水样稳定同位素分析送样指南

水样稳定同位素分析对采样、过滤与保存条件较为敏感，操作不当可能引入同位素分馏而影响结果准确性。 本文汇总核素科技实验室对各类水样稳定同位素项目的送样要求，涵盖溶解无机碳（δ¹³C-DIC）、溶解有机碳（δ¹³C-DOC）、 硝酸盐氮氧同位素（δ¹⁵N、δ¹⁸O）及三氧同位素（Δ¹⁷O）、铵盐氮同位素（δ¹⁵N）、水氢氧同位素（δ²H、δ¹⁸O） 与硫酸盐硫氧同位素（δ³⁴S、δ¹⁸O）。

本实验室送样要求

通用说明：现场用 0.22 μm 滤膜过滤，去除颗粒物并大幅降低微生物丰度，配合低温保存以抑制生物活动改变同位素组成； 4 ℃ 冷藏、避光、尽快寄送。请勿自行添加 HgCl₂、氯仿、乙醇等毒化剂或任何防腐剂——本实验室硝酸盐采用细菌反硝化法，经毒化剂灭菌的样品无法测定，汞盐等还受危险品运输限制；0.22 μm 过滤配合低温即为推荐的抑菌方式。只有硝酸盐样可冷冻，且须用塑料瓶、只装约 3/4 留出结冰膨胀空间；DIC、DOC、水氢氧、铵盐、硫酸盐样一律 4 ℃ 冷藏、切勿冷冻（冷冻会使玻璃瓶炸裂、塑料瓶失封，并导致 CO₂ 脱气而使 δ¹³C-DIC 偏移）。各项目请分瓶单独采样，不要一瓶多用。保存期限：过滤后 0–4 ℃ 冷藏的 DIC、硝酸盐样在数周内相对稳定（文献实测 0.4 μm 过滤 + 0–4 ℃ 可稳定约 90 天），但仍应尽早寄送；硫酸盐样宜数日内到样，久置即使冷藏也可能因细菌硫酸盐还原产生分馏。 海水、盐湖水等高盐样品与石油类高有机质样品需增加脱盐或基质分离等前处理，请先与技术顾问沟通方案与所需样品量。 若样品浓度偏低或基质特殊，建议送样前与实验室沟通确认。

采样与保存原理（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保存方式请以与实验室确认为准。

• DIC 装满不留顶空：留有顶空时溶解 CO₂ 会与顶空及大气气相发生交换与脱气，而大气 CO₂ 的 δ¹³C（约 −8‰） 通常不同于天然水体 DIC，交换会驱动 δ¹³C-DIC 漂移。装满密封可避免此过程。
• 氢氧同位素防蒸发：蒸发时轻同位素（¹H、¹⁶O）优先进入气相，残留水体 δ²H、δ¹⁸O 偏正； 该过程叠加平衡分馏与动力学（扩散）分馏，也是蒸发线斜率小于全球大气降水线（约 8）、通常落在约 4–6 的成因。 故水样须装满、密封，避免存放期间蒸发。
• 硝酸盐避光冷冻：低温与避光可抑制微生物同化、硝化/反硝化及光化学过程对 NO₃⁻ 同位素组成的改变（冷冻须用塑料瓶、只装约 3/4 留出结冰膨胀空间，见上表）。 其中 Δ¹⁷O（¹⁷O 异常）是识别大气来源硝酸盐的可靠指纹——大气硝酸盐经含臭氧的氧化路径继承非质量分馏信号而具显著正 Δ¹⁷O， 微生物硝化产生的硝酸盐 Δ¹⁷O 接近 0，据此可区分大气沉降与陆源/硝化来源。
• 铵盐（氨氮）易挥发：铵在偏碱性或暴露条件下易以 NH₃ 形式挥发损失并伴随分馏，故需冷藏、尽快寄送； 如需较长时间保存，建议与实验室确认保存方案。
• 低浓度富集：硝酸盐等低浓度水样可通过富集前处理测定，送样前应告知离子浓度以便核算所需体积。

常见问题

相关检测服务

参考文献

1. International Atomic Energy Agency（由 FAO/IAEA 粮农核技术联合司编写）(2018) Sampling and Isotope Analysis of Agricultural Pollutants in Water. IAEA-TECDOC-1850, IAEA, Vienna.（支持以过滤而非毒化剂灭菌、装满不留顶空、水氢氧宜用带隔垫玻璃瓶、"不要冷冻"、过滤后可冷藏数周、硫酸盐宜 2–3 日内完成过滤与 BaSO₄ 沉淀，以及严禁用氯化汞等毒化剂灭菌。规范要求，开放获取） https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/TE1850_web.pdf
2. Coplen T.B., Qi H., Revesz K., Casciotti K., Hannon J.E. (2007, v1.1 2012) Determination of the δ15N and δ18O of nitrate in water; RSIL lab code 2900. U.S. Geological Survey Techniques and Methods 10-C17.（支持硝酸盐样用棕色 HDPE 瓶、冷冻或 4 ℃ 保存以抑制微生物活动、冷冻时最多装至瓶容积 3/4 留膨胀空间，以及经氯化汞等防腐剂处理的样品不适用细菌反硝化法。规范要求，开放获取） https://doi.org/10.3133/tm10C17
3. Singleton G.L., Revesz K., Coplen T.B. (2012) Determination of the δ13C of dissolved inorganic carbon in water; RSIL lab code 1710. U.S. Geological Survey Techniques and Methods 10-C18.（支持 DIC 样用玻璃瓶、配锥形内衬盖或以 Parafilm／胶带缠封保证气密、溢流法装瓶、未加沉淀剂时须 4 ℃ 冷藏。规范要求，开放获取） https://doi.org/10.3133/tm10C18
4. Hannon J.E., Böhlke J.K. (2008) Determination of the delta(15N/14N) of Ammonium (NH4+) in Water: RSIL Lab Code 2898. U.S. Geological Survey Techniques and Methods 10-C15.（支持铵盐样经 0.45 μm 过滤入 HDPE 瓶并留少量顶空、加无铵浓硫酸酸化至 pH≤2 保存、瓶签须注明已加硫酸。规范要求，开放获取） https://doi.org/10.3133/tm10C15
5. Carmody R.W., Plummer L.N., Busenberg E., Coplen T.B. (1998) Methods for collection of dissolved sulfate and sulfide and analysis of their sulfur isotopic composition. U.S. Geological Survey Open-File Report 97-234.（支持还原性地下水提至地表后溶解硫化物遇氧即氧化为硫酸盐、硫化物 δ34S 可比硫酸盐负 65‰ 而显著改变结果，以及 BaSO₄ 制备的最低目标量。规范要求与文献实测量级，开放获取） https://doi.org/10.3133/ofr97234
6. Taipale S.J., Sonninen E. (2009) The influence of preservation method and time on the δ13C value of dissolved inorganic carbon in water samples. Rapid Communications in Mass Spectrometry 23(16):2507-2510.（支持普通玻璃瓶与 PE 瓶中即使加 CuSO₄，δ13C-DIC 仍随存放时间系统性偏正——即保存期限必须写明。实测值。原文付费墙，本站未取得原文全文） https://doi.org/10.1002/rcm.4072
7. Li X., Liu W. (2011) Effect of preservation on the δ13C value of dissolved inorganic carbon in different types of water samples. Isotopes in Environmental and Health Studies 47(3):379-389.（支持冷冻保存与 BaCO₃ 沉淀保存均使 δ13C-DIC 偏正，而 0.4 μm 过滤 + 0–4 ℃ 冷藏可稳定约 90 天——即 DIC 样不可冷冻。实测值。原文付费墙，本站未取得原文全文） https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/21809940/
8. Khan E., Subramania-Pillai S. (2007) Interferences contributed by leaching from filters on measurements of collective organic constituents. Water Research 41(9):1841-1850.（支持滤膜过滤过程会溶出有机物干扰 DOC 测定、不同滤膜溶出量差异极大——即 δ13C-DOC 过滤前须淋洗滤膜、弃初滤液。实测值。原文付费墙，本站未取得原文全文） https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/17367838/