用于NO_x氮同位素分析的自动化高分辨率移动采集系统

该方法的总体目标是将气态氮氧化物定量地捕获到溶液中，以测定这种对环境具有重要意义的气体的氮同位素组成。该方法有助于回答大气化学和环境化学领域中的关键问题，因为被称为NOx的氮氧化物会促成环境中烟雾的形成和酸性沉降。通过分析NOx的同位素，我们有望追踪其在环境中的来源及影响。

本技术的优势在于能够在多种条件下高效捕获氮氧化物（NOx）。与先前使用的技术相比，我们的方法已在实验室和野外环境中得到充分验证，能够定量捕获NOx用于同位素分析。对该方法的可视化演示对于理解这一新型系统至关重要。

其野外部署需要一个紧凑的电池供电装置，以便在多种野外应用中实现便携性。首先，使用1摩尔的高锰酸钾储备液和10摩尔的氢氧化钠制备采样溶液。然后，用超纯水将每种溶液稀释至正确体积。

取25毫升其中一种溶液作为实验室空白样，转移至一个60毫升的棕色玻璃瓶中。记录该实验室空白样所来源的溶液瓶。接下来，在采样前更换NOx采集系统中的所有滤膜，以确保其工作状态达到最佳效率。

建立由NOx采集系统和化学发光NOx浓度分析仪组成的固定实验室。使用聚四氟乙烯（PTFE）管路在系统上创建进气口，管路一端指向待采集空气的方向，另一端固定于三通接头，将进气口同时连接至NOx分析仪和自动采集系统。开启系统，使空气通过溶液产生气泡，且可观察到气泡形成。

完成采样且样品已收集完NOx后，将溶液收集至一个60毫升的棕色玻璃瓶中，并手动将该瓶从系统中移除。使用注射泵自动清洗玻璃洗涤瓶。在收集过程中，对每个使用的溶液瓶进行现场空白样采集：将25毫升溶液通过系统，但不开启真空泵以采集空气。

在溶液注入系统后立即收集。将一份样品溶液倒入样品烧杯中，将一份空白溶液倒入空白烧杯中。在剧烈搅拌下，缓慢地将五毫升过氧化氢加入样品烧杯上方，注意滴加管尖端不得接触烧杯、搅拌棒或溶液。

沿烧杯壁加入第二个5 mL等分试样，确保所有样品溶液均被还原。将每个烧杯中的全部内容物（包括液体和棕色沉淀）倒入已根据样品或空白编号或字母标记的50 mL离心管中。随后，以3,220 ×g离心每批样品15分钟。

离心后，将每份上清液倒入棕色塑料瓶中，并妥善处理离心管。将用于注射的注射器针头浸入盛有超纯水的烧杯中，然后取出晾干。用第二个烧杯中的超纯水冲洗注射器的全部体积，随后将水作为废液弃去。

随后，用少量样品填充注射器，以预冲洗注射器。弃去该样品后，重新用样品填充注射器。轻轻敲击注射器以排除所有气泡，确保测量体积准确。

根据测定的各样品浓度，将相应体积注入预先准备好的、含有细菌的带盖小瓶中。将小瓶在温暖环境中放置过夜后，向每个样品中注入 0.1 至 0.2 毫升的 10 摩尔氢氧化钠溶液以裂解细菌。通过一氧化氮分析仪测得的中位数 NOx 浓度与根据溶液和流量测量值计算出的浓度进行直接比较，结果表明，溶液浓度与 NC2 NOx 浓度高度一致。

事实上，对一氧化氮浓度数据分布的百分位数进行分析表明，在每个采样时间段内，基于溶液测得的一氧化氮浓度均处于该分布范围内。在城市近道路和道路沿线环境中采集的样品，其一氧化氮浓度跨越了三个数量级，而同位素比值范围则从负1‰到负13‰。

这表明环境中同位素比值的范围远大于该方法的不确定度，后者仅为1.5‰。同时部署的两种采集系统的比较显示，各采集时段两个数据点之间的绝对偏差极小，同位素数据具有极好的一致性。在城市地区，NOx的采集可在一小时以内完成，每个样品的还原处理约需五分钟。

这种独特的方法能够在多种野外环境中以相对较高的时间分辨率，对氮氧化物（NOx）来源的同位素组成进行表征。我们已采集了道路车辆排放的烟羽，并将其同位素组成与其他主要NOx来源进行比较。该方法的最终目的是在野外准确收集NOx，并利用其同位素信息追踪NOx对大气化学和酸沉降的影响。