一种超微量硫同位素分析系统及分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种超微量硫同位素分析系统及分析方法，属于稳定同位素测试技术领域，解决了现有分析方法的样品用量大、实际样品利用率低、耗材成本高且无法实现超微量硫同位素分析测试的问题。超微量硫同位素分析系统包括元素分析仪、第一气体预浓缩纯化装置、色谱柱、第二气体预浓缩纯化装置和质谱仪；元素分析仪与第一气体预浓缩纯化装置连接，第一气体预浓缩纯化装置通过色谱柱与第二气体预浓缩纯化装置连接，第二气体预浓缩纯化装置通过万用接口与质谱仪连接。本发明专利技术的样品用量少、分析效率高、耗材成本低且能够实现超微量硫同位素分析测试，分析精度优于0.40‰(1σ)，达到国际同类实验室先进水平。

【技术实现步骤摘要】
一种超微量硫同位素分析系统及分析方法
本专利技术涉及稳定同位素测试
，尤其涉及一种超微量硫同位素分析系统及分析方法。
技术介绍
硫在地质过程中存在形态多样，同时具有很大的同位素分馏。硫同位素分析通常用于指示含硫地质物质的起源和行为，并作为示踪方法广泛应用于地球上火成岩、沉积、热液和生物过程的研究。自20世纪70年代开始，硫同位素的测量技术一直在进步。从最开始采用的双入口系统(DI-IRMS)同位素质谱仪进行离线SO2预处理以来，发展到允许使用连续流动技术在线制备和净化SO2，到近年来新出现了基于激光原位分析的发展允许更高的空间分辨率，但EA-IRMS技术仍然是硫同位素测量的重要方法。用于硫同位素测量的EA-IRMS通常需要0.01-0.1mg硫(Flash2000HT元素分析仪，ThermoFisherScientific)，但随着硫同位素分析材料的多样化，包括外星样品、有机和无机沉积物样品以及其他要求高分辨率分析的样品等，该方法不再满足研究人员对这些地质材料的测试需求。对于低硫含量材料或极少量硫样品的硫同位素比值(34S/32S)测量一直都极具挑战性，其原因在于：低硫材料样品中硫含量相对较低，硫同位素分析需要大量的样品量以确保IRMS有足够的SO2用于分析。因此，降低EA-IRMS所需的样本量已成为拓展该技术应用的首要问题。然而，在常规的EA-IRMS分析中，含硫样品在EA中燃烧产生的SO2气体被流速为100mL/min的载气携带，而质谱仪需要保持正常工作的真空度，进入离子源的毛细管流速需控制在0.3mL/min，由于EA和IRMS所需载气的流速不匹配，99.7％的由含硫样品燃烧生成的SO2气体通过分流接口排出，未被利用。含硫样品的实际利用率仅为0.3％。因此，在分析过程中，如何降低样品的损耗、提高样品的利用率，是解决如何降低样品需要量以满足超微量硫同位素分析测试的关键。
技术实现思路
鉴于上述原因，本专利技术旨在提供一种超微量硫同位素分析系统及分析方法，用以解决现有分析方法的样品用量大、实际样品利用率低、耗材成本高，且无法实现超微量硫同位素分析测试的问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一方面，提供一种超微量硫同位素分析系统，包括元素分析仪、第一气体预浓缩纯化装置、色谱柱、第二气体预浓缩纯化装置和质谱仪；元素分析仪与第一气体预浓缩纯化装置连接，第一气体预浓缩纯化装置通过色谱柱与第二气体预浓缩纯化装置连接，第二气体预浓缩纯化装置通过万用接口与质谱仪连接。进一步地，第一气体预浓缩纯化装置用于对元素分析仪中产生的SO2气体进行初次富集提纯；第二气体预浓缩纯化装置用于对色谱柱分离提纯后的SO2气体进行再次富集提纯。进一步地，第一气体预浓缩纯化装置包括第一六通阀和第一液氮集气组件；第一液氮集气组件包括第一冷阱和第一液氮桶；第一六通阀设有第一阀口a、第二阀口a、第三阀口a、第四阀口a、第五阀口a和第六阀口a；第一阀口a为排气口，与第一排气管连接；第二阀口a为进气口，通过管路与氧化还原管的出气口连接；第三阀口a与第六阀口a均通过外接管路与第一冷阱连接；第四阀口a为反吹氦气口，通过第一反吹氦气管与氦气源连接；第五阀口a通过管路与色谱柱连接。进一步地，第二气体预浓缩纯化装置包括第二六通阀和第二液氮集气组件；第二液氮集气组件包括第二冷阱和第二液氮桶；第二六通阀设有第一阀口b、第二阀口b、第三阀口b、第四阀口b、第五阀口b和第六阀口b；第一阀口b为排气口，与第二排气管2连接；第二阀口b为进气口，通过管路与色谱柱连接；第三阀口b与第六阀口b均通过管路与第二冷阱连接；第四阀口b为反吹氦气口，通过第二反吹氦气管与氦气源连接；第五阀口b通过管路与万用接口相连，质谱仪通过毛细管与万用接口的开口分流装置连接。进一步地，第一冷阱为特氟龙冷阱；第二冷阱为不锈钢冷阱，不锈钢冷阱内设有石英熔融毛细管。进一步地，在测试过程中，第一六通阀与第二六通阀均具有两种工作模式：气体富集模式和氦气反吹模式。进一步地，第一六通阀处于气体富集模式时，第二阀口a与第三阀口a连通，第四阀口a与第五阀口a连通，第一阀口a与第六阀口a连通；第一六通阀处于氦气反吹模式时，第一阀口a与第二阀口a连通，第三阀口a与第四阀口a连通，第五阀口a与第六阀口a连通，反吹氦气由第四阀口a供入；进一步地，第二六通阀处于气体富集模式时，第二阀口b与第三阀口b连通，第四阀口b与第五阀口b连通，第一阀口b与第六阀口b连通；第二六通阀处于氦气反吹模式时，第一阀口b与第二阀口b连通，第三阀口b与第四阀口b连通，第五阀口b与第六阀口b连通，反吹氦气由第四阀口b供入。进一步地，元素分析仪包括自动进样器和氧化还原管，氧化还原管的一端与自动进样器连接，另一端与第一气体预浓缩纯化装置连接。进一步地，氧化还原管与第一气体预浓缩纯化装置连接的管路上设有水阱。进一步地，氧化还原管的下部充填氧化剂和还原剂，上部预留氦载气与氧气的混合空间。另一方面，提供一种超微量硫同位素分析方法，基于上述的超微量硫同位素分析系统，包括如下步骤：步骤一：制备待测样品；步骤二：利用第一气体预浓缩纯化装置对氧化还原管中反应生成的SO2进行初次富集提纯；步骤三：利用第二气体预浓缩纯化装置对初次富集提纯后的SO2进行再次富集提纯，得到纯净的SO2固态冻结物；步骤四：将SO2固态冻结物升华得到纯净的SO2气体，并将纯净的SO2气体供入质谱仪进行测试，得到硫同位素测试结果。进一步地，步骤二中，对SO2进行初次富集提纯的步骤为：将第一六通阀设置为气体富集模式，自动进样器将待测样品送入氧化还原管中反应生成SO2气体，SO2及其它可被液氮冻结的杂质气体在第一冷阱中形成固态冻结物，完成SO2气体初次富集提纯。进一步地，步骤三中，对SO2进行再次富集提纯的步骤为：将第一六通阀切换为氦气反吹模式，同时将第一冷阱从第一液氮桶中移出并加热，使第一冷阱中的固态冻结物升华为含目标气体SO2的混合气体，含目标气体SO2的混合气体在氦气的运送下经色谱柱分离提纯后进入第二六通阀的第二阀口b；此时第二六通阀处于气体富集模式，经色谱柱分离提纯的纯净SO2气体被冷冻富集在第二冷阱中，形成纯净的SO2固态冻结物，完成SO2气体的再次富集。进一步地，步骤四中，将SO2固态冻结物升华得到纯净的SO2气体的过程中，将第二六通阀由气体富集模式切换为氦气反吹模式，同时将第二冷阱从第二液氮桶中移出并加热，使第二冷阱中的SO2固态冻结物升华为纯净的SO2气体。与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果之一：a)本专利技术提供的超微量硫同位素分析系统，通过在元素分析仪和万用接口之间设置气体预浓缩纯化装置，使待测样品燃烧产生的SO2气体能够全部被冷冻收集，解决了样品不能瞬间完全燃烧造成的拖尾现象，提高了测试结果精密度。b)本专利技术提供的超微量硫同位素分析系统，六通阀在氦气反吹模式下，接入反吹氦气流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超微量硫同位素分析系统，其特征在于，包括元素分析仪、第一气体预浓缩纯化装置(3)、色谱柱(4)、第二气体预浓缩纯化装置(7)和质谱仪(16)；/n所述元素分析仪与所述第一气体预浓缩纯化装置(3)连接，所述第一气体预浓缩纯化装置(3)通过所述色谱柱(4)与所述第二气体预浓缩纯化装置(7)连接，所述第二气体预浓缩纯化装置(7)通过万用接口(11)与所述质谱仪(16)连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种超微量硫同位素分析系统，其特征在于，包括元素分析仪、第一气体预浓缩纯化装置(3)、色谱柱(4)、第二气体预浓缩纯化装置(7)和质谱仪(16)；
所述元素分析仪与所述第一气体预浓缩纯化装置(3)连接，所述第一气体预浓缩纯化装置(3)通过所述色谱柱(4)与所述第二气体预浓缩纯化装置(7)连接，所述第二气体预浓缩纯化装置(7)通过万用接口(11)与所述质谱仪(16)连接。


2.根据权利要求1所述的超微量硫同位素分析系统，其特征在于，所述第一气体预浓缩纯化装置(3)包括第一六通阀(5)和第一液氮集气组件(6)；
所述第一液氮集气组件(6)包括第一冷阱(6-1)和第一液氮桶(6-2)；
所述第一六通阀(5)设有第一阀口a(5-1)、第二阀口a(5-2)、第三阀口a(5-3)、第四阀口a(5-4)、第五阀口a(5-5)和第六阀口a(5-6)；
所述第一阀口a(5-1)为排气口，与第一排气管15连接；所述第二阀口a(5-2)为进气口，通过管路与氧化还原管(2)的出气口连接；所述第三阀口a(5-3)与第六阀口a(5-6)均通过外接管路与第一冷阱(6-1)连接；所述第四阀口a(5-4)为反吹氦气口，通过第一反吹氦气管(14)与氦气源连接；所述第五阀口a(5-5)通过管路与色谱柱(4)连接。


3.根据权利要求2所述的超微量硫同位素分析系统，其特征在于，所述第二气体预浓缩纯化装置(7)包括第二六通阀(8)和第二液氮集气组件(9)；
所述第二液氮集气组件(9)包括第二冷阱(9-1)和第二液氮桶(9-2)；
所述第二六通阀(8)设有第一阀口b(8-1)、第二阀口b(8-2)、第三阀口b(8-3)、第四阀口b(8-4)、第五阀口b(8-5)和第六阀口b(8-6)；
所述第一阀口b(8-1)为排气口，与第二排气管(20)连接；所述第二阀口b(8-2)为进气口，通过管路与色谱柱(4)连接；所述第三阀口b(8-3)与第六阀口b(8-6)均通过管路与第二冷阱(9-1)连接；所述第四阀口b(8-4)为反吹氦气口，通过第二反吹氦气管(19)与氦气源连接；所述第五阀口b(8-5)通过管路与万用接口(11)相连，质谱仪16通过毛细管与万用接口(11)的开口分流装置连接。


4.根据权利要求3所述的超微量硫同位素分析系统，其特征在于，在测试过程中，所述第一六通...

【专利技术属性】
技术研发人员：范昌福，武晓珮，胡斌，高建飞，李延河，
申请(专利权)人：中国地质科学院矿产资源研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11