一种还原分离装置及相应的分析方法与流程

1.本公开的实施例总体上涉及同位素质谱分析技术领域，并且更具体地，涉及一种还原分离装置及相应的分析方法。


背景技术：

2.随着气相色谱-燃烧-同位素比值质谱(gc/c/irms，gas chromatography/ combustion/isotope ratio mass spectrometer)分析技术的建立和发展，其在地球科学、生命科学、环境科学、农业科学，法医毒物鉴定等各个领域的应用日益广泛。以地球科学领域为例，目前的研究热点集中在气候变化、地球化学、固体地球物理学和地质学等研究中。在该领域中，经常会研究长链正构脂类（包括烷烃、脂肪酸和脂肪醇，碳链长度》c21）物质，这类物质主要分布于叶片的表皮蜡层，因而常常被称为叶蜡脂类，其单体碳同位素分析（compound-specific isotope analysis，简称csia，亦称特定化合物同位素分析，指的是对有机化合物在分子水平上进行同位素分析）被广泛应用于古气候、古环境及古植被恢复研究中，主要用于追溯沉积物的来源、推测植被的相对变化、研究控制植被扩张的环境与气候因素，也用于环境污染有机物污染的源解析研究中。
3.气相色谱-燃烧-同位素比值质谱(gc/c/irms)分析技术具体工作原理如下：有机化合物样品先经气相色谱仪分离为单体化合物（compound-specific，也称为“特定化合物”），然后由载气送入接口装置中1000-1050℃的氧化炉被燃烧成二氧化碳和水，再将经除水阱除去水分后的二氧化碳气体由载气送入质谱仪的离子源，从而被电离成质量为44、45、46 的带电离子，再经过加速、色散、聚焦形成三离子束到达接收器，并由三法拉第杯分别接收以上三种离子并转换成电信号，最后通过前置放大器放大后送到计算机，同时用已知碳同位素比值的二氧化碳气体作标准，使用计算机按预定程序对接收信号进行处理并计算出碳同位素比值δ
13
c。
4.现有有机单体化合物碳同位素分析系统只设计有氧化炉，采用的是氧化铝陶瓷材质，其内装有一根镍管，镍管一端与不锈钢毛细管焊接在氧化炉管的端部，镍管内装有氧化铜和氧化镍丝，氧化炉管在使用前，需先在反吹状态通高纯氧气的条件下对填料中的氧化铜和氧化镍进行氧化。这种现有设备存在以下两个缺陷：第一，由于现有的有机单体化合物碳同位素分析系统没有设计独立的还原炉，因此现有设备不能同时完成氧化和还原功能，在碳同位素分析时无法分离n2o同质异位素和co2，无法完全去除含氮样品生成的n2o同质异位素对co2的干扰，导致长链化合物和含氮化合物碳同位素测试精度和准确度较低，无法满足科研样品测试的高精度需求；第二，现有设备中没有设计独立的还原炉，因此也不能吸收系统中多余的氧气，而由于现有分析系统中的氧峰很高甚至满量程，因此也会导致长链化合物和含氮化合物碳同位素测试精度和准确度较低，同时还会对离子源灯丝的寿命造成严重影响。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的是提供一种用于有机单体化合物碳同位素分析的还原分离装置及相应的有机单体化合物碳同位素分析方法。
6.为了达到上述目的，本发明的第一方面提出了一种用于有机单体化合物碳同位素分析的还原分离装置，包括：一种用于有机单体化合物碳同位素分析的还原分离装置，其特征在于，包括：加热炉体（1），其具有呈中空状的炉膛（10）；高温防护罩（2），其安装在所述加热炉体（1）外围，所述高温防护罩（2）呈网格状并与所述加热炉体（1）之间具有一定距离；还原炉管（5），其设置在所述加热炉体（1）的所述炉膛（10）内，并在内部设置有还原炉管填料（6）；以及石英内衬管（4），其设置在所述加热炉体（1）的所述炉膛（10）内，并套设在所述还原炉管（5）外围；其中，所述还原炉管（5）的第一端与氧化炉相连通，以便吸收富余的氧气或者将氧化产物中的n2o还原为氮气，从而获得还原分离产物；其中所述氧化产物为样品中的有机单体化合物经所述氧化炉氧化后生成的产物；所述氧化产物为co2和h2o，或者所述氧化产物为co2、h2o和n2o；所述还原炉管（5）的第二端与除水阱相连通，以便由稳定同位素比值质谱仪实现对流出所述还原炉管（5）的所述还原分离产物中的co2进行碳同位素分析；其中所述还原分离产物经所述除水阱干燥后进入所述稳定同位素比值质谱仪。
7.根据本公开的实施例，所述还原炉管（5）的所述第一端通过第一不锈钢变径接头（71）和第一石英毛细管（81）与氧化炉相连通；所述还原炉管（5）的所述第二端通过第二不锈钢变径接头（72）和第二石英毛细管（82）与除水阱相连通。
8.根据本公开的实施例，所述还原炉管（5）的所述第一端和所述第二端分别伸出所述炉膛（10）2.5-3.5cm；所述第一石英毛细管（81）为内径0.3-0.4mm的石英毛细管；所述第二石英毛细管（82）为内径0.3-0.4mm的石英毛细管。
9.根据本公开的实施例，该还原分离装置还包括底座（11）；所述加热炉体（1）和所述高温防护罩（2）通过支架（9）固定在所述底座（11）上；所述底座（11）上设置有加热开关（13）和温度控制器（12）。
10.根据本公开的实施例，该还原分离装置还包括热电偶（3），其安装在所述加热炉体（1）内靠近所述炉膛（10）的位置，并能够测量最高至1000℃的温度。
11.根据本公开的实施例，所述加热炉体（1）为圆柱状加热炉体，所述炉膛（10）为氧化铝陶瓷；所述高温防护罩（2）呈圆柱金属网格状；所述还原炉管（5）为圆柱状氧化铝陶瓷管；所述还原炉管填料（6）为铜丝。
12.根据本公开的实施例，所述加热炉体（1）的内径为7mm；所述石英内衬管（4）的内径为2mm；所述还原炉管（5）的外径为1.6mm，内径为0.5mm；所述铜丝为至少三根直径0.1mm且紧密拧合在一起的铜丝；所述加热炉体（1）、所述高温防护罩（2）、所述石英内衬管（4）和所述还原炉管（5）同轴安装。
13.本发明的第二方面还提供了一种有机单体化合物碳同位素分析方法，包括：样品分离步骤：将样品溶于甲苯溶剂，并经自动进样器注入气相色谱仪的进样口，经所述气相色谱仪中的气相色谱柱分离后获得有机单体化合物；氧化步骤：所述有机单体化合物在载气带动下经过氧化炉进行氧化，以生成氧化产物；所述氧化产物为co2和h2o，或者所述氧化产物为co2、h2o和n2o；其中所述氧化炉内装有一根镍管，所述镍管内装有氧化铜和氧化镍丝；所述氧化炉在使用前需先在反吹状态、通高纯氧气的条件下对所述氧化炉进行初始氧化，
以便对所述氧化铜和所述氧化镍丝进行活化；还原分离步骤：利用本发明第一方面所述的用于有机单体化合物碳同位素分析的还原分离装置对所述氧化步骤中富余的氧气进行吸收或者将所述氧化产物中的n2o还原为氮气，以便获得还原分离产物；质谱分析步骤：将所述还原分离产物由载气带动经过除水阱进行干燥，然后通过分流接口进入到稳定同位素比值质谱仪的离子源中，使得co2气体被电离成质量为44、45、46 的带电离子，并经过加速、色散、聚焦形成三个离子束到达接收器，随后由三个法拉第杯分别接收所述三个离子束并转换成电信号，从而对流出所述还原炉管的所述还原分离产物中的co2进行碳同位素分析。
14.根据本公开的实施例，在所述样品分离步骤之前还包括：样品制备步骤：对野外采集的沉积物、土壤或植物样本先进行冷冻干燥，其中经干燥的沉积物、土壤样本需轻轻研磨至100目，而经干燥的植物样本需剪碎；随后沉积物、土壤或植物样本需通过提取液二氯甲烷/甲醇超声提取3次，所获得的提取物需在水浴中用n2气吹至近干；然后将吹至近干的提取物用正己烷溶解转移到200目活化过并用二氯甲烷和正己烷淋洗干净的硅胶柱上，再用正己烷少量多次淋洗所述硅胶柱得到所述样品，所述样品收集至4ml玻璃样品瓶中，并经氮气吹至剩1ml后、用瓶盖密封冷藏保存。
15.根据本公开的实施例，在所述样品制备步骤和所述样品分离步骤之间，还包括：含量测定步骤：使用具有毛细管色谱柱和检测器的气相色谱仪，采用分流进样模式，在进样口温度310℃、载气流速1.2m l/min的条件下，按照柱箱起始温度40℃保留1min、然后10℃/min升至150℃、6℃/min升至315℃保留20分钟的流程进行柱箱升温程序，并根据已知浓度的外标物的峰面积和所测定的所述样品中每个单体正构烷烃的峰面积的关系来计算所述样品中长链正构烷烃的含量。
附图说明
16.为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明实施例中用于有机单体化合物碳同位素分析的还原分离装置的示意图。
18.图2为本发明实施例中包含独立的还原分离装置的用于有机单体化合物碳同位素分析系统的示意图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.本发明的发明人通过对气相色谱-燃烧-同位素比值质谱（gc/c/irms）分析系统的创新性设计，专门设计了独立的还原分离装置（本发明各处所描述的“还原分离”亦可称为“还原”），并对还原分离装置的结构进行相应的独创设计，从而提高了长链化合物和含氮化合物碳同位素测试精度和准确度。具体来说，发明人通过增加gc/c/irms分析系统的独立还
原功能，并进行相应的结构设计，提供了一种用于有机单体化合物碳同位素分析的还原分离装置，可以解决有机单体化合物碳同位素分析时无法分离n2o同质异位素和co2，无法完全去除含氮样品生成的n2o同质异位素对co2的干扰问题，还可以同时吸收系统中多余的氧气，从而可以显著提高长链正构脂类（包括长链正构烷烃）和含氮化合物碳同位素测试精度和准确度，同时还能够提高分析系统中的离子源灯丝的使用寿命。
21.关于用于有机单体化合物碳同位素分析的还原分离装置的实施例。
22.如图1所示，本发明实施例提供了一种用于有机单体化合物碳同位素分析的还原分离装置，包括：加热炉体1、高温防护罩2、还原炉管5以及石英内衬管4。优选地，所述加热炉体1、所述高温防护罩2、所述石英内衬管4和所述还原炉管5同轴安装（例如轴心在同一轴线上）。
23.其中，加热炉体1具有呈中空状的炉膛10。高温防护罩2安装在所述加热炉体1外围，所述高温防护罩2呈网格状并与所述加热炉体1之间具有一定距离。还原炉管5设置在所述加热炉体1的所述炉膛10内，并在内部设置有还原炉管填料6。石英内衬管4设置在所述加热炉体1的所述炉膛10内，并套设在所述还原炉管5外围。
24.其中，所述还原炉管5的第一端与氧化炉（其包含氧化炉管）相连通，以便吸收富余的氧气或者将氧化产物中的n2o还原为氮气，从而获得还原分离产物（也即，通过吸收富余的氧气或者将氧化产物中的n2o还原为氮气，实现co2与其他物质的分离）。其中所述氧化产物为样品中的有机单体化合物经所述氧化炉氧化后生成的产物；所述氧化产物为co2和h2o，或者所述氧化产物为co2、h2o和n2o。
25.其中，所述还原炉管5的第二端与除水阱相连通，以便由稳定同位素比值质谱仪实现对流出所述还原炉管5的还原分离产物中的co2进行碳同位素分析；其中所述还原分离产物经所述除水阱干燥后进入所述稳定同位素比值质谱仪。
26.根据本公开的实施例，所述加热炉体1为圆柱状加热炉体，所述炉膛10为氧化铝陶瓷；根据本公开的实施例，所述加热炉体1的内径为7mm。作为示例，圆柱状加热炉体1，其炉膛10为氧化铝陶瓷，内径7mm。
27.根据本公开的实施例，所述高温防护罩2呈圆柱金属网格状；例如，高温防护罩2为圆柱状网格，固定安装在加热炉体1外圈，与加热炉体1之间有足够空间用于散热和隔热。
28.根据本公开的实施例，为降低加工成本和难度，又能尽量减小加热炉体1和还原炉管5之间的间隙，满足稳定的工作温度要求，加热炉体1内可以使用与加热炉体1长度相同、可轴向自由移动、内径2mm的石英内衬管4做加热炉体1的炉膛内衬。例如，所述石英内衬管4的内径为2mm左右。
29.根据本公开的实施例，所述还原炉管5为圆柱状氧化铝陶瓷管；所述还原炉管填料6为铜丝。例如，所述还原炉管5的外径为1.6mm，内径为0.5mm；所述铜丝为至少三根直径0.1mm且紧密拧合在一起的铜丝（例如还原炉管外径1.6mm，内径0.5mm，装填的填料例如为3~4根直径约0.1mm，紧密拧合在一起的铜丝）。例如，还原炉管填料6用于还原样品氧化反应生成的n2o气体、和/或吸收系统中多余（富余）的氧气。
30.作为示例，安装在石英内衬管4中的还原炉管5的材质也可以自由选择，自行装填。一种是使用氧化铝陶瓷管，硬度高，坚固性好，但目前只有从德国或美国等国外进口的产品才能满足实验需求，成本相对较高。另一种选择是使用国产石英管，可大幅降低使用成本，
并方便观察还原炉管5内填料的消耗情况，本发明优选使用石英还原炉管。
31.根据本公开的实施例，所述还原炉管5的所述第一端通过第一不锈钢变径接头71和第一石英毛细管81与氧化炉相连通；所述还原炉管5的所述第二端通过第二不锈钢变径接头72和第二石英毛细管82与除水阱相连通。根据本公开的实施例，所述还原炉管5的所述第一端和所述第二端分别伸出所述炉膛2.5-3.5cm（例如3cm）；所述第一石英毛细管81和所述第二石英毛细管82分别为内径0.3~0.4mm（例如0.32mm）的石英毛细管。
32.作为示例，还原炉管5比炉膛10长5~7cm，两端分别伸出炉膛2.5~3.5cm，为便于通过不锈钢变径活接头（密封垫为石墨垫）与内径例如0.32mm石英毛细管相连接，第一石英毛细管81与有机单体化合物碳同位素分析系统氧化炉的出口相连接，第二石英毛细管82与有机单体化合物碳同位素分析系统的除水阱相连接。各部件连接好后通过同位素比值质谱仪检测氩峰（m/z=40）的离子流强度评价系统的密封性，检测到氩峰的离子流强度为15~25mv（低于70m v），表明系统的密封性良好。
33.根据本公开的实施例，该还原分离装置还包括底座11；所述加热炉体1和所述高温防护罩2通过支架9固定在所述底座11上；所述底座11上设置有加热开关13和温度控制器12。作为示例，加热炉体1和高温防护罩2用支架9（例如不锈钢支架）固定在底座11上。还原炉管5的加热由加热开关13控制，温度控制器12设定其工作温度。
34.根据本公开的实施例，该还原分离装置还包括热电偶3，其安装在所述加热炉体1内靠近所述炉膛10的位置，并能够测量最高至1000℃的温度。作为示例，热电偶3安装在加热炉体1内靠近炉膛10的位置，可测量1000℃高温。例如，加热炉体1温度最高可加热至1000℃，常用工作温度在600-650℃。温度控制器12的控温精度优于
±
1℃。
35.在本发明实施例的还原分离装置使用时，例如含氮有机单体化合物样品经气相色谱分离后，会经过1000-1050℃氧化炉管氧化为co2和n2o气体，然后经过600~650℃还原炉管将n2o气体转化为氮气，从而分离n2o同质异位素和co2，以便消除同质异位素对co2测定的干扰。同时，对于含氮有机单体化合物以及非含氮有机单体化合物而言，整体系统中多余的氧气，在经过600-650℃还原炉管时，都可以被还原炉管5中的铜丝填料吸收，不会大量进入离子源对灯丝造成影响。此后，经过还原炉管的co2气体，可以再经除水阱干燥后，由载气带入同位素质谱仪（例如稳定同位素比值质谱仪）的离子源中，被电离成质量为44、45、46 的带电离子，并经过加速，色散，聚焦形成三个离子束到达接收器，然后由三个法拉第杯分别接收以上三种离子并转换成电信号，最后通过前置放大器放大后送到计算机，此时可以用已知碳同位素比值的二氧化碳气体作标准，并利用计算机按预定程序对接收信号进行处理，以便计算出碳同位素比值δ
13
c。
36.可以理解，本发明实施例中的用于有机单体化合物碳同位素分析的还原分离装置，在结构设计上，由于增加了目前gc/c/irms分析系统没有的独立还原功能，因此解决了有机单体化合物碳同位素分析时无法分离n2o同质异位素和co2，无法完全去除含氮样品生成的n2o同质异位素对co2的干扰问题，同时还能够吸收系统中多余的氧气，从而减少氧气对离子源灯丝的影响。本发明实施例中的还原分离装置操作简便，成本低，通过对长链正构烷烃以及含氮化合物样品的实际测试，碳同位素测试的精度优于
±
0.2
‰
，而且稳定性好，准确度高，能够满足科研样品测试的高精度要求，具有良好的应用和推广价值。
37.本发明实施例的还原分离装置还具有以下优点：1）将加热炉体、温度控制及加热
开关集成于一体，操作直观、简单。2）核心部件可以全部采用国产部件，且使用成本大大降低。3）还原炉管的材料用户可在氧化铝陶瓷和石英管间自由选择，使用石英管的优点是石英材料透明，便于观察还原炉管内填料的性状变化，判断其还原效力，而且可进一步降低测试成本。4）本发明实施例的还原分离装置中还原炉管更换安装空间大，操作非常方便快捷。5）对于使用gc-isolink接口装置的有机单体化合物碳同位素分析系统来说，具有良好的应用和推广价值。并且对于其他领域1000℃以内加热，精确控温的微型管式炉场合也适用。
38.关于采用本发明的还原分离装置时有机单体化合物碳同位素分析系统和方法的实施例。
39.如图2所示，本发明实施例还提供了采用本发明以上实施例的还原分离装置的有机单体化合物碳同位素分析系统的实施例，其包括气相色谱仪100、氧化炉200、还原分离装置300以及稳定同位素比值质谱仪400，这些装置组合起来，共同用于有机单体化合物碳同位素分析。
40.在使用时，样品（例如溶在有机溶剂甲苯中的正构烷烃或含氮有机单体化合物）经自动进样器注入气相色谱仪100的进样口，经过气相色谱柱102分离成有机单体化合物。有机单体化合物在载气（he：99.999%，流速1.0m l/min）带动下依次经过1000℃的氧化炉200，氧化生成co2、h2o（或co2，h2o和n2o）。此后co2，h2o（或co2，h2o和n2o）在载气带动下经过650℃还原分离装置，从而将n2o还原成n2气，再经过除水阱500干燥后，生成气体由载气带入稳定同位素比值质谱仪400的离子源600中进行测定。实验中所用气相色谱仪100型号为trace 1310型，所用稳定同位素比值质谱仪400为型号为delta v advantage的气体稳定同位素比值质谱仪。
41.本发明实施例还提供了一种有机单体化合物碳同位素分析方法，其步骤包括s1000样品分离步骤、s2000氧化步骤、s3000还原分离步骤以及s4000质谱分析步骤。
42.在s1000样品分离步骤中，将样品溶于甲苯溶剂，并经自动进样器注入气相色谱仪的进样口，经所述气相色谱仪中的气相色谱柱分离后获得有机单体化合物。
43.在s2000氧化步骤中，所述有机单体化合物在载气带动下经过氧化炉进行氧化，以生成氧化产物；所述氧化产物为co2和h2o或者所述氧化产物为co2、h2o和n2o；其中所述氧化炉内装有一根镍管，所述镍管内装有氧化铜和氧化镍丝；所述氧化炉在使用前需先在反吹状态、通高纯氧气的条件下对所述氧化炉进行初始氧化，以便对所述氧化铜和氧化镍丝进行活化。
44.在s3000还原分离步骤中，利用本发明以上实施例中图1所述的用于有机单体化合物碳同位素分析的还原分离装置对所述氧化步骤中富余的氧气进行吸收或者将所述氧化产物中的n2o还原为氮气，以便获得还原分离产物；在s4000质谱分析步骤中，将所述还原分离产物由载气带动经过除水阱进行干燥，然后通过分流接口进入到稳定同位素比值质谱仪的离子源中，使得co2气体被电离成质量为44、45、46 的带电离子，并经过加速、色散、聚焦形成三个离子束到达接收器，随后由三个法拉第杯分别接收所述三个离子束并转换成电信号，从而对流出所述还原炉管的所述还原分离产物中的co2进行碳同位素分析。
45.根据本公开的实施例，在所述样品分离步骤之前还包括：s5000样品制备步骤：对野外采集的沉积物、土壤或植物样本先进行冷冻干燥，其中经干燥的沉积物、土壤样本需轻
轻研磨至100目，而经干燥的植物样本需剪碎；随后沉积物、土壤或植物样本需通过提取液二氯甲烷/甲醇超声提取3次，所获得的提取物需在水浴中用n2气吹至近干；然后将吹至近干的提取物用正己烷溶解转移到200目活化过并用二氯甲烷和正己烷淋洗干净的硅胶柱上，再用正己烷少量多次淋洗所述硅胶柱得到所述样品，所述样品收集至4ml玻璃样品瓶中，并经氮气吹至剩1ml后、用瓶盖密封冷藏保存。
46.作为示例，对野外采集的沉积物、土壤或植物样品首先进行冷冻干燥。干燥后的沉积物或土壤样品轻轻研磨至100目，而植物样品应剪碎。沉积物、土壤或植物样品通过二氯甲烷/甲醇（9:1，15分钟/次
×
3次）超声提取。将提取液在水浴中用柔和n2气吹至近干。将提取物用正己烷溶解转移到200目活化过并用二氯甲烷和正己烷淋洗干净的硅胶柱上，再用正己烷少量多次淋洗硅胶柱得到正构烷烃组分，收集至4ml玻璃样品瓶中，洗脱液氮气吹至剩1ml后瓶盖密封冷藏保存。
47.根据本公开的实施例，在所述样品制备步骤和所述样品分离步骤之间，还包括：s6000含量测定步骤：使用具有毛细管色谱柱和检测器的气相色谱仪，采用分流进样模式，在进样口温度310℃、载气流速1.2m l/min的条件下，按照柱箱起始温度40℃保留1min、然后10℃/min升至150℃、6℃/min升至315℃保留20分钟的流程进行柱箱升温程序，并根据已知浓度的外标物的峰面积和所测定的所述样品中每个单体正构烷烃的峰面积的关系来计算所述样品中长链正构烷烃的含量。
48.作为示例，在含量测定步骤中，经过上述提取获得的正构烷烃组分，在进行单体碳同位素分析前，需先对样品中的正构烷烃组分进行含量测定。含量测定使用气相色谱仪，hp-1ms毛细管色谱柱（60 m
×ꢀ
0.32 mm
×
0.25um），配有fid检测器，分流进样模式，进样口温度310℃，载气流速1.2m l/min，柱箱升温程序：起始温度40℃，保留1min，10℃/min升至150℃，6℃/min升至315℃，保留20分钟。根据已知浓度的外标物（n-c
21
、n-c
25
、n-c
27
、n-c
29
、n-c
31
和n-c
33
烷烃）的峰面积和测定的每个单体正构烷烃的峰面积的关系计算样品中正构烷烃的含量。
49.为了测试本发明中的还原分离装置以及采用本发明以上实施例的还原分离装置的有机单体化合物碳同位素分析系统的实际效果，以下选择长链正构烷烃（c
21
,c
25
,c
27
,c
29
,c
31
,c
33
）以及同位素国际标样咖啡因（c8h
10
n4o2）这两种物质进行碳同位素分析，这两种物质分别模拟非含氮有机单体化合物碳同位素分析以及含氮有机单体化合物碳同位素分析的两种场景，并分别用本发明的系统进行实际测试和试验。
50.首先，在样品分离步骤中，将长链正构烷烃（或咖啡因）样品溶于甲苯溶剂，浓度约50ng/ul，经自动进样器注入气相色谱仪trace 1310的进样口。分流/不分流进样模式，进样口温度310℃，载气流速1.0m l/min，柱箱升温程序：起始温度40℃，保留1min，10℃/min升至150℃，6℃/min升至310℃，保留20分钟。其中，若样品为长链正构烷烃，则经气相色谱柱分离后，会依次流出有机单体化合物n-c
21
,n-c
25
,n-c
27
,n-c
29
,n-c
31
及n-c
33
正构烷烃。若样品为咖啡因，则由于其本身就是有机单体化合物，所以经气相色谱柱分离后，只有一个有机单体化合物峰。
51.然后，在氧化步骤中，经气相色谱柱分离后的有机单体化合物可以在载气（he：99.999%，流速1.0m l/min）带动下，经过1000℃的氧化炉（其包含内置的氧化炉管）氧化。这里的氧化炉管为氧化铝陶瓷，其内装有一根镍管，镍管一端与不锈钢毛细管焊接在氧化炉
管的端部，镍管内装有氧化铜和氧化镍丝。在使用氧化炉管前，需先在反吹状态通高纯氧气的条件下对氧化炉管进行初始氧化（氧气会经氧化炉管之后，经反吹出口104流出），对填料中的氧化铜和氧化镍丝进行活化。当样品经过氧化炉管时，活化后的氧化铜可以在1000℃下释放氧气使得有机单体化合物被氧化，由于氧化铜在750℃以上氧释放出的较快，损失的氧由氧化镍来补充，而同时当与化合物反应时，氧化镍也会失氧，所以氧化炉管需要重复通氧氧化以保持其氧化能力。
52.再后，在还原分离步骤中，若样品为长链正构烷烃，则样品经过氧化炉被氧化后，会生成co2和h2o。而若样品为咖啡因，则样品经过氧化炉被氧化后，会生成co2，h2o和n2o。其中n2o与co2的质量数均为44，因此其会对co2存在同质异位素干扰，所以需将n2o与co2进行分离，从而去除生成的n2o气体对co2的干扰。作为示例，咖啡因氧化后生成的co2，h2o和n2o，可以由载气（he：99.999%，流速1.0m l/min）带动经过650℃的还原炉管，由于还原炉管中的填料为紧密拧合在一起的三根铜丝，因此n2o可以与铜丝在650℃反应，使得n2o被还原成n2气，此时铜丝被氧化成氧化铜。同时，无论样品是长链正构烷烃，还是咖啡因，氧化炉中多余的氧气都可以在经过650℃的还原炉管时，与铜丝发生反应，从而生成cuo，以便去除富余或多余的氧气。通过监测整体分析系统的氧峰，实验表明：在不使用独立的还原分离装置之前，整体分析系统的氧峰为20v~50v(50v为满量程)，而在使用本发明单独设计的还原分离装置后，整体分析系统的氧峰可以降低到1v以内。因此氧化炉中多余的氧气，可以被还原炉管吸收，不会大量进入到稳定同位素比值质谱仪的离子源中，也就不会影响离子源的灯丝寿命。
53.最后，在质谱分析步骤中，从还原炉管出来后的气体为co2、n2、和h2o，此时可以再由载气带动经过除水阱（例如nifion除水阱）对气体进行干燥。干燥后的气体通过分流接口700（open split）进入到稳定同位素比值质谱仪离子源600中，co2气体被电离成质量为44、45、46 的带电离子，经过加速、色散、聚焦形成三离子束到达接收器，三法拉第杯分别接收以上三种离子并转换成电信号，通过前置放大器放大后送到计算机，用已知碳同位素比值的二氧化碳参考气体作标准，计算机按预定程序对接收信号进行处理并计算出碳同位素比值δ
13
c。计算公式如下：δ
13
c=(
13c⁄
12csample-13c⁄
12cstandard
)
⁄
13c⁄
12cstandard
]
ꢀ×ꢀ
1000 (in
ꢀ‰
)，其中sample对应的是样品，而standard对应的是已知碳同位素比值的二氧化碳参考气体。
54.根据以上试验和测试的结果，实验所用gc/c/irms分析系统在技术改造前（即不使用独立的还原分离装置）测定长链正构烷烃（测试次数n=9）或咖啡因样品（测试次数n=5）单体碳同位素结果，与实验所用gc/c/irms分析系统在技术改造后（即使用本发明实施例独立的还原分离装置），测定长链正构烷烃（测试次数n=12）或咖啡因样品（测试次数n=9）单体碳同位素结果的对比结果如下表1所示。
55.表1
应注意的是，以上试验中的长链正构烷烃单体碳同位素的表格值（即离线测定时的标称值或准确值）分别为：c
21
:-28.78
‰
，c
25
:-29.56
‰
，c
27
:-29.38
‰
，c
29
:-29.72
‰
, c
31
:-29.42
‰
, c
33
:-27.90
‰
；而咖啡因碳同位素的给定值为-14.79
‰
。
56.从表1的测试数据可以看出，目前的实验结果表明：在技术改造之后，本发明实施例的用于有机单体化合物碳同位素分析系统的还原分离装置，能够显著提高长链正构烷烃和含氮化合物单体碳同位素（例如咖啡因样品）的测试精度（即多次测量时的标准偏差相对较小，如下表2所示），且稳定性好，准确度高（即与表格值之间的偏离相对较小，如下表2所示），能够满足科研样品测试的高精度要求，并具有良好的应用和推广价值。
57.表2
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明还可以通过其他结构来实现，本发明的特征并不局限于上述较佳的实施例。任何熟悉该项技术的人员在本发明的技术领域内，可轻易想到的变化或修饰，都应涵盖在本发明的专利保护范围之内。