土壤与沉积物稳定同位素分析送样指南

土壤、沉积物等固体样品的稳定同位素分析结果，很大程度上取决于送样前的干燥、研磨与均质是否规范，以及是否针对目标指标做了正确的前处理。本文汇总核素科技实验室对固体样品常见同位素项目的送样要求，涵盖有机质碳同位素（δ¹³C-有机质）、碳酸盐碳氧同位素（δ¹³C、δ¹⁸O）、有机氮同位素（δ¹⁵N）、全硫同位素（δ³⁴S）以及金属同位素与元素含量分析。

本实验室送样要求

项目	最小送样量	样品状态	关键要求
有机质 δ¹³C	≥0.5 g 干样	冷冻干燥或 ≤40 ℃ 烘干、研磨、过筛	含碳酸盐样品需先去除无机碳。酸处理方式本身会系统性改变 δ¹³C 与 C/N（不只 δ¹⁵N）——实测方法间差异可达 δ¹³C 0.2–6.8‰、C/N 约 1–100，远大于仪器精度，足以颠覆陆源／水生的判读。故务必由实验室统一处理，并在同一研究内自始至终用同一方法
碳酸盐 δ¹³C、δ¹⁸O	散装粉末 ≥0.5 g；微量样（岩芯中的有孔虫、贝壳微区）≥0.5 mg	干燥、适度研磨	避免过度研磨生热；勿与酸接触；微量细粉易带静电，宜用玻璃瓶盛装。详见碳酸盐古气候样送样指南
有机氮 δ¹⁵N	≥0.5 g 干样	冷冻干燥或 ≤40 ℃ 烘干、研磨、过筛	不酸化（酸化会造成氮损失与分馏）；表中为最小量，因土壤氮含量通常远低于碳，低氮或贫有机质样品须按 N% 加量、实际用量通常多于 δ¹³C，可先联系实验室核算
全硫 δ³⁴S	≥2 g，且硫总量 ≥5 mg（两者取大）	冷冻干燥或 ≤40 ℃ 烘干、研磨过 100 目	不酸化；低硫样品按含量加量，可先联系核算
金属同位素（Li/Mg/Fe/Cu/Zn/Sr/Cd/Nd/Pb）	≥1 g，且目标元素含量须达下限	低温干燥（≤40 ℃）或冷冻干燥、研磨过 200 目	需消解与化学纯化；各元素浓度下限见金属同位素服务页，送样前沟通目标元素与同位素体系
Hg 同位素	≥5 g	采后即冷冻，须冷冻干燥；切勿风干或烘干	汞为挥发性元素，风干实测可损失约 24%（相对冻干对照），δ²⁰²Hg 随之被分馏；全程冷冻避光，送样请用冷链并提前告知
元素含量（主微量/稀土）	≥1 g	冷冻干燥或 ≤40 ℃ 烘干、研磨过 200 目	实验室消解；均质代表性，告知大致含量便于配置
元素含量（碳氮硫）	≥0.5 g	冷冻干燥或 ≤40 ℃ 烘干、研磨过 100 目	均质代表性

通用说明：样品经风干或冷冻干燥后研磨至均匀细粉（一般过 100 目，元素分析建议过 200 目），装入密封袋或样品瓶，清晰标注编号并附样品信息表，干粉样常温寄送即可（汞同位素样除外，见下）。保存与容器：野外湿样应 4 ℃ 冷藏避光并尽快完成干燥制样（沉积物宜在采样后 72 小时内、最好 24 小时内处理）；干燥研磨后的粉末，测无机项目装纸袋或聚乙烯袋、测有机质相关项目（有机质 δ¹³C、δ¹⁵N）装避光玻璃瓶密封，干燥通风、防潮防霉。干粉并非无限期稳定——实测显示贮存 300 天后 δ¹³C 偏负、δ¹⁵N 与 δ³⁴S 偏正，故制样后应尽早寄送，长期留样宜低温避光。请勿自行做前处理：去碳酸盐的酸化务必交由实验室完成。通行做法有两类——酸熏蒸法（样品置银杯中润湿，在含浓 HCl 的干燥器中熏蒸数小时，不漂洗、不损失水溶性碳）与直接加酸法（滴加稀盐酸，通常需漂洗）；文献比较表明熏蒸法在不过度暴露的前提下各项指标均合格，而直接加酸法会系统性低估有机碳含量，酸浓度以 1–2 M 稀 HCl 为宜（6 M HCl、亚硫酸、磷酸均被证实会显著改变 δ¹⁵N）；也请勿自行添加防腐剂、干燥剂或固定液。若已自行酸化，请在样品信息表中注明并另送一份未处理样用于 δ¹⁵N、δ³⁴S。研磨前请剔除砾石、根系、贝壳碎屑等异物，避免可见碳酸盐颗粒污染有机同位素结果。石油类等极高有机质基质样品需增加基质分离等前处理，请先与技术顾问沟通方案。若目标指标含量偏低或基质特殊，建议送样前与实验室沟通确认取样量与前处理方案。

干燥、研磨与前处理原理（面向研究设计）

以下为同位素地球化学中的通用机理，具体到某一项目的最优前处理请以与实验室确认为准。

去碳酸盐仅针对有机碳，且与氮/硫分开处理：土壤与沉积物中的无机碳（碳酸盐）δ¹³C 与有机碳显著不同，测定有机质 δ¹³C 前必须去除碳酸盐，通常用盐酸酸化或酸熏蒸完成。但酸化会导致含氮组分损失并使 δ¹⁵N 发生偏移（偏移幅度随样品基质与酸化方式而异），也不适用于 δ³⁴S。因此规范做法是：δ¹³C-有机质用酸化后的样品测定，而 δ¹⁵N、δ³⁴S 使用未酸化的样品单独测定。送样时提供足量样品并说明是否含碳酸盐，由实验室分别处理即可。
干燥要"快而不烫"：固体样的主要风险不是高温分馏，而是缓慢干燥期间的微生物矿化—— 实测表明泥炭在 20 ℃ 缓慢干燥时有机碳损失最大，80–105 ℃ 反而未见可辨识损失，而 56 ℃ 烘干对颗粒有机质的 bulk δ¹³C、δ¹⁵N 未产生显著位移。因此规范做法是尽快完成干燥：优先冷冻干燥，或用强制通风烘箱在不超过 40 ℃下烘干（现行土壤规范 HJ 166—2026 第 8.2.2.2 条"烘干"要求"一般温度控制在35℃±5℃"，并规定"分析方法有明确规定时，按分析方法执行"；ISO 11464:2006 对土壤风干与烘干均要求不超过 40 ℃），而非长时间室温风干；切勿使用测含水率的 105 ℃ 恒重法。
均质化是代表性的前提：固体样品需研磨为均匀细粉以保证取样代表性；研磨时应注意避免研磨器具（如塑料研磨罐、球磨珠）磨损带来的碳污染，器具材质须与目标指标匹配：测 δ¹³C 的样品勿用塑料研磨罐与球磨珠（器具磨损带来碳污染）；测金属同位素与微量／稀土元素的样品应避免与金属器具接触——实测钢制磨具引入 Fe、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn 与 Mo、W，碳化钨磨具引入 W 与 Co，宜改用玛瑙或瓷研钵。
氮是双同位素测定的限制因素：多数样品中氮含量远低于碳，贫有机质的沉积物尤为明显，因此 δ¹⁵N 所需样品量通常大于 δ¹³C。对于碳氮比很高（C/N > 20，此处为元素分析仪直出的质量比，乘约 14/12 换算成原子（摩尔）比约为 23）的样品，δ¹³C 与 δ¹⁵N 往往需分别进样测定。建议送样量宁多勿少，或先做预试验确定称样量。
碳酸盐样品避免过度研磨与酸接触：碳酸盐 δ¹³C、δ¹⁸O 测定对样品要求为干燥洁净的碳酸盐粉末，过度研磨生热或残留酸液均可能干扰氧同位素，取样时应保持样品原始碳酸盐相不受破坏。

常见问题

土壤/沉积物测有机质 δ¹³C 为什么要先去碳酸盐，而 δ¹⁵N、δ³⁴S 不酸化？

土壤与沉积物中无机碳（碳酸盐）的 δ¹³C 与有机碳显著不同，测有机质 δ¹³C 前必须去除碳酸盐（通常用盐酸酸化或酸熏蒸）。但酸化会导致含氮组分损失并使 δ¹⁵N 偏移（幅度随基质与酸化方式而异），也不适用于 δ³⁴S。因此规范做法是：δ¹³C-有机质用酸化后样品测、δ¹⁵N 与 δ³⁴S 用未酸化样品单独测。送样时提供足量样品并说明是否含碳酸盐，由实验室分别处理即可。

固体样一般要送多少、怎么干燥研磨？

有机质 δ¹³C、有机氮 δ¹⁵N 与碳氮硫含量一般 ≥0.5 g 干样，主微量与稀土 ≥1 g；全硫 δ³⁴S 需 ≥2 g 且硫总量 ≥5 mg（两者取大）。样品经风干或冷冻干燥后研磨至均匀细粉（一般过 100 目，元素分析建议过 200 目），研磨前剔除砾石、根系、贝壳碎屑等异物避免碳酸盐污染。干燥优先冷冻干燥或风干、低温（土壤样一般不超过 40 ℃，HJ 166—2026 的烘干条款为 35 ℃±5 ℃），避免高温长时间加热引起同位素分馏。装密封袋标注编号常温寄送即可；石油类等极高有机质样品需增加基质分离等前处理，请先与技术顾问沟通方案。

碳氮比很高（C/N>20）的样品要注意什么？为什么 δ¹⁵N 送样量更大？

多数样品氮含量远低于碳，贫有机质沉积物尤为明显，故 δ¹⁵N 所需样品量通常大于 δ¹³C。对 C/N>20 的样品，δ¹³C 与 δ¹⁵N 往往需分别进样测定。建议送样量宁多勿少，低氮/低硫样品需按含量加量，可先与实验室核算称样量。

参考文献

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首次发布：2026-07-05 ｜最后更新：2026-07-18