陝西科技大學化學與化工學院周友平教授領導的天然產物穩定同位素組學（Isotopomics in Chemical Biology,ICB）團隊，通過近3年的努力，首次建立了同時分析硝酸鹽和亞硝酸鹽δ18O和δ15N的新方法。相關成果近日發表在自然指數期刊Analytical Chemistry上，陝科大青年教師王波博士為論文的第一作者，課題組碩士生鄭帥和黃燕分別為論文的第二和第三作者，自然資源部第三海洋研究所為參與單位。
周友平教授
硝酸鹽和亞硝酸鹽的N和O同位素組成（δ18O和δ15N）是研究動植物氮元素代謝和大氣（光）化學過程的重要手段。目前，分析硝酸鹽和亞硝酸鹽δ18O和δ15N的方法主要有：離子交換法、細菌反硝化法、鎘/疊氮或三氯化鈦還原法。它們具有以下缺點：
1）樣品用量大，處理步驟冗長；2）無法應用於海水等含鹽度高的樣品，或含有重金屬等會毒害反硝化細菌的樣品；3）使用的化學試劑疊氮化鈉具有爆炸性且劇毒；4）無法消除硝酸鹽和亞硝酸鹽之間相互幹擾的問題；5）將硝酸鹽和亞硝酸鹽轉化為N2O的過程中不但會引起部分氧原子丟失，還會引入外部氮原子，結果造成氮和氧同位素分餾；6）δ18O分析嚴重依賴反應體系的pH值，分析對象N2O中的O原子有一部分與反應體系中的O原子發生同位素交換。
針對上述方法存在的問題，ICB團隊創新性地將無機硝酸鹽和亞硝酸鹽，以無同位素交換、丟失和獲得的方式，幾乎定量地轉化為有機物（硝酸酯和硝基烷烴），並充分利用氣相色譜（GC）的分離功能，在氣相/熱解/氣相/同位素比質譜（GC/Pyrolysis/GC/IRMS）聯用儀上成功實現了同時分析硝酸鹽和亞硝酸鹽的δ18O和δ15N（見下圖）。該方法靈敏度高、操作簡單、適用於各種類型樣品；同時，有望實現樣品分析的自動化。
有機酯法分析硝酸鹽和亞硝酸鹽氮、氧同位素過程示意圖
該方法基於新的設計思路實現了含氧陰離子（如硝酸鹽和亞硝酸鹽）的和同位素組成的測定：利用有機物替代無機氣體或固體（如N2O或AgNO3），作為分析對象，在GC/Pyrolysis/GC/IRMS儀器上實現多組分、多元素的同位素分析；替代了傳統基於EA/IRMS或者GasBench/IRMS平臺的單組份、單同位素分析方法。由於硝酸鹽和亞硝酸鹽O和N同位素分析在地球化學、環境科學以及生態學等領域具有廣泛且重要的應用，具有多重優勢的新方法有望替代過去二十年間廣泛使用的傳統方法，成為主流分析技術。
該成果得到了科技部重點研發計劃項目（編號：2018YFE0206400）、國家自然科學基金面上項目（編號：41773032和41973072）等項目的資助。
作為陝西省"國內一流大學建設高校"，陝西科技大學高度重視科技創新，積極為經濟社會發展服務，為推動科技成果轉移轉化和行業技術進步發揮了積極作用。
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天然產物穩定同位素組學課題組團隊簡介
陝西科技大學天然產物穩定同位素組學實驗室成立於2016年7月，是目前世界上為數極少專門從事天然產物穩定同位素組學的先鋒研究團隊。團隊以植物合成天然產物為主要研究對象，自然豐度穩定同位素組成（natural abundance stable isotopes）為主要工具，有機及生物質譜學（organic & biological mass spectrometry）、同位素比質譜學（isotope ratio mass spectrometry）和核磁共振波譜學（nuclear magnetic resonance）為主要分析手段，致力於在分子及亞分子層面上深刻認識決定天然產物穩定同位組成的光合、代謝及環境過程，為穩定同位素在植物代謝、氣候、環境、生態、食藥品摻雜、司法鑑證等領域的應用奠定和夯實理論基礎。
周友平教授團隊
實驗室負責人周友平教授2006年獲澳大利亞國立大學（Australian National University）地球科學博士學位，2016年受聘為陝西科技大學首位"特聘教授"，實驗室固定成員包括：馬然，南開大學元素有機化學國家重點實驗室合成有機化學博士，副教授；朱震宇，法國格勒諾布爾一大分析化學博士，副教授；王波，清華大學有機化學博士，講師。實驗室常駐外籍專家兩名：Ben-Li Zhang，法國南特大學（Université de Nantes）副教授；Charles H. Hocart：澳大利亞國立大學資深有機及生物質譜學專家。