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Kiel Ⅳ-IRMS双路在线分析微量碳酸盐的碳氧同位素

杨会, 唐伟, 吴夏, 王华, 应启和, 涂林玲

杨会, 唐伟, 吴夏, 王华, 应启和, 涂林玲. Kiel Ⅳ-IRMS双路在线分析微量碳酸盐的碳氧同位素[J]. 岩矿测试, 2014, 33(4): 480-485.
引用本文: 杨会, 唐伟, 吴夏, 王华, 应启和, 涂林玲. Kiel Ⅳ-IRMS双路在线分析微量碳酸盐的碳氧同位素[J]. 岩矿测试, 2014, 33(4): 480-485.
Hui YANG, Wei TANG, Xia WU, Hua WANG, Qi-he YING, Lin-ling TU. Carbon and Oxygen Isotope Analysis of Trace Carbonate by Kiel Ⅳ-IRMS Using On-line Dual Technique[J]. Rock and Mineral Analysis, 2014, 33(4): 480-485.
Citation: Hui YANG, Wei TANG, Xia WU, Hua WANG, Qi-he YING, Lin-ling TU. Carbon and Oxygen Isotope Analysis of Trace Carbonate by Kiel Ⅳ-IRMS Using On-line Dual Technique[J]. Rock and Mineral Analysis, 2014, 33(4): 480-485.

Kiel Ⅳ-IRMS双路在线分析微量碳酸盐的碳氧同位素

基金项目: 

中国地质调查局项目(水[2010]矿评03-07-02);中国地质科学院岩溶地质研究所基金项目(2010012)

中国地质科学院岩溶地质研究所基金项目 2010012

中国地质调查局项目 水[2010]矿评03-07-02

详细信息
    作者简介:

    杨会,硕士研究生,助理研究员,主要从事同位素地球化学研究。E-mail:hy53022@163.com

  • 中图分类号: P588.245;O628;O657.63

Carbon and Oxygen Isotope Analysis of Trace Carbonate by Kiel Ⅳ-IRMS Using On-line Dual Technique

  • 摘要: 石笋能重建百年、十年的气候事件,为达到空间高分辨率,对微量碳酸盐的检测提出了更高要求,传统磷酸酸解法的样品用量大(约10 mg)已经无法满足微量样品的分析,而激光探针质谱分析方法需对检测结果进行校正。本文采用Kiel Ⅳ-IRMS双路在线分析技术对微量碳酸盐样品的碳、氧同位素进行检测研究其可行性,并以GBW 04405和NBS 19为例研究了不同样品量的碳酸盐标准样品在不同反应时间对同位素分馏的影响。结果表明,由于标准样品所需的反应时间不同,从而导致同位素分馏值的差异。对样品量为4~85 μg的标准样品GBW 04405进行检测,δ13C、δ18O测量值分别为0.574‰±0.027‰、-8.519‰±0.065‰,与推荐值0.57‰±0.03‰、-8.49‰±0.14‰基本一致,表明该方法能够满足微量碳酸盐测试的要求。将Kiel Ⅳ-IRMS双路在线分析技术与Gasbench Ⅱ-IRMS检测方法进行对比,对于标准样品GBW 04405,Kiel Ⅳ-IRMS所用样品量约为50 μg,δ13C、δ18O测量值分别为0.576‰±0.012‰、-8.501‰±0.050‰,Gasbench Ⅱ-IRMS所用样品量约为140 μg,δ13C、δ18O测量值分别为0.569‰±0.034‰、-8.590‰±0.099‰。表明Kiel Ⅳ-IRMS方法相比于GasbenchⅡ-IRMS方法所需样品量少,精度高,结果重现性好,该方法在碳酸盐样品的应用上能达到空间高分辨率。
  • 盐酸阿考替胺是由日本Zeria公司研制的一种新型Ml、M2受体拮抗剂,临床上用于提高胃的蠕动,以治疗功能性消化不良[1],2013年2月在日本批准上市。与一般促胃肠动力药(伊托必利、莫沙比利)不同,盐酸阿考替胺能够通过促进肠内胆碱神经末梢乙酰胆碱的释放来提高胃肠蠕动[2, 3, 4, 5, 6, 7, 8],为第一个胃肠蠕动改善药物。盐酸阿考替胺三水合物的化学名为N-{2-[1-甲基乙基]乙基}-2-[(2-羟基-4, 5-二甲氧基苯甲酰基)氨基]噻唑-4-甲酰胺盐酸盐三水合物(结构图见图 1)。目前,促胃动力药占消化道用药的市场份额呈现出快速增长的趋势,因此,盐酸阿考替胺三水合物有着巨大的市场前景。本世纪初,国外已有盐酸阿考替胺水合物合成方法的报道[9]。近年来,国内外相继出现多篇关于盐酸阿考替胺以及盐酸阿考替胺三水合物合成方法的专利[10, 11, 12, 13, 14, 15]。对于一个产品,分析测试不仅可以对产品的质量进行检验,还对产品研发和生产起着重要的指导作用[16],然而对盐酸阿考替胺三水合物分析方法的公开报道甚少,目前只有Furuta等[17]报道了固相萃取提取狗血中盐酸阿考替胺三水合物,采用高效液相色谱(HPLC)以甲醇-磷酸二氢钾-辛烷磺酸钠为流动相进行测定的方法。该方法使用的离子对试剂辛烷磺酸钠,在流动相中使用时,系统前平衡和后冲洗均需较长时间,因而整个分析过程比较耗时。此外,离子对试剂对pH值比较敏感,配制流动相时要求精确度较高,直接影响了实验的重复性和重现性。

    图  1  盐酸阿考替胺三水合物结构图
    Figure  1.  Structure of acotiamide hydrochloride trihydrate

    HPLC因其快速、准确、测试条件温和等优点,在有机化合物分离、分析中发挥着重要作用。本文拟建立一种更为简单的HPLC方法,通过改变流动相组成(包括流动相种类、有机相比例、缓冲盐浓度)和检测波长来优化色谱条件,实现对盐酸阿考替胺三水合物快速、准确的测定,为盐酸阿考替胺三水合物的合成和提纯工艺质量控制提供可靠的依据。

    Agilent 1200高效液相色谱仪(美国Agilent公司),配有四元泵(包含真空脱气机),自动进样器,智能型柱温箱,二极管阵列检测器(DAD)。

    甲醇、乙腈均为HPLC级,购自Honeywell公司(Honeywell Burdick & Jackson, Muskegon, MI, USA);乙酸铵为分析纯(购自南京化学试剂有限公司,南京);冰乙酸为分析纯(购自国药集团化学试剂有限公司,上海),氨水为分析纯(购自南京化学试剂有限公司,南京);纯净水(购自杭州娃哈哈集团有限公司,杭州)。

    盐酸阿考替胺三水合物对照品(≥99.5%)和粗品均购自南京复兴生物有限公司。

    色谱柱:Ultimate XB-C18柱(4.6 mm × 150 mm, 5 μm)购自月旭材料科技(上海)有限公司;柱温30℃;流动相:甲醇-20 mmol/L乙酸铵水溶液= 45:55(V/V);流速1.0 mL/min;进样量10 μL;检测波长280 nm。

    精确称取盐酸阿考替胺三水合物对照品25 mg于25 mL容量瓶中,以流动相溶解,并定容,配制成1 mg/mL的储备溶液,分别用流动相稀释成0.5、0.4、0.2、0.1、0.05、0.02、0.01、0.005、0.002、0.001、0.0006、0.0005和0.0001 mg/mL的系列标准溶液,待用。

    精确称取盐酸阿考替胺三水合物粗品10 mg于25 mL容量瓶中,以流动相溶解并定容。

    分别用甲醇-水、乙腈-水、甲醇-乙酸铵水溶液、乙腈-乙酸铵水溶液作为流动相。以甲醇-水和乙腈-水分别作为流动相时,盐酸阿考替胺三水合物峰形展宽严重,而以甲醇-乙酸铵水溶液和乙腈-乙酸铵水溶液作为流动相时,样品的保留时间合适且峰形较好,这是由于盐酸阿考替胺三水合物为两性化合物,必须在一定的pH缓冲环境下才能得到好的峰形。考虑甲醇的毒性较乙腈低,且价格较便宜,故选择甲醇-乙酸铵水溶液作为流动相。

    固定其他色谱条件不变,通过改变流动相中甲醇的比例优化盐酸阿考替胺三水合物的分离(见图 2)。从图 2中可以看出,55%甲醇时,杂质1、2重叠在一起并与主峰部分重叠;50%甲醇时,杂质1、2分离虽有改善,杂质2与主峰依然没有完全分离。随着甲醇比例的降低,主峰与杂质峰均得到良好分离,但当甲醇比例下降至40%时,杂质4在50 min时还没有完全出峰;而当甲醇比例降至35%时,50 min内杂质3和4都未出峰。考虑到主峰与杂质峰的分离情况以及合适的分析时间,甲醇比例选择45%为最佳有机调节剂比例。该条件下,盐酸阿考替胺三水合物出峰时间为8 min,总分析时间为23 min,优于文献[17]中报道方法。

    图  2  盐酸阿考替胺三水合物粗品在不同甲醇比例下的色谱图
    Figure  2.  HPLC chromatograms of acotiamide hydrochloride trihydrate products under different methanol ratio

    保持乙酸铵浓度为20 mmol/L不变,用冰乙酸或氨水分别调节其pH值在5.5~7.5之间。考察流动相pH对保留及峰形的影响。结果表明,pH改变对保留时间影响不大,只会影响盐酸阿考替胺三水合物的峰形。当pH在6.5~7.0之间时主峰峰形对称性均良好,本实验选择缓冲溶液的pH为6.8。

    保持其他条件不变,分别配制10、15、20、30、40、50 mmol/L的乙酸铵缓冲溶液(pH 6.8) 进行样品测定,分析结果显示,当缓冲盐浓度小于20 mmol/L时,盐酸阿考替胺三水合物保留不稳定,当缓冲盐浓度在20~50 mmol/L之间时,峰形良好,保留稳定且差异不大,考虑高浓度缓冲盐对色谱柱可能的损伤,故选择缓冲盐浓度为20 mmol/L。

    用二极管阵列检测器在210~400 nm波长下进行扫描,盐酸阿考替胺三水合物的紫外特征吸收波长为220 nm、280 nm和355 nm(图 3),其中,220 nm为末端吸收,甲醇和乙酸铵在此波长下会有较强的背景吸收,而280 nm比355 nm吸收要强,因此选择280 nm为检测波长。

    图  3  盐酸阿考替胺三水合物紫外吸收光谱
    Figure  3.  UV spectrum of acotiamide hydrochloride trihydrate

    以峰面积(A, mμV·s)对标准溶液的质量浓度(ρ, mg/mL)进行线性回归,在0.0006~1.0 mg/mL浓度范围内,盐酸阿考替胺三水合物线性良好,线性回归方程为Y=34.57+17083.72X,相关系数r2=0.9998。其中对浓度为0.002 mg/mL的标准溶液重复进样5次,盐酸阿考替胺三水合物峰面积相对标准偏差(RSD)为0.14%。在3倍信噪比(S/N=3) 时,测得方法的最低检出限(LOD)为0.0002 mg/mL,10倍信噪比(S/N=10) 时,测得方法的定量限(LOQ)为0.0006 mg/mL。

    精确称取盐酸阿考替胺三水合物粗品10 mg于25 mL容量瓶中,以流动相溶解并定容,连续配制五份,每份样品重复进样两次并用外标法进行日内含量测定。以同样方法每天配制一份盐酸阿考替胺三水合物粗品溶液,连续配制5天,进行日间含量测定,测定结果见表 1。日间、日内含量在91.31%~92.68%之间,RSD均小于1%,表明方法具有良好的精密度,适用于盐酸阿考替胺三水合物工业品分析。

    表  1  盐酸阿考替胺三水合物样品测定
    Table  1.  Determination of acotiamide hydrochloride trihydrate in crude samples
    平行样品日内测定含量(%)日间测定含量(%)
    192.0492.19
    291.3192.47
    392.1792.21
    492.0791.46
    592.4792.68
    平均值92.0192.20
    RSD(%)0.460.50
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    针对盐酸阿考替胺三水合物的结构,采用HPLC法对其进行分析测定,主要难点是选择合适的缓冲盐和合适的pH值,提高分析的重复性和可操作性。本研究建立的HPLC方法采用C18(4.6 mm×150 mm,5 μm)色谱柱为主流通用柱,以甲醇-乙酸铵水溶液(20 mmol/L,pH 6.8) 作流动相有利于色谱系统的快速平衡。方法稳定、准确度高,易于操作,为盐酸阿考替胺三水合物药物的快速分析提供了基础,可用于盐酸阿考替胺三水合物工业品的检测,并用于原料药的质量控制。

  • 图  1   不同反应时间下GBW 04405的分析结果

    Figure  1.   Analytical results of GBW 04405 at different reaction time

    图  2   不同反应时间下NBS 19的分析结果

    Figure  2.   Analytical results of NBS 19 at different reaction time

    图  3   样品量与CO2信号强度关系

    Figure  3.   Relationship between weight of sample and CO2 signal intensity

    图  4   不同信号强度下的δ13C值

    Figure  4.   Analytical results of δ13C at different signal intensity

    图  5   不同信号强度下的δ18O值

    Figure  5.   Analytical results of δ18O at different signal intensity

    表  1   国家标准物质δ13C和δ18O分析结果

    Table  1   Analytical results of δ13C and δ18O for national standard materials

    标准样品 碳氧同位素值 推荐值 (‰) 测量值(‰) 标准偏差 (‰)
    第1次 第2次 第3次 第4次 第5次 平均值
    GBW 04405 δ13C 0.57±0.03 0.621 0.585 0.573 0.609 0.586 0.595 0.018
    δ18O -8.49±0.14 -8.512 -8.396 -8.548 -8.492 -8.501 -8.490 0.050
    GBW 04406 δ13C -10.85±0.05 -10.862 -10.885 -10.846 -10.823 -10.824 -10.848 0.026
    δ18O -12.40±0.15 -12.265 -12.468 -12.333 -12.307 -12.357 -12.346 0.076
    GBW 04416 δ13C 1.61±0.03 1.569 1.632 1.554 1.582 1.587 1.585 0.029
    δ18O -11.59±0.11 -11.587 -11.469 -11.616 -11.500 -11.585 -11.551 0.063
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    表  2   应用Kiel Ⅳ-IRMS与Gasbench Ⅱ-IRMS检测GBW 04405的分析结果

    Table  2   Analytical results of δ 13C and δ 18O for GBW 04405 by Kiel Ⅳ-IRMS and Gasbench Ⅱ-IRMS system

    测量次数 δ13CVPDB(‰) δ18OVPDB(‰)
    Kiel Ⅳ-IRMS Gasbench Ⅱ-IRMS Kiel Ⅳ-IRMS Gasbench Ⅱ-IRMS
    1 0.581 0.519 -8.543 -8.671
    2 0.572 0.532 -8.576 -8.686
    3 0.584 0.548 -8.524 -8.685
    4 0.560 0.548 -8.482 -8.674
    5 0.575 0.552 -8.55 -8.674
    6 0.591 0.560 -8.497 -8.383
    7 0.569 0.567 -8.577 -8.618
    8 0.559 0.569 -8.565 -8.460
    9 0.562 0.570 -8.494 -8.640
    10 0.586 0.573 -8.567 -8.533
    11 0.583 0.575 -8.569 -8.682
    12 0.596 0.578 -8.405 -8.650
    13 0.580 0.617 -8.525 -8.474
    14 0.562 0.653 -8.481 -8.429
    平均值 0.576 0.569 -8.501 -8.590
    标准偏差 0.012 0.034 0.050 0.099
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  • 郑仰帝,蔡进功.南黄海盆地碳酸盐岩碳氧同位素特征及意义[J].石油实验地质,2013,35(3):307-313. doi: 10.11781/sysydz201303307
    汪福顺,万国江,刘丛强,胥思勤.程海沉积物无机碳、氧同位素相关性及其环境意义[J].矿物学报,2002, 22(2):184-188. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KWXB200202014.htm
    刘春燕,郑和荣,胡宗全,尹伟,李松.碎屑岩中的碳酸盐胶结特征——以鄂尔多斯盆地南部富县地区延长组长6 砂体为例[J].中国科学(地球科学),2012,42(11):1681-1689. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JDXK201211007.htm
    陈友良,魏佳,叶永钦,宋昊,孙泽轩.若尔盖铀矿田方解石稀土元素与碳氧同位素地球化学特征及其意义[J].地球科学进展,2012,27(10):1061-1067. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DXJZ201210004.htm

    Christoph S, Augusto M.Stalagmite from the Austrian Alps reveals Dansgaard-Oeschger events during isotope stages 3: Implications for the absolute chronology of Greenland ice cores[J].Earth and Planetary Science Letters, 2002, 203: 507-518. doi: 10.1016/S0012-821X(02)00837-3

    Holmgren K, Karlen W.Paleoclimatic significance of the stable isotopic composition and petrology of a Late Pleis-tocene stalagmite from Botswana [J].Quaternary Research, 1995, 43:320-328. doi: 10.1006/qres.1995.1038

    Wang Y J, Cheng H, Edwards R L, Kong X G, Shao X H, Chen S T, Wu J Y, Jiang X Y, Wang X F, An Z S. Millennial-and orbital-scale changes in the East Asian monsoon over the past 224000 years[J].Nature, 2008,451:1090-1093. doi: 10.1038/nature06692

    Zhang P Z, Cheng H, Edwards R L, Chen F H, Wang Y J, Yang X L, Liu J, Tan M, Wang X F, Liu J H, An C L, Dai Z B, Zhou J, Zhang D Z, Jia J H, Jin L Y, Johnson K R.A test of climate, sun and culture relationships from an 1810-year Chinese cave record [J].Science, 2008, 322:940-942. doi: 10.1126/science.1163965

    Cai Y J, Tan L C, Cheng H, An Z S, Edwards R L, Kely M J, Kong X G, Wang X F.The variation of summer monsoon precipitation in central China since the last deglaciation[J].Earth and Planetary Science Letters, 2010,291: 21-31. doi: 10.1016/j.epsl.2009.12.039

    Cheng H, Edwards R L, Broecker W S, Denton G H, Kong X G, Wang Y J, Zhang R, Wang X F.Ice age terminations[J].Science, 2009,326:248-252. doi: 10.1126/science.1177840

    Baker A, Caseidine C J, Gilmour M A, Charman D, Proctor C J, Hawkesworth C J, Phillips N.Stalagmite luminescence and peat humification records of palaeomoisture for the last 2500 years[J].Earth and Planetary Science Letters, 1999, 165: 157-162. doi: 10.1016/S0012-821X(98)00258-1

    Fleimanna D, Burnsb S J, Neffc U, Mudelseed M, Manginie A, Mattera A.Palaeoclimatic interpretation of high-resolution oxygen isotope profiles derived from annually laminated speleothems from Southern Oman[J].Quaternary Science Reviews,2004,23:935-945. doi: 10.1016/j.quascirev.2003.06.019

    郑淑蕙,郑斯成,莫志超.稳定同位素地球化学分析[M].北京:北京大学出版社,1986.
    黄俊华,胡超涌,周群峰,杨桂芳.激光探针质谱分析碳酸盐碳、氧同位素技术[J].矿物岩石地球化学通报,2001,20(4):472-474. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KYDH200104075.htm
    何道清.碳酸盐岩碳、氧同位素分析激光微取样技术[J].西南石油学院学报,2003,25(1):12-15. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XNSY200301003.htm
    杜广鹏,王旭,张福松.GasBench Ⅱ顶空瓶内空气背景对<100μg碳酸盐中碳氧同位素在线测定的影响及校正方法初探[J].岩矿测试,2010,29(6):631-638. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YKCS201006002.htm
    邓文峰,韦刚健,李献华.不纯碳酸盐碳氧同位素组成的在线分析[J].地球化学, 2005,34(5):495-500. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQHX200505007.htm
    曹军骥,王亚强,张小曳,李顺诚,何健辉,曹蕴宁,李杨.大气中碳酸盐的碳同位素分析及其来源指示意义[J].科学通报,2004,49(17):1785-1788. doi: 10.3321/j.issn:0023-074X.2004.17.016
    吴静淑,李金城,朱井泉.连续测定方解石和白云石中碳、氧同位素比值的方法及其意义[J].岩石矿物学杂志,1990,9(2):174-179. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YSKW199002011.htm
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-12-16
  • 修回日期:  2014-03-12
  • 录用日期:  2014-04-19
  • 发布日期:  2014-06-30

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