技术文档

1. 引言

有机碳（δ¹³C）和氮（δ¹⁵N）稳定同位素分析是研究古环境、生物地球化学循环和有机质来源的重要手段。页岩和土壤样品的预处理需严格避免污染，并确保样品代表性。本文档详细说明实验室处理流程。

2. 样品前处理

2.1 样品采集与保存

• 页岩样品：

  • 使用洁净地质锤或钻取岩芯，避免表面风化部分，采集后密封于铝箔或玻璃容器中，-20℃保存（防止有机质降解）。

• 土壤样品：

  • 采集表层（0-20 cm）或深层剖面样品，去除植物残体、根系，过2 mm筛，冷冻干燥后研磨至<100目。

2.2 去除无机碳（针对δ¹³C分析）

页岩和钙质土壤需去除碳酸盐：

1. 称取50-100 mg样品置于离心管中。

2. 加入1 mol/L盐酸（HCl）至无气泡产生（反应时间≥4小时）。

3. 离心（3000 rpm, 5 min），弃上清液，用超纯水洗涤至中性（pH=7）。

4. 冷冻干燥后研磨均匀。

注意：酸处理可能影响部分有机氮，若同步分析δ¹⁵N，需分装样品或改用微酸处理（如10% HCl）。

3. 样品制备

3.1 称量与包裹

• 使用分析天平精确称取处理后的样品（页岩：1-3 mg，土壤：3-5 mg）。

• 包裹于锡杯（δ¹³C）或银杯（δ¹⁵N）中，压紧避免残留空气。

3.2 仪器校准

• 标准物质（如USGS24、IAEA-N1）与样品同批运行，校正同位素比值质谱仪（IRMS）数据。

4. 仪器分析

4.1 元素分析-同位素比值质谱（EA-IRMS）

• 燃烧条件：

  • 燃烧炉温度：1020℃（碳）、950℃（氮）。

  • 载气：高纯氦气（He）。

• 检测器：

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

4.2 数据校正

• 采用国际标准VPDB（δ¹³C）和AIR（δ¹⁵N）标度。

• 线性回归法校正仪器漂移。

5. 质量控制

1. 空白对照：每批次插入空白锡杯，扣除背景值。

2. 重复性：至少10%样品重复分析，标准偏差应<0.2‰。

3. 回收率：通过标准物质验证C/N回收率（目标：98-102%）。

6. 常见问题与解决方案

7. 参考文献

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

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