循环和陆地生态系统的研究取得了重大进展[6]。国内外专家学者对碳、氮相关方面作了许多研究[7-8]。作为目前国际地学前沿海洋生物地球化学过程研究所必须关注的关键参数,海洋沉积物中总有机碳TOC和总氮TN的准确测定备受关注。传统测定沉积物中有机碳的方法是K2CrO7-H2SO4溶液氧化法[9],但该法受到Cl–的干扰,测定的准确度低[10]。一般而言,海洋沉积物均吸附了一定量的Cl–,在180℃时可能造成部分氧化,使结果偏高。近年来,由于仪器的发展,微波密封消解技术[11-12]、非分散红外吸收有机碳分析技术[13]等新方法不断涌现,大大改进了TOC测定中的一些问题。对沉积物中的TN而言,传统的测定海洋沉积物样品中的氮所采用的凯氏定氮法和湿法氧化比色法因其操作繁琐、速度慢、工作强度大,无法满足大量样本的快速测定要求[14-15]。2007年国家颁布的海洋洋监测规范(GB17378.4-2007沉积物分析中总有机碳测定方法为重铬酸钾氧化-还原容量法和热导法。总氮的测定方法为凯氏滴定法。经过几十年的发展,海洋沉积物中碳氮的测定方法从主要依赖手工操作逐步发展为精密仪器检测,且测定越来越灵敏和快速简单,所得数据也越来越精确。元素分析仪测定碳、氮的原理是在富氧的条件下,试样高温燃烧分解,释放出的碳、氮分别被氧收稿日期:2013-08-01;修回日期:2013-11-21基金项目:中国科学院仪器设备功能开发技术创新项目(yg2012055作者简介:孙萱(1983-,女,山东青岛人,硕士,工程师,主要从事有机碳和元素分析研究,电话:82893867,E-mall:sunxuan525@163.com;宋金明,通信作者,研究员,博士生导师,E-mall:jmsong@qdio.ac.cn化为二氧化碳和氮氧化物,通过还原铜(同时吸收过量的氧气后,氮氧化物被还原为氮气,氮气和二氧化碳进入色谱柱分离后,由热导检测器检测。商品化元素分析仪具有灵敏度高、精密度好、取样量少、分析速度快、操作程序简便、自动化程度高等特点而应用于海洋沉积物样品的碳氮分析中[16]。本文针对目前测定海洋沉积物中TOC和TN存在的问题,充分考...