导言
本期Editor's choice选择了中国科学院广州地球化学研究所张干研究员科研团队的工作，第一作者怡欣，通讯作者张干研究员、钟广财副研究员。责任编辑为瑞典林雪平大学Joy Routh教授。以下内容由作者提供。 黑碳物质（BC）广泛存在于地球表层系统各圈层介质，是地表慢碳循环碳库的重要组成部分，在全球碳循环中占据重要地位。针对不同圏层介质的研究（如，大气、水体、土壤）和在不同目标导向下的BC研究，对BC的表征方法存在很大差异，妨碍了BC物质生物地球化学循环的跨圈层对接。为了深入了解地表不同圈层介质中BC的来源及其地球化学行为，本研究基于表征BC稠合芳香结构的苯多羧酸法（BPCA法），建立了跨圈层介质的BPCA单体双碳同位素（δ13C-Δ14C）分析技术体系，为BC来源和跨圈层地球化学过程的示踪，提供了新工具。
•建立了基于苯多羧酸（BPCA）法的双碳同位素（δ13C-Δ14C）分析技术新方法。
•经制备高效液相色谱（prep-HPLC）分离纯化后的BPCA单体馏分，可完全除去流动相，直接进行δ13C和14C分析。
•使用各类环境参考物质（生物炭、大气、水、土壤和沉积物）验证方法的可靠性和适用性。
图文导读
前人用于制备BPCA单体的制备液相色谱（prep-HPLC）方法通常使用磷酸水溶液作为水相流动相。由于磷酸不能挥发，所以制备液中会存在磷酸残留。因此，后续对BPCA进行双碳同位素测定前，只能先对样品进行湿氧化，将BPCA单体转化为CO2，再在真空系统中将一部分CO2气体定量分离出来，利用GC-IRMS测定BPCA-δ13C，另一部分用于制备石墨靶、并在加速器质谱（AMS）上测定BPCA单体Δ14C。在实践上，由于CO2气体分样，这往往会导致BPCA单体Δ14C分析面临碳量不足的问题，或带来较大的AMS 14C测量偏差。
本研究建立的BPCA单体双碳同位素（δ13C-Δ14C）分析技术体系（图1），在使用prep-HPLC制备BPCA单体时，以三氟乙酸（TFA）水溶液作为色谱流动相，不仅保证了不同BPCA单体获得良好的基线分离，同时还可通过高纯氮气吹扫，完全去除馏分收集液中的流动相（TFA）。这样，可通过高效液相色谱-同位素比值质谱仪（HPLC-C-IRMS）直接测定已纯化制备的BPCA单体的δ13C，一方面，极大减少因样品中其他有机酸未完全氧化而导致HPLC-C-IRMS氧化室堵塞的问题，另一方面，最大程度地将宝贵的BPCA单体碳量留给AMS 14C分析。而且，BPCA-Δ14C分析也不再局限于湿氧化，而是可以采用经典的氧化铜（CuO）高温氧化法将BPCA转化为CO2，进而合成石墨靶、以AMS测定14C，这也显著提高了实验的可操作性和测试效率。
该方法可以很好地反映不同环境介质中BPCA母体BC的来源。特别是将BC的双碳同位素组成（δ13C和Fm）绘制在二维坐标轴上时，不同来源BC的特征范围差别显著（图2）。从图中可以判识，城市灰尘（SRM 1649b）样品中的BC主要来源于煤燃烧；河流天然有机质（NOM 2R101N）样品中的水溶性黑碳（DBC）主要来源于现代C3植物的燃烧；而海洋沉积物（SRM 1941b）样品中的BC主要来自煤燃烧和/或历史的C3植物燃烧。此外，本研究也发现，在典型的国际标准环境参考物质中，不同BPCA单体的δ13C-Δ14C特征普遍存在一定差异，表明不同稠合度的BC可能具有不同的来源和地球化学行为。本研究认为，单体BPCA的双碳同位素分析可以在分子水平上为BC的来源和过程示踪提供新视角。
论文信息
本研究受到国家自然科学基金（编号：42192511和2030715）、广东省基础与应用基础研究基金（编号：2023B0303000007和2023B1515020067）以及中国科学院青年创新促进会（编号：2022359）的资助。 Yi, X., Zhong, G., Geng, X., Tang, J., Lin, B., Zhu, S., ... & Zhang, G. (2024). Dual-Carbon Isotope Analysis of Benzene Polycarboxylic Acids for Tracking Black Carbon across Different Environments. Applied Geochemistry, 106062. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2024.106062
