元素分析-同位素比值质谱法测量海洋沉积物中有机碳和氮稳定同位素组成的实验室间比对研究_常文博.pdf

2020 年 7 月 July 2020 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 39，No． 4 535 －545 收稿日期 2020 －03 －09;修回日期 2020 －04 －13;接受日期 2020 －06 －02 基金项目中国地质调查局地质调查项目 “研制海底沉积物有机碳氮稳定同位素标准物质和标准方法” 12120113022000 作者简介常文博， 硕士， 研究实习员， 从事同位素及地质年代学分析测试研究。E － mailsusanna0703163． com。 通讯作者贺行良， 博士， 高级工程师， 主要从事海洋生物地球化学及标准化研究。E － mail 76791772 qq． com。 常文博，李凤，张媛媛， 等． 元素分析 － 同位素比值质谱法测量海洋沉积物中有机碳和氮稳定同位素组成的实验室间比对 研究［ J］ ． 岩矿测试， 2020， 39 4 535 －545． CHANG Wen － bo，LI Feng，ZHANG Yuan － yuan，et al． Inter － Laboratory Comparison of Measuring Organic Carbon and Stable Nitrogen Isotopes in Marine Sediments by Elemental Analysis － Isotope Ratio Mass Spectrometry［ J］ ． Rock and Mineral Analysis， 2020， 39 4 535 －545．【DOI 10． 15898/j． cnki． 11 －2131/td． 202003090027】 元素分析 － 同位素比值质谱法测量海洋沉积物中有机碳和氮 稳定同位素组成的实验室间比对研究 常文博，李凤，张媛媛，贺行良* 青岛海洋地质研究所，山东 青岛 266071 摘要海洋沉积物中有机碳、 氮稳定同位素 δ13 C、 δ 15N 作为一种有效指标， 可对不同地质时期空气、 温度、 降 水等参数的变化进行标记。元素分析 － 同位素比值质谱法是一种测量海洋沉积物有机碳、 氮稳定同位素组 成的合理、 有效的方法。目前我国有诸多实验室使用元素分析仪 EA 与稳定同位素比值质谱仪 IRMS 联 用的方法对沉积物中的有机碳、 氮稳定同位素进行测试。各实验室之间测试技术及数据稳定性缺少比对依 据， 测试结果缺乏有效的溯源， 使用过程中缺乏规范和统一。本文选取了我国 2018 年研制的三个国家一级 海洋沉积物碳氮稳定同位素标准物质 GBW04701、 GBW04702、 GBW04703 及两个国际标准物质 EMA － B2152、 EMA － B2151 ， 在我国十家实验室对 EA － IRMS 在线技术测试方法进行实验室间的测量比对实验， 以验证方法的稳定性、 精密度和准确度。测试结果表明 各家协作实验室的数据准确、 稳定， 方法的重复性和 再现性良好， 测得的 δ13C 和 δ15N 精密度分别好于 0． 10‰、 0． 14‰。通过比对研究， 同时证明了 EA － IRMS 在线技术适用于海洋沉积物中的有机碳、 氮稳定同位素的测定， 初步建立了一套适合海洋沉积物样品分析的 方法。 关键词元素分析 － 同位素比值质谱法;海洋沉积物;有机碳稳定同位素;氮稳定同位素;比对研究 要点 1 在我国十家实验室对海洋沉积物中有机碳、 氮稳定同位素测试结果进行比较， 取得较好精密度。 2 验证了 EA － IRMS 对海洋沉积物中有机碳、 氮稳定同位素测定的适用性。 3 为 EA － IRMS 检测海洋沉积物中有机碳、 氮稳定同位素提供了参考。 中图分类号O628文献标识码A 海洋沉积物处于水圈、 生物圈和岩石圈的交汇 地带， 是有机质沉积和埋藏保存的重要储库， 作为生 源要素碳、 氮的重要源与汇， 在其生物地球化学循环 中起着至关重要的作用［1 ］。海洋沉积物等地质样 品因具有较复杂的成分， 又与淡水沉积物、 土壤等大 陆情况不同， 且独立于海水的水体环境而具有极高 的科学研究价值。 有机碳、 氮稳定同位素作为一种有效的指 标 ［2 －4 ］， 其研究成果已广泛应用于全球碳循环［5 －8 ］、 气候变化、 生物演化、 有机质来源 ［9 －11 ］与迁移转化、 地层对比 ［12 ］等海洋生态环境、 生物地球化学研究领 域。通过测定海洋沉积物中的有机碳、 氮稳定同位 素值及计算其比值， 可以重建来源地的地球环境变 化等信息， 推测沉积物演变过程［13 ］。沉积物中有机 碳同位素 δ13C 能够确定有机质的来源， 典型海洋浮 535 ChaoXing 游植物的 δ13C 值为 － 22‰ ～ － 19‰， 湖相藻类的 δ13C值为 －30‰ ～ －25‰; 陆生 C3 植物 三碳植物 的 δ13C 值约为 － 28‰ ～ － 26‰， C4 植物的 δ13C 值 约为 －16‰ ～ －10‰［14 －15 ］。稳定氮同位素 δ15N 则 被广泛地用来示踪食物链的摄食路径， 有机质的源 汇， 水中脱氮、 硝化过程、 氮的固定化和富营养化等 方面。典型海洋浮游生物的 δ15N 值范围为 4‰ ～ 10‰， 平均值为 6‰， 陆源有机质的 δ15N 值范围为 －10‰ ～10‰， 平均值为 2‰。 稳定同位素分析技术的运用， 首先依赖于同位 素组成的高精度与高准确度测定， 而同位素标准物 质则是同位素组成高准确度测定的根本保证［16 ］。 近年来， 在稳定同位素测试分析方面， 随着高精度、 连续流同位素仪器的引进， 我国同位素实验室测试 仪器和测试手段得到了迅速普及和发展。目前 δ13C 和 δ15N 分析主要采用 EA － IRMS 在线技术 ［17 ］ ， 具 体是把元素分析仪 EA 与稳定同位素比值质谱仪 IRMS 通过一个 ConFlo 接口连接起来， 将样品包 裹于锡杯中， 放入 EA 自动进样器， 由 EA 燃烧转化 为 CO2和 N2， 通过载气将待测气体带入 IRMS 进行 稳定同位素比值测定， 可以实现一步操作即可完成 CO2和 N2气体的生成和质谱分析， 减少了人为因素 引起的误差 ［18 ］。样品的燃烧、 注入参考气体、 质谱 分析和数据处理均由计算机控制完成， 方法高效、 准 确度高。 目前使用 EA － IRMS 联用方法测定海洋沉积物 中有机碳、 氮稳定同位素的报道不多， 且主要局限于 对比不同前处理方法的异同或前处理方法的条件优 化， 没有横向对比相同标准物质校准下， 仪器测试准 确度和精密度之间的差异。除此之外， 对于海洋沉 积物 δ13 C、 δ 15N 缺少相应的标准物质和标准方法， 现 阶段各实验室仅采用各自的工作标准。国际原子能 机构 IAEA 、 美国地质调查局 USGS 等国外机构 研制并定值的有机碳、 氮稳定同位素相关的标准物 质种类较多， 涉及纯品类型标准物质， 也包括沉积 物、 土壤、 生物样品等天然基体的同位素参考物质， 但价格十分昂贵， 不利于在我国实验室的推广。我 国海洋地质调查及分析资料积累丰富， 各类技术规 范中都明确规定了使用标准物质进行样品分析测试 质量监控， 一段时间以来我国海洋沉积物标准物质 定值仅涉及常微量组分， 青岛海洋地质研究所针对 我国在海洋沉积物碳氮稳定同位素标准物质方面的 需求， 于 2018 年研制了三个涵盖我国潮间带、 近海、 深海等海域沉积物中碳氮稳定同位素标准物质 GBW04701、 GBW04702、 GBW04703 。基于此， 本 文对多个实验室使用相同的实验仪器， 国家标准物 质 GBW04701、 GBW04702、 GBW04703 和国际标准 物质 EMA － B2152、EMA － B2151 的 δ13C、 δ15N 进 行比对实验， 得到较好的精密度， 以确定 EA － IRMS 联用方法测定海洋沉积物中有机碳、 氮稳定同位素 的适用性并验证标准物质的可靠性。 1实验部分 1． 1样品的选择 本文选用 5 个不同有机碳、 氮稳定同位素水平 范围的实验室间水平测试样品 表 1 ， 其中水平 1 ～ 水平 3 是国家一级海洋沉积物碳、 氮稳定同位素 标准物质 GBW04701、 GBW04702、 GBW04703， 它们 分别是 2012 ～2013 年期间在我国渤海锦州湾湿地 潮间带 、 东海闽浙近岸 海岸带 、 东海冲绳海槽 深海 三个海域采集得到的表层沉积物， 涵盖了 “潮间带海岸带深海” 区域。该系列标准物质 由 3 个不同梯度的同位素比值的样品组成， 通过了 均匀性和稳定性检验［19 －21 ］， 定值信息丰富 包含碳 同位素 δ13C － TC、 δ13C － Corg 和氮同位素 δ15N － TN、 δ15N － Norg ， 应用范围广， 不仅可用于仪器工作 条件的优化与校准， 还可对整个实验测试流程进行 质量监控与评价 ［22 －23 ］， 是我国第一套以海底沉积物 为介质的自然基体型碳、 氮稳定同位素标准物质。 水平 4、 水平 5 是英国元素微量分析公司 Elemental Microanalysis， EMA 研制的土壤、 沉积物标准物质 EMA － B2152、EMA － B2151 。 表 1协作实验样品类型和 δ13 C 和 δ15N 值的范围 Table 1Sample type of the collaboration experiment and the range of δ13C and δ 15N values 样品编号 样品类型标准物质编号δ13C ‰δ15N ‰ 水平 1沉积物 GBW04701－20．9 ～ －20．73．7 ～4． 0 水平 2沉积物 GBW04702－23．8 ～ －23．66．3 ～6． 7 水平 3沉积物 GBW04703－22．8 ～ －22．44．5 ～5． 0 水平 4土壤 EMA － B2152－27．4 ～ －27．27．0 ～7．3 水平 5沉积物 EMA － B2151－26．4 ～ －26．24．1 ～4．5 1． 2测试方法 样品采用真空冷冻干燥后， 取 0． 5g 过 100 目的 研磨样品放入聚丙烯离心管中， 加入 5mL 稀盐酸 1．2mol/L ， 待剧烈反应结束后， 充分摇匀， 于通风橱 中静置， 敞口反应8 ～12h， 期间于旋涡混合仪上混匀 635 第 4 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2020 年 ChaoXing 2 ～3 次， 2000r/min 下离心 5min 后倒出上清液， 再加 入5mL 高纯水对样品进行漩涡混匀并离心， 去除上 清液， 充分操作3 ～4 次， 直至上清液接近中性。 将上述酸化好的样品置于 －50℃冻干机中冷冻 干燥 48h， 干燥后捣碎、 研均， 用锡杯紧密包裹置于 Flash EA1112 型元素分析仪中， 炉温 950℃， 柱温 50℃， He 流 量 为 300mL/min， 氧 气 注 入 流 量 为 175mL/min， 通氧时间选为 3s。在高温富氧条件下 瞬间燃烧， 所产生的 CO2、 N2O、 NOx等混合气体在高 纯氦气的带动下， 依次通过 Cr2O3、 Cu 和 Co3O4/Ag 填料发生氧化还原反应， 最终转换成 CO2和 N2 ， 在 载气的带动下， 通过连续流接口送入同位素比值质 谱仪。IRMS 真空度为 2． 6 10 －8 kPa， 发射电流 1． 5mA。质谱仪将气体分子电离为不同 m/z 比值的 离子束， 测定并记录离子束各组分的强度。测定 δ13C时， IRMS 监测离子 m/z 为 44、 45、 46， 测定δ15N 时， IRMS 监测离子 m/z 为 28、 29， 并保证样品 m/z 44 和 m/z 28 的信号都大于 1000mV。数据处理程 序将离子束强度转化为同位素丰度， 并将待测样品 与标准物质相比较， 得到相对于国际标准的碳、 氮同 位素比值。 经过对行业代表性、 实验室技术能力及设备条件 等多方面因素进行综合考虑， 在我国选择了十家实验 室作为协作单位承担此次比对实验工作。通过对测 试样品准确度、 精密度的研究， 评估该方法的适用性。 同位素比值是某一元素的重同位素丰度与之轻 同位素丰度的比值， 由于自然界中各元素的重同位 素丰度远低于轻同位素， 国际上通常采用 δ 来表示 样品的同位素比值， δ13 C、 δ 15N 的分析计算公式为 δ ‰ Rsample－ Rstandard Rstandard 1000‰ 式中 Rsample、 Rstandard分别为样品、 国际标准物质 VPDB 中13C 与 12C 和15N 与14N 的丰度比13C/12C， 15N/14N ， δ13 C 和 δ15N 的仪器分析精度分别为 0． 05、 0． 10。 2实验室间准确度和精密度协作实验 各家实验室按照统一的前处理方法［24 －25 ］、 实验 流程 ［26 －27 ］、 操作方法与测试要求［28 ］， 分别进行了 5 个水平的协作试验工作， 每个样品测定 4 ～6 次。协 作实验的质量控制按照行业标准地质矿产实验室 测试质量管理规范 第 8 部分 同位素地质样品分 析 DZ/T 0130． 82006 执行。协作实验 δ13C 和 δ15N 的测定准确度数据见表 2。 表 2协作试验 δ13 C 和 δ15N 测定准确度数据 Table 2Accuracy data of δ13C and δ15N in the cooperative experiment 实验室编号 GBW04701GBW04702GBW04703EMA － B2152EMA － B2151 δ13C ‰ δ15N ‰ δ13C ‰ δ15N ‰ δ13C ‰ δ15N ‰ δ13C ‰ δ15N ‰δ13C ‰δ15N ‰ 0．160． 07－0．100．07－0．020．220．050． 030．010． 12 0．150． 12－0．030．11－0．020．150．03－0． 020．010． 13 A 0．210． 12－0．030．000．010．280．08－0．030． 18 0．190． 16－0．070．17－0．030．160．04－0．050．18 0．150． 09－0．050．15－0．050．120．060． 280．040． 10 0．18－0． 01－0．060．01－0．040．290．040． 140．050． 12 标准偏差 ‰0．020． 050．02 0．060．020．060．020． 120．020． 03 0．150． 06－0．080．09－0．23－0．020．020． 05－0．080．04 0．10－0． 040．000．07－0．320．010．120． 11－0．060．09 B 0．09－0． 060．050．06－0．150．090．080． 15－0．07－0．08 0．120． 10－0．19－0．04－0．140．030．110． 14－0．09－0．08 －0． 06－0．06－－0．15－－－－ －0． 06－－0．03－0．01－－－－ 标准偏差 ‰0．020． 060．09 0．050．070．070．040． 040．010． 07 0．37－0． 090．01－0．030．210．19－0．010． 080．010． 03 0．28－0． 100．12－0．110．130．11－0．180． 09－0．040．06 C 0．26－0． 030．120．200．180．21－0．130． 140．030． 12 0．340． 10－0．080．120．180．21－0．070． 030．020． 17 0．36－0． 130．140．040．100．27－－－－ 0．32－0． 150．120．170．200．22－－－－ 标准偏差 ‰0．040． 080．08 0．110．040．050．060． 040．030． 05 735 第 4 期常文博， 等 元素分析 －同位素比值质谱法测量海洋沉积物中有机碳和氮稳定同位素组成的实验室间比对研究第39 卷 ChaoXing 续表 1 实验室编号 GBW04701GBW04702GBW04703EMA － B2152EMA － B2151 δ13C ‰ δ15N ‰ δ13C ‰ δ15N ‰ δ13C ‰ δ15N ‰ δ13C ‰ δ15N ‰δ13C ‰δ15N ‰ 0．200． 06－0．07－0．19－0．07－0．03－0．10－0．01－0．14－ 0．130． 15－0．10－0．220．04－0．09－0．150． 19－0．11－0．01 D 0．190． 12－0．20－0．09－0．02－0．08－0．09－0．02－0．05－0．17 0．21－0． 04－0．26－0．01－0．19－0．11－0．22－0．03－0．08－ 0．19－－0．19－0．03－0．11－0．07－0．100． 06－－ 0．20－－0．04－0．13－0．17－0．09－0．150． 21－－ 标准偏差 ‰0．030． 070．08 0．080．080．020．050． 100．030． 08 0．24－0． 010．09－0．150．030．01－0．04－－0．010．06 0．100． 040．020．060．090．270．03－0．050． 10 E 0．200． 01－0．04－0．020．080．17－0．11－0．110． 07 0．220． 17－0．08－0．150．04－0．040．100． 130．040． 24 0．150． 050．05－0．050．050．040．010． 14－－ 0．080． 110．07－0．120．060．28－0．03－－－ 标准偏差 ‰0．060． 060．06 0．080．020．130．060． 000．040． 07 0．12－0． 17－0．03－0．12－0．12－0．350．070．12－0．080．09 0．13－0． 11－0．09－0．13－0．11－0．260．120．11－0．070．15 F 0．06－0． 04－0．11－0．12－0．26－0．280．100．23－0．12－0．02 0．06－0． 25－0．05－0．03－0．28－0．310．080．09－0．090．10 0．10－0． 11－0．160．00－0．22－0．050． 11－－ －0． 03－0． 11－0．18－0．24－0． 15－－－－－ 标准偏差 ‰0．050． 060．05 0．080．070．030．020． 050．020． 06 0．330． 260．06－0．03－0．010．10－0．280． 150．02－0． 03 0．300． 13－0．04－0．020．130．11－0．100． 010．140． 05 G 0．270． 140．02－0．020．060．10－0．14－0． 020．060． 07 0．120． 220．16－0．04－0．040．14－0．03－0． 050．040． 26 0．270． 230．100．030．010．05－0．05－0． 17－－ －－－－－－0． 08－－－－ 标准偏差 ‰0．070． 050．07 0．020．060．070．090． 100．050． 11 0．210． 00－0．03－0．230．07－0．320．00－0． 19－0．07－0．07 0．27－0． 070．05－0．270．04－0．070．09－0． 07－0．110．03 H 0．19－0． 120．04－0．250．06－0．110．09－0． 09－0．05－0．05 0．22－0． 010．07－0．080．06－0．220．11－0． 050．030． 02 0．24－0． 070．06－0．160．05－0．310．15－0． 11－0．01－0．04 0．31－0． 20－－－－－－－－ 标准偏差 ‰0．040． 070．04 0．070．010．100．050． 050．050． 04 0．04－0． 140．110．180．120．180．12－0． 10－0．110．14 0．09－0． 050．150．220．030．020．13－0． 11－0．100．08 I 0．07－0． 060．050．140．220．180．25－0． 20－0．050．13 0．09－0． 11－0．070．140．180．08－0．03－0． 25－0．130．14 0．14－0． 100．04－0．160．250．11－0． 08－0．090． 28 0．16－0． 170．09－0．090．060．130． 05－－ 标准偏差 ‰0．040． 040．07 0．030．060．080．080． 090．030． 07 J 0．19－－0．06－－0．06－0．05－－－ 0．09－－0．19－－0．25－0．09－－－ 0．11－－0．10－－0．16－0．00－－－ 0．09－－0．16－－0．03－－0．14－－－ 0．09－－0．06－－0．13－0．06－－－ 标准偏差 ‰0．04－0．05 －0．08－0．08－－－ 注 “－ ” 表示未得到测试结果， 不参与统计计算。 835 第 4 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2020 年 ChaoXing 2． 1δ13C 和 δ15N 值测试结果的准确度 十家实验室对 5 个平行样品 δ13C 和 δ15N 的测 试结果与标准值相吻合， 各比对样品测量值与标准 值之差 准确度 见图 1。所有比对样品 δ13C 的准 确度在 －0． 32‰ ～0． 37‰范围内; δ15N 值的准确度 在 －0． 35‰ ～0． 29‰范围内。δ13C 值的最大偏差为 K 实验室的样品， 准确度为 0． 37‰; δ15N 值的最大 偏差为 F 实验室的样品， 准确度为 －0． 35‰。 实验结果表明， 元素分析 － 同位素比值质谱法 测量 δ13 C、 δ 15N 同位素的结果稳定， 与标准值无明显 差异， 能够快速、 准确地完成样品测试。 2． 2δ13C 和 δ15N 值测试结果的精密度 通过 5 个水平样品测量结果计算出的精密度统 计结果见图 2。所有实验室测试的 δ13C 精密度均好 于 0． 10‰， δ15N 精密度好于 0． 14‰。因此元素分析 － 同位素比值质谱法测量海洋沉积物有机碳、 氮同 位素取得数据的准确， 精密度较高， 能够满足实验室 各种测试要求。 3比对实验数据一致性检验 3． 1曼德尔 h －k 值检验一致性数理统计 通过检验多个实验室测试结果的一致性， 可以 保证测试方法的准确性和测试水平的适用性。按照 国家标准测量方法与结果的准确度 正确度与精 密度 第 2 部分 确定标准测量方法重复性与再现性 的基本方法 GB/T 6379． 22004 ， 对各实验室所 测数据进行实验室间一致性曼德尔统计量 h 和 k 检 验。δ13C 测定结果的 1的 h 临界值为 2． 18， 5 的 h 临界值为 1． 80; 1的 k 临界值为1． 66， 5的 k 临界值为 1． 45。δ15N 测定结果的 1 的 h 临界值 为 2． 13， 5 的 h 临界值为 1． 78， 1 和 5 的 k 临界值分别为 1． 66、 1． 45。 曼德尔 h、 k 统计量可以用来描述测量方法的变 异， 也可以应用到方法再现性评估中 图 3 。计算 实验室间的一致性统计量 h 的方法是用单元对平均 值的利差除以单元平均值的标准差。h 值可正可 负， h值越小， 表示数据越接近于所有实验室数据的 图 1不同实验室测试 δ13 C 和 δ15N 的准确度 A ～ J 为参与比对测试的实验室代码 Fig． 1Accuracy of δ13C and δ15N in different laboratories A － J is the laboratory code that participated in the comparison test 图 2不同实验室测试 δ13 C 和 δ15N 的精密度 A ～ J 为参与比对测试的实验室代码 Fig． 2Precision of δ13C and δ15N in different laboratories A － J is the laboratory code that participated in the comparison test 935 第 4 期常文博， 等 元素分析 －同位素比值质谱法测量海洋沉积物中有机碳和氮稳定同位素组成的实验室间比对研究第39 卷 ChaoXing 图 3实验室间比对 δ13 C 和 δ15N 曼德尔 h － k 统计图 Fig． 3Mandel h － k value statistical figures of δ13C and δ15N in inter － laboratory 平均值 ［29 ］。测试结果显示， 十家实验室之间 δ13C、 δ15N 同位素测试水平比较稳定。其中， 在 δ13C 的 h 统计图中， C 实验室的水平 1 达到 5 临界值， δ15N 的 h 统计图中， D 实验室的水平 5、 F 实验室的水平 3、 G 实验室的水平 1、 I 实验室的水平 2 接近或达到 临界值， 除极少数结果超过 1 临界值， 其他都在 1临界值以内， 说明整体比较稳定; 计算实验室内 一致性统计量 k 的方法是先对每个水平计算联合单 元内标准差， 然后对每个实验室的每个水平内计算。 k 值表示实验室内样品中各个水平测试数据结果在 整体平均值上分布基本都在显著性水平 1 曼德尔 临界值之内。其中， 在 δ13C 的 k 统计图中， B 实验室 的水平 2、 D 实验室的水平 3、 G 实验室的水平 4、 5、 H 实验室的水平 5 达到或接近临界值; 在 δ15N 的 k 统计图中， A 实验室的水平 4、 C 实验室的水平 2、 E 实验室的水平 3、 G 实验室的水平 5 接近或达到临 界值， 除极少数结果超过 1 临界值， 其他都在 1 临界值以内， 说明整体比较稳定。δ13C、 δ15N 实验室 内重复性基本都能控制在显著性水平 1 曼德尔临 界值之内， 因此元素分析 － 同位素比值质谱法在不 同实验室重复性和再现性整体良好。 3． 2离群值的检验 对离群值的检验方法有柯克伦 Cochran 检验和 格拉布斯 Grubbs 检验。柯克伦检验是对实验室内变 异的检验， 格拉布斯检验主要是对实验室间变异的检 验。如果检验统计量小于或等于5临界值， 则接受被 检验项目为正确值; 如果检验统计量大于 5临界值， 但小于等于1临界值， 则称被检验的项目为歧离值， 用单星号 * 标出; 如果检验统计量大于1临界值， 则称被检验的项目为离群值， 用双星号 ＊＊ 标出。 3． 3重复性和再现性统计结果 比对数据的一致性体现在方法的重复性和各个 实验室的再现性， 参与比对的实验室之间再现性试 验获得的实验数据精密度应遵循一定的数值数理统 计， 在多个水平测试下的实验数据， 除了需要对这些 数据的精密度、 准确度、 重复性、 再现性进行估计， 还 需要对这些实验数据进行考察。J 实验室在 δ15N 测 试中未能得到合理的结果， 排除 J 实验室对统计结 果的影响， 不参与统计。 按 GB/T 6379． 22004 规定的方法， 利用 5 个 不同水平的试样， 在 9 ～ 10 家实验室进行了方法精 密度试验。在剔除离群值后， 得到方法重复性和再 现性的统计数据见表 3。从测量的本质和计算拟合 的结果可知， 重复性 r 和再现性 R 与 m 值的变 化结果较微弱。因此， 十家实验室测试结果的重复 性和再现性良好 ［30 ］。 045 第 4 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2020 年 ChaoXing 表 3δ13 C 和 δ15N 测定的重复性与再现性统计结果 Table 3Statistical results of repeatability and reliability of δ13C and δ15N 参数统计参数GBW04701GBW04702GBW04703EMA － B2152EMA － B2151 有效实验室数目 p1010 10109 总平均值 m－20．79 －23．65－22．58－27．29－26．33 重复性标准差 Sr 0． 0490．0700．0620． 0670．037 δ13C ‰ 再现性标准差 SR 0． 0910．1040．1410． 1120．072 重复性限 r0． 139 0．1990．1750． 1900．104 再现性限 R0． 258 0．2950．3990． 3170．205 r/R 与 m 的关系重复性限 r 与测试值 m 的关系 r 0．0066m; 再现性限 r 与测试值 m 的关系 R 0．012m 有效实验室数目 p99 999 总平均值 m3．80 6． 464． 817． 184． 37 重复性标准差 Sr 0．0690． 0780． 0840． 0890． 075 δ15N ‰ 再现性标准差 SR 0． 1250．1310．1840． 1280．100 重复性限 r0． 195 0．2210．2370． 2530．213 再现性限 R0． 352 0．3710．5200． 3630．284 r/R 与 m 的关系重复性限 r 与测试值 m 的关系 r 0．0694m; 再现性限 r 与测试值 m 的关系 R 0． 1068m 3． 4测量方法正确度计算结果 按照国家标准测量方法与结果的准确度 正 确度与精密度第 4 部分 确定标准测量方法正确 度的基本方法 GB/T 6379． 42006 规定的方法， 利用 5 个不同水平的试样， 在 9 ～ 10 家实验室进行 了方法正确度试验， 得到方法偏倚统计数据见表 4。 多个实验室和多组样品参与协作比对实验时， 实验 室的偏倚量可以有效地评价每个实验室对每个样品 测试的偏倚情况。在 95的置信水平下， 实验室偏 倚范围就是每个实验室对特定样品测试值与该样品 标准值相比偏倚程度和偏倚方向。其中偏倚区间 ［ δ － A SR， δ A SR］包含 0， 则实验室偏倚不显 著， 否则偏倚显著。测试结果表明， δ13C 测试中的 EMA － B2151 的 δ A SR测试结果相对于标准值 偏负， 其余样品都获得了较好结果。 4结论 本文通过对多家实验室开展比对实验， 用元素 分析 － 同位素比值质谱法测定不同海洋沉积物样品 有机碳、 氮稳定同位素比值， 测得的 δ13C 和 δ15N 精 密度分别好于 0． 10‰、 0． 14‰。该方法的精密度和 准确度良好， 比对实验采用的方法的重复性和再现 性可靠， 比对方法稳定， 验证了元素分析 － 同位素比 值质谱法在海洋沉积物有机碳、 氮稳定同位素测试 方面的适用性。 随着同位素质谱方法的不断完善和推广， 迫切 需要开展标准化工作， 海洋沉积物标准分析方法的 建立与完善， 有利于测试技术的标准化、 规范化、 科 表 4δ13 C 和 δ15N 测量方法偏倚的估计 Table 4Estimation of measurement bias of δ13C and δ15N 统计参数 δ13C ‰ GBW04701 GBW04702 GBW04703 EMA-B2152 EMA-B2151 γ S R/Sr 1．8611．4812．2771．6721．975 A0．6350．6430．6300．6380．633 A SR0．0580．0670．0890．0720．046 总平均值 m－20．79－23．65－22．58 －27．29－26．33 标准值 μ－20．79－23．63 －22．57－27．29－26．27 测量方法偏倚 δ－0．004－0．022－0．013－0．002－0．057 δ －A SR －0．062－0．089－0．101－0．073－0．103 δ A SR 0．0540．0450．0760．070－0．011 统计参数 δ15N ‰ GBW04701 GBW04702 GBW04703 EMA-B2152 EMA-B2151 γ S R/ Sr 1．8071．6772．1911．4351．334 A0．6350．6380．6300．6440．648 A SR0．0790．0840．1160．0830．065 总平均值 m3．806．464．81 7．184．37 标准值 μ3．806．48 4．787．184．42 测量方法偏倚 δ 0．002－0．0200．0320．001－0．046 δ －A SR －0．078－0．104－0．084－0．082－0．111 δ A SR 0．0810．0630．1480．0840．019 注A 为标准物质认定值的估计值不确定度的系数; A SR为测量方 法的 偏 倚 的 95 的 置 信 区 间;GBW04701、GBW04702、 GBW04703 的标准值 μ 为该标准物质的认定值， EMA － B2152 的标准值 μ 为各比对实验室测量获得的平均值。 学 化。 本 研 究 验 证 了 三 种 国 家 标 准 物 质 GBW04701、 GBW04702、 GBW04703 的可靠性， 为 后续元素分析 － 同位素比值质谱法测定海洋沉积物 中有机碳、 氮稳定同位素的方法比对工作补充了资 料和奠定基础。这三个标准物质为我国不同海域的 145 第 4 期常文博， 等 元素分析 －同位素比值质谱法测量海洋沉积物中有机碳和氮稳定同位素组成的实验室间比对研究第39 卷 ChaoXing 海洋沉积物样品， 种类丰富， 沉积环境多样， 但 δ13C 和 δ15N 数值范围较小， 在进行质量控制工作时可控 范围较小， 还需要更多标准物质研制工作的推进。 5参考文献 ［ 1］Molero G， Aranjuelo I， Teixidor P， et al． Measurement of 13C and15 N isotope labeling by gas chromatography/ combustion/isotope ratio mass spectrometry to study amino acid fluxes in a plant –microbe symbiotic association［ J］ ． Rapid Communications in Mass Spectrometry， 2011， 25