尿素絡合法分離-氣相色譜/同位素質(zhì)譜法分析土壤和植物中低含量(ppm級)正構(gòu)烷烴的碳同位素

尿素絡合法分離-氣相色譜/同位素質(zhì)譜法分析土壤和植物中低含量(ppm級)正構(gòu)烷烴的碳同位素

王寧1，2， 朱慶增1，3， 謝曼曼1， 宋智甲4， 王道聰5， 賈秋喚1，2， 岑況2， 儲國強3， 孫青1*

(1.國家地質(zhì)實驗測試中心， 北京 100037；2.中國地質(zhì)大學(北京)地球科學與資源學院， 北京 100083;

3.中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所， 北京 100029;

4.中國科學院大連化學物理研究所， 遼寧 大連 116023;

5.內(nèi)蒙古自治區(qū)第八地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院， 內(nèi)蒙古自治區(qū) 烏海 016000)

摘要:尿素絡合法和5?分子篩法是常用的分離富集環(huán)境樣品中正構(gòu)烷烴的方法，但由于復雜的處理流程對于低含量正構(gòu)烷烴的回收率普遍較低。本文通過優(yōu)化尿素絡合法分離富集正構(gòu)烷烴的實驗條件，建立了尿素絡合法分離-氣相色譜/同位素質(zhì)譜分析土壤和植物中低含量正構(gòu)烷烴單體碳同位素的方法。即采用正己烷-丙酮溶解樣品，在 4℃冰箱中與2 mL尿素-甲醇飽和溶液反應48 h；用去離子水溶解尿素絡合物，加入正己烷后分離出有機相和水相，分別用正己烷、丙酮-正己烷萃取有機相和水相中的正構(gòu)烷烴。中長鏈正構(gòu)烷烴的回收率達79%～104%，高于5?分子篩法和已有尿素絡合法的富集效果；單體碳同位素的分析精度為0.09‰～0.63‰(1σ)。利用改進的方法分析實際樣品，大幅降低了未分峰和共流出物的干擾，提高了實際樣品中ppm級中長鏈正構(gòu)烷烴的回收率。

關(guān)鍵詞:土壤和植物樣品； 低含量正構(gòu)烷烴； 尿素絡合法； 單體碳同位素分析； 氣相色譜法； 氣相色譜-氣體同位素質(zhì)譜法

中圖分類號:S151.93; O657.71； O657.63

收稿日期：2014-08-31； 修回日期： 2015-05-02； 接受日期： 2015-07-03

基金項目：國家自然科學

作者簡介：高松，博士，高級工程師，主要從事環(huán)境污染修復及環(huán)境污染物分析研究。E-mail: gsong@jlu.edu.cn。

通訊作者：劉娜，教授，博士生導師，主要從事環(huán)境生物修復技術(shù)研究。E-mail: liuna@jlu.edu.cn。

文章編號：0254-5357(2015)04-0480-07

DOI:10.15898/j.cnki.11-2131/td.2015.04.017

正構(gòu)烷烴是植物葉蠟的主要組成部分，主要用來維持葉片表面的水分平衡[1]，保護葉片不受有害細菌和微生物損傷[2]，在植物死亡后可以保存于地質(zhì)體中，植物中的正構(gòu)烷烴一般不易發(fā)生降解，能夠較為真實地反映生物體貢獻的原始正構(gòu)烷烴分布及碳同位素組成[3]。正構(gòu)烷烴碳同位素組成可用于沉積物中有機質(zhì)來源及沉積環(huán)境的探討，指示古氣候變化，對古植被歷史恢復及古環(huán)境重建有著重要的意義[4-8]。

分析正構(gòu)烷烴單體碳同位素常使用的儀器是氣體同位素質(zhì)譜儀，為了減少不同分子化合物之間的相互影響，提高測定的準確度，在分析正構(gòu)烷烴單體碳同位素之前，需要對樣品中正構(gòu)烷烴進行預分離富集處理[8]，減少未分峰和共流出的干擾。目前，常用的分離樣品中正構(gòu)烷烴的方法有5 ?分子篩法[9-18]和尿素絡合法[19-28]。5 ?分子篩法受環(huán)境影響較大，且樣品濃度較低時正構(gòu)烷烴的回收率不高[17]。尿素絡合法的特點是，在較寬的脂肪鏈范圍內(nèi)都適用，操作簡單靈活。尿素絡合法分離富集正構(gòu)烷烴在石油化工業(yè)[21-26]、大氣顆粒物研究[27]、古氣候古環(huán)境研究[28-30]等領(lǐng)域有著非常廣泛的應用，這些應用所采用的尿素絡合流程總體相似，但前處理方法存在很多差異。例如，王素萍[28]將氮吹干的烷烴餾分中加入尿素-甲醇飽和溶液1.5 mL，于冰箱靜置24 h以上，形成的絡合物用蒸餾水溶解后用正己烷萃取。Yamamoto等[27]用正己烷-丙酮混合液溶解樣品，再用1.5 mL尿素-甲醇飽和溶液絡合正構(gòu)烷烴；Ellis[31]用甲苯-甲醇混合溶劑溶解烷烴餾分，但是甲苯的毒性較大。在已有的研究報道中，環(huán)境樣品中高含量正構(gòu)烷烴的回收率較高，但低含量正構(gòu)烷烴的回收率普遍較低[20，24，27]。由于尿素絡合法步驟多、流程長，每部分處理流程中都可能損失一些正構(gòu)烷烴，系統(tǒng)優(yōu)化前處理過程中各個步驟、減少前處理過程中正構(gòu)烷烴的損失是提高正構(gòu)烷烴回收率的關(guān)鍵。本文詳細研究了尿素絡合方法中反應溶劑、反應活化劑等絡合實驗條件對正構(gòu)烷烴回收率的影響，優(yōu)化了前處理流程，有效提高了正構(gòu)烷烴回收率，建立了尿素絡合法分離-氣相色譜/同位素質(zhì)譜法分析植物和土壤樣品中的低含量正構(gòu)烷烴(ppm級)的碳同位素分析方法。

1實驗部分

1.1儀器

GC-2010氣相色譜儀(日本島津公司)。

氣體同位素質(zhì)譜儀：TRACE GC ULTRA氣相色譜儀-GC ISOLINK接口-MAT253質(zhì)譜儀(美國Thermo公司)。

KL512氮吹儀(北京康林科技有限責任公司)；DionexASE350加速溶劑萃取儀(美國Dionex公司)。

EG20Aplus電熱板(北京萊伯泰科儀器有限公司)；XMTA-C9000馬弗爐(天津市泰斯特儀器有限公司)。

1.2主要試劑

C7～C40正構(gòu)烷烴混合標準(美國Sigma公司)。

尿素：分析純(北京化工廠)。

甲醇、正己烷、環(huán)己烷：農(nóng)殘級(美國Fisher公司)。

丙酮：色譜純(美國Fisher公司)。

二氯甲烷：農(nóng)殘級(中國Cleman公司)。

硅膠：Silica gel 60(40～63 μm，德國Merck公司)。

載氣：高純氮氣和高純氦氣，含量99.999% (北京市北溫氣體制造廠)。

1.3樣品來源和樣品分析

1.3.1樣品來源

實際樣品是北京市區(qū)植物樣品(39°55.56′N，116°19.83′E)，上海市區(qū)(31°11.37′N，121°34.87′E)及云南撫仙湖周圍(24°21.3′N，102°50.24′E)表層土壤樣品。

1.3.2母液合成

利用超聲萃取提取土壤和植物混合樣品中的類脂化合物，過硅膠柱獲得烷烴餾分，為了提高主碳鏈正構(gòu)烷烴含量，加入部分正構(gòu)烷烴，用旋蒸儀蒸干，正己烷溶解作為測試母液。氣相色譜法(GC)分析外標法定量結(jié)果表明母液中C17～C40正構(gòu)烷烴的含量為5～12 μg/g。

1.3.3實際樣品的ASE提取與烷烴餾分分離

實際樣品用加速溶劑萃取儀(ASE)提取。ASE提取法的條件為：萃取溫度100℃，萃取壓力10.3 MPa，靜態(tài)萃取時間10 min，樣品重復提取2次，循環(huán)次數(shù)為2。將提取樣品濃縮，過硅膠柱，獲取烷烴餾分[18]并用正己烷溶解。GC法測定烷烴餾分中正構(gòu)烷烴的含量。

1.3.4正構(gòu)烷烴分離

(1)尿素絡合法

取0.5 mL母液或樣品的烷烴餾分，加入2 mL尿素-甲醇飽和溶液，加入0.5 mL丙酮，放置于4℃冰箱中反應48 h。取出樣品瓶，移去上清液，并用正己烷清洗尿素絡合物，移去清液，保留尿素絡合物，用去離子水溶解絡合物，正己烷萃取正構(gòu)烷烴。GC測定正構(gòu)烷烴含量，氣相色譜-氣體同位素質(zhì)譜法(GC-C-IRMS)測定正構(gòu)烷烴單體碳同位素。

(2)5?分子篩吸附法

5?分子篩吸附法可用于精確測定樣品中正構(gòu)烷烴的同位素比值，本文通過尿素絡合法和分子篩吸附法分離富集的對比實驗驗證改進的尿素絡合法測定正構(gòu)烷烴單體碳同位素比值的準確性和精確性。5?分子篩吸附法的簡單流程是：利用5?分子篩吸附，環(huán)己烷-正戊烷混合溶劑洗脫分離富集正構(gòu)烷烴，用GC法測定正構(gòu)烷烴含量，GC-C-IRMS法測定母液樣品中正構(gòu)烷烴單體碳同位素[15，18]。

1.3.5氣相色譜和氣體同位素質(zhì)譜分析條件

GC分析條件：載氣為高純氮氣，DB-5MS色譜柱(30.0 m×0.25 mm×0.25 μm，美國Agilent公司)。優(yōu)化方法時正構(gòu)烷烴分析采用程序升溫條件：柱箱起始溫度60℃，以15℃/min升至250℃，以8℃/min升至300℃，再以6℃/min升至320℃平衡10 min；氫火焰離子檢測器溫度為350℃。實際樣品程序升溫條件為：柱箱起始溫度60℃，以3℃/min升至320℃，平衡10 min；氫火焰離子檢測器溫度為350℃。外標法定量：正構(gòu)烷烴濃度=樣品中正構(gòu)烷烴的峰面積×正構(gòu)烷烴混合標準中正構(gòu)烷烴的濃度/正構(gòu)烷烴混合標準中正構(gòu)烷烴的峰面積。

GC-C-IRMS分析條件：載氣為高純氦氣；GC ISOLINK接口條件：氧化爐溫度960℃，還原爐溫度640℃。氣相色譜條件為：DB-5MS色譜柱(30.0 m×0.25 mm×0.25 μm，美國Agilent公司)；進樣口溫度280℃，進樣口模式為不分流。色譜柱程序升溫條件為：初始溫度80℃，以4℃/min升至320℃，保持10 min，載氣流速為2.0 mL/min。

圖 1　尿素-甲醇飽和溶液加入量對正構(gòu)烷烴回收率的影響

1.3.6數(shù)據(jù)處理

正構(gòu)烷烴的回收率(R)，按如下公式計算：

碳同位素比值，按如下公式計算：

式中：碳同位素比值δ13C以δ13C-VPDB表示。

2結(jié)果與討論

2.1尿素添加量對正構(gòu)烷烴回收率的影響

利用尿素與正構(gòu)烷烴形成通道型包和物的原理，可以分離純化烷烴餾分中的正構(gòu)烷烴。尿素的用量影響絡合物的效率。實驗研究了0.5 mL母液中加入不同量(0.1、0.5、1.0、1.5、2、2.5、3 mL)尿素-甲醇飽和溶液后正構(gòu)烷烴的絡合回收效果。圖1結(jié)果表明，短碳鏈正構(gòu)烷烴(

如圖1a所示，尿素-甲醇飽和溶液加入量為0.1～1.0 mL時，短碳鏈正構(gòu)烷烴(

2.2絡合條件優(yōu)化

2.2.1樣品溶劑對正構(gòu)烷烴回收率的影響

在尿素絡合過程中，樣品的溶劑影響尿素-甲醇飽和溶液與正構(gòu)烷烴接觸、反應的速度和均勻性，影響正構(gòu)烷烴回收率[25]。有文獻采用氮吹吹干的烷烴餾分后加入尿素-甲醇飽和溶液[28]，有文獻采用不同溶劑[18]溶解烷烴餾分后加入尿素-甲醇飽和溶液[27，31]進行絡合反應。本文初步研究了是否采用溶劑溶解以及采用何種溶劑溶解樣品。

一組實驗對比研究了加入0.5 mL正己烷和不加正己烷溶解樣品的正構(gòu)烷烴的回收率，如圖2a所示，其中一組將母液氮吹干后加入正己烷后C20～C40正構(gòu)烷烴回收率為52%～79%，明顯高于不加正己烷時正構(gòu)烷烴的回收率(<30%)。原因是樣品中加入正己烷溶解后，樣品中的正構(gòu)烷烴能夠與尿素充分接觸。

另一組實驗對比研究了加入0.5 mL正己烷-0.7 mL丙酮的混合溶劑、加入0.5 mL正己烷后中長鏈正構(gòu)烷烴的回收率。如圖2b所示，加入丙酮的正構(gòu)烷烴的回收率比不加丙酮的回收率高出6%～20%。顯然，加入正己烷和丙酮能有效提高正構(gòu)烷烴的回收率。優(yōu)化后的流程中采用0.5 mL正己烷-0.7 mL丙酮混合溶劑溶解樣品。

2.2.2絡合反應時間的選擇

常溫下，攪拌反應生成正構(gòu)烷烴尿素絡合物的時間較短，但絡合物中包合的支鏈等烷烴雜質(zhì)較多，在古氣候古環(huán)境的應用研究中多采用低溫長時間的反應(4℃，24 h)。時間較短時，正構(gòu)烷烴不能全部形成絡合物；時間較長時，雖然正構(gòu)烷烴能夠全部形成尿素絡合物，但隨著時間的增加，絡合物會發(fā)生分解。

本實驗將加入反應物的4 mL樣品瓶放置在4℃冰箱內(nèi)反應24、48、72 h，正構(gòu)烷烴回收率情況如圖3a所示。反應時間為48 h的回收率最高，C17～C34正構(gòu)烷烴的回收率比24 h和72 h條件下高出7%～37%，C35～C40正構(gòu)烷烴的回收率與24 h和72 h條件下相差不大，僅高出0～7%，說明長鏈正構(gòu)烷烴的尿素絡合物會更穩(wěn)定，較難分解。考慮到正構(gòu)烷烴回收率與反應時間的關(guān)系，在改良的尿素絡合流程中選擇的最佳反應時間為48 h。

2.3萃取溶劑的選擇

尿素與正構(gòu)烷烴形成的尿素絡合物，加入去離子水溶解，通常采用正己烷萃取正構(gòu)烷烴。本實驗比較了萃取溶劑為正己烷、正己烷-丙酮混合液對正構(gòu)烷烴的萃取效果。如圖3b所示，萃取溶劑為正己烷-丙酮混合液時，正構(gòu)烷烴回收率高于未加丙酮的對照組：C18～C24和C24～C39正構(gòu)烷烴的回收率分別高出未加丙酮對照組5%～13%和1%～14%。提取溶劑中加入丙酮可能實現(xiàn)了組分分離的傳質(zhì)過程，從而有效提高了正構(gòu)烷烴的回收率。

2.4優(yōu)化的尿素絡合法分離富集樣品中正構(gòu)烷烴流程

通過優(yōu)化實驗條件，確定尿素絡合法流程為：取0.5 mL母液或樣品于4 mL樣品瓶中，加入0.7 mL丙酮和2 mL尿素-甲醇飽和溶液，放置于4℃冰箱中反應48 h。取出樣品瓶，移去上清液，并用正己烷洗兩遍尿素絡合物，移去清液，保留尿素絡合物，用去離子水溶解尿素絡合物，分離出有機相和水相。有機相(含少量水)中用正己烷萃取富集正構(gòu)烷烴3次；水相中加入0.7 mL丙酮-1 mL正己烷萃取正構(gòu)烷烴，萃取3次。合并萃取液，濃縮至0.5 mL，GC測定正構(gòu)烷烴含量，GC-C-IRMS測定正構(gòu)烷烴單體碳同位素。

圖 2尿素絡合溶劑對正構(gòu)烷烴回收率的影響

Fig.2Effect of urea complexation solvent on recoveries ofn-alkanes

圖 3不同絡合反應時間(a)和萃取溶劑(b)對正構(gòu)烷烴回收率的影響

Fig.3Effect of adduction reaction time (a) and extracting solvent with acetone (b) on recoveries ofn-alkanes

3方法驗證

3.1尿素絡合法分析正構(gòu)烷烴的回收率和碳同位素比值

按優(yōu)化的方法進行6次平行實驗，結(jié)果見表1。中長鏈正構(gòu)烷烴(C19～C40)的回收率為79%～104%，高于文獻報道的同濃度等級的正構(gòu)烷烴(C16～C30)的尿素絡合法分離凈化的回收率(5.2%～66.7%)[27]，也高于文獻報道的同濃度等級的正構(gòu)烷烴(C12～C34)的5?分子篩法分離凈化的回收率(31%～61%)[9]。正構(gòu)烷烴絡合回收率的精密度(RSD，n=6)為2%～6%，穩(wěn)定性好；正構(gòu)烷烴單體碳同位素的分析精度為0.09‰～0.63‰(1σ，見表1)，分析精度與5?分子篩法相似[17]。

對比研究了本文建立的尿素法和5?分子篩吸附洗脫法[17]處理母液獲得的正構(gòu)烷烴單體碳同位素值，兩者的差值在分析誤差范圍內(nèi)，考慮到5?分子篩吸附法基本不會引起正構(gòu)烷烴單體碳同位素的分餾[2]，認為該尿素絡合法沒有造成正構(gòu)烷烴的碳同位素分餾。

3.2實際樣品分析

按照優(yōu)化的實驗條件，對實際樣品經(jīng)ASE萃取[32]-硅膠柱色譜分離-尿素絡合法凈化，用GC-C-IRMS分析土壤、沉積物及植物中正構(gòu)烷烴單體碳同位素組成。樣品中含有一定量的非正構(gòu)烷烴類，經(jīng)過簡單的硅膠柱色譜凈化，未分峰顯著。采用尿素絡合凈化后，獲得了良好的凈化效果，尿素絡合法分離后的烷烴餾分中共流出和未分峰明顯減少。除個別正構(gòu)烷烴單體化合物外，實際樣品的正構(gòu)烷烴的回收率均較高，滿足了正構(gòu)烷烴單體碳同位素的分析要求。表2列出了實際樣品中正構(gòu)烷烴的絡合分離回收率及正構(gòu)烷烴單體碳同位素比值。

表 1尿素絡合法分離正構(gòu)烷烴的回收率、精密度；尿素絡合法與5?分子篩法分析正構(gòu)烷烴單體碳同位素值對比

Table 1An Improved Urea Adduction Method for Analyzing Carbon Isotope of ppm-leveln-alkanes in Soil and Plant Samples by Gas Chromatography-Isotope Mass Spectrometry

組分名尿素絡合法5?分子篩法正構(gòu)烷烴的絡合分離回收率(%)正構(gòu)烷烴的δ13C(‰)正構(gòu)烷烴的δ13C(‰)123456平均值RSD(%)123456平均值1σ平均值C19869090928789892-30.12-30.55-30.36-30.12-30.77-30.33-30.370.25-30.61C20848785898284853-32.44-32.06-31.79-31.72-31.63-31.11-31.790.45-31.84C21929395968993933-28.93-28.93-28.55-28.84-28.66-28.63-28.760.17-29.17C22949395969194942-33.94-33.98-34.29-34.26-34.10-33.46-34.010.30-34.09C239097981009397964-32.59-32.64-32.2-32.49-32.70-33.11-32.620.30-32.9C24798081827780802-31.77-32.26-32.76-31.94-31.98-32.12-32.140.34-32.4C25848485868185842-30.36-30.77-30.52-30.55-30.27-30.56-30.500.17-30.35C26929494968994932-32.78-32.24-33.03-32.06-32.29-31.74-32.360.47-32.48C27848585858084843-30.85-31.00-31.27-30.82-31.07-31.52-31.090.27-30.94C28838685868085843-30.27-30.34-30.01-30.09-29.96-30.00-30.110.16-30.76C29878988908388873-30.71-30.55-30.54-30.73-30.58-30.72-30.640.09-30.83C30899091938491903-32.72-32.58-32.06-32.34-32.43-32.09-32.370.26-32.1C31798080817579793-31.53-31.90-31.99-31.84-31.72-31.71-31.780.16-31.88C32929493948794923-30.43-30.63-30.19-30.80-30.56-30.21-30.470.24-30.91C33959796979096953-34.01-33.81-34.67-34.10-33.54-33.46-33.930.44-33.7C34889089918489893-30.6-30.23-31.74-30.89-31.05-30.94-30.910.50-31.18C35889090918490893-30.83-30.84-30.37-30.85-30.89-29.72-30.580.47-30.66C36103106104106991041043-30.19-29.20-30.16-30.11-29.13-29.93-29.790.49-29.09C37101104103106981031023-30.17-29.99-29.24-29.42-30.90-30.49-30.040.63-29.82C38889290938790903-29.21-29.49-29.50-29.41-29.71-29.46-29.470.16-29.91C39889794989195944-29.35-29.20-28.57-28.68-28.96-28.83-28.930.30-29.14C40738584878385836-35.10-35.12-35.49-34.54-35.29-34.76-35.050.35-34.77

表 2實際樣品中正構(gòu)烷烴的絡合分離回收率及正構(gòu)烷烴單體碳同位素分析結(jié)果

Table 2The recoveries and accuracies of compound specific carbon isotopes ofn-alkanes in practical sample

組分名正構(gòu)烷烴的回收率(%)正構(gòu)烷烴的δ13C(‰)撫仙湖土壤上海土壤松樹銀杏小葉冬青龍爪槐撫仙湖土壤上海土壤松樹銀杏小葉冬青龍爪槐C1660.456.9-----28.74-27.44----C1765.970.2-77.739.6--29.33-30.03--27.83--C2095.399.2--99.4--27.62-27.84----C2181.476.2-86.1105.2--31.39-32.96----C2280.470.783.994.971.988.1-33.19-34.59--29.17--35.58C2353.881.080.789.294.784.6-29.67-31.33-28.67-29.11-28.73-34.06C24-73.482.892.797.788.7--31.25-28.26-29.82-28.74-35.67C2575.684.682.589.688.186.4-29.69-31.45-29.42-30.05-28.35-36.46C2685.676.896.192.0104.591.9-30.68-31.04-27.65-30.11-28.17-38.33C2779.595.882.588.589.186.1-28.48-32.30-30.14-30.76-28.54-37.53C2833.489.581.285.187.083.6-31.51-32.15-29.63-30.08-29.43-37.61C2980.3106.679.485.487.485.3-30.66-33.29-30.62-30.11-28.60-35.49C3075.279.175.183.884.482.5-32.27-33.52-33.58-31.95-31.35-39.77C3178.6103.073.789.684.385.5-31.00-32.60-29.74-29.42-29.45-34.60C3274.371.861.6-79.780.2-32.50-34.33----38.70C3368.072.361.0-72.677.8-27.60-30.47-27.86---34.40C3496.6----103.2-26.89-----33.67C3561.842.041.4----21.50-26.17----

4結(jié)論

應用尿素絡合法分離富集土壤和植物中的低含量正構(gòu)烷烴的回收率普遍較低。本研究通過優(yōu)化各種分離富集條件，減小了前處理流程中正構(gòu)烷烴的損失，較大幅度地提高了正構(gòu)烷烴的回收率，建立了尿素絡合法分離-氣相色譜/同位素質(zhì)譜分析樣品中正構(gòu)烷烴單體碳同位素的方法。中長鏈正構(gòu)烷烴(C19～C40)的回收率達到79%～104%，正構(gòu)烷烴絡合回收率精密度(RSD，n=6)為2%～6%；正構(gòu)烷烴單體碳同位素分析精度為0.09‰～0.63‰(1σ)。該方法回收率較高、穩(wěn)定，同位素測量精度高，適用于分析土壤和植物中的中長鏈正構(gòu)烷烴，尤其適用于ppm級中長鏈正構(gòu)烷烴的單體碳同位素分析。

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An Improved Urea Adduction Method for Analyzing Carbon Isotope of ppm-leveln-alkanes in Soil and Plant Samples

WANGNing1,2,ZHUQing-zeng1,3,XIEMan-man1,SONGZhi-jia4,WANGDao-cong5,

JIAQiu-huan1,2,CENKuang2,CHUGuo-qiang3,SUNQing1*

(1.National Research Center for Geoanalysis, Beijing 100037, China;

2.School of the Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China;

3.Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China;

4.Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Dalian 116023, China;

5.The Eighth Branch, Inner Mongolia Bureau of Geology and Mineral Researches Exploration and Development，Wuhai 016000, China)

Abstract:Both the urea adduction method and 5? molecular sieves are used to separate straight chains from branched/cyclic hydrocarbons, however, the recovery of the low concentration of n-alkanes are generally low due to the complex process. Through optimizing experimental conditions of urea adduction method to separate n-alkanes, a method of Gas Chromatography/Isotope Mass Spectrometry to the determination of low concentration of n-alkanes in soil and plants was developed. Hexane and acetone are used to dissolve a saturated fraction. The mixture was added to a 2 mL urea-saturated methanol solution and allowed to stand for 48 h at 4℃. After the urea crystals were dissolved in distilled water, hexane was added into the mixture to form aqueous and organic phases. The n-alkanes were recovered by hexane in aqueous phase and by a mixture of hexane and acetone in organic phases. The recoveries of middle- and long-chain n-alkanes ranged from 79% to 104%, higer than the recoveries by the urea adduction method and 5? molecular sieves. The precision of single carbon isotope ranged from 0.09‰ to 0.63‰ (1σ). Using the proposed method, the interferences of undivided peak and total outflow were significantly reduced, the recoveries of middle- and long-chain n-alkanes with ppm level in actual samples.

Key words: soil and plant samples; low concentration ofn-alkanes; urea adduction method; compound specific carbon isotope analysis; Gas Chromatography; Gas Chromatography-Combustion-Isotope Ratio Mass Spectrometry