基于不同酸化温度的混合碳酸盐岩中方解石及白云石中CO制造技术

本发明专利技术涉及碳酸盐同位素测试方法领域，具体涉及基于不同酸化温度的混合碳酸盐岩中方解石及白云石CO

【技术实现步骤摘要】
基于不同酸化温度的混合碳酸盐岩中方解石及白云石中CO2的高效提取方法
本专利技术涉及碳酸盐同位素测试方法领域，具体涉及基于不同酸化温度的混合碳酸盐岩中方解石及白云石中CO2的高效提取方法。
技术介绍
碳酸盐岩是地球表面重要的沉积岩类型之一，与碎屑岩经过风化、剥蚀、搬运最终堆积在水体内不同，碳酸盐岩直接从水体中沉淀出来。因此，碳酸盐岩自身记录有沉积时期水体重要的物理化学信息，碳酸盐岩也成为地质学家研究地质历史时期地球古环境与古气候的重要载体。而碳、氧同位素分析则是开展这一研究的必要方法，通过磷酸溶解碳酸盐岩，提纯并收集生成的CO2气体并放入稳定同位素质谱仪中，即可获得碳酸盐岩矿物的碳、氧同位素组成。磷酸法是分析碳酸盐岩矿物碳、氧同位素组成的经典方法，其分析流程目前主要包括离线法(传统手工进样)与在线法(机器自动进样)两种。相比于在线法，离线法因为反应条件的选择多样性、反应装置的高气密性与低廉的成本优势在各实验室广泛使用。离线法由美国科学家McCrea在1950年首创，随后几十年该实验基本沿袭了他的步骤：(1)将碳酸盐样品与100％磷酸置于Y型玻璃管的两臂，Y型玻璃管与真空阀门组合后接入真空系统进行抽真空步骤；(2)待真空度满足后，将反应装置从真空系统转移到恒温水浴盆中，待温度平衡后，斜置反应装置，令样品与磷酸接触反应；(3)反应完成后，将反应装置接入CO2纯化系统进行CO2的纯化与收集；(4)将收集的CO2送入质谱仪进行碳、氧同位素测定。然而，复杂的沉积环境与成岩过程往往导致碳酸盐岩中存在多种共生矿物，如方解石和白云石。此时，倘若使用传统的磷酸法只能获取混合矿物的CO2气体，其碳、氧同位素组成也不具有研究价值。基于方解石和白云石与磷酸反应速率的差异，Epstein等人在1964年第一次使用选择磷酸法从混合碳酸盐样品中分离方解石和白云石的CO2气体，并分析各自的同位素组成。经过众多科学家的多年实验，这一方法基本被固定为以下步骤：(1)混合碳酸盐样品(方解石+白云石)在25℃下与磷酸反应至少2h，该阶段收集到的CO2用于分析方解石碳、氧同位素的组成；(2)混合样品接着与磷酸反应<24h，此阶段生成的CO2气体认为是方解石与白云石反应共同生成的气体，将其舍弃；(3)在25℃下或者将水浴装置升温到50℃，反应继续进行，该阶段收集到的CO2用于分析白云石的碳、氧同位素的组成。值得注意的是，选择磷酸法所使用的反应装置与传统磷酸法完全相同，但是选择磷酸法3步中的任意1步都相当于按照传统磷酸法中的流程全部进行一遍。Liu等人2018年针对这一方法进行了优化，将传统选择磷酸法的3步缩减到2步，去掉了原方法中第2步舍弃混合气体环节。为了兼顾反应效率与降低混染气体比例，首先固定了样品粒度分布在75-80微米；其次，针对方解石含量>50％，30-50％和<30％三种情况，将传统选择磷酸法的第1步分别调整为在50℃下反应10-15分钟，50℃下反应6分钟和25℃下反应45分钟。其实验结果显示，可以从混合样品中提取出方解石的CO2气体，同时大部分情况下提取出的方解石CO2碳、氧同位素值与真实值基本吻合，显示该优化方法的成功。但是上述方法也存在一些缺陷。针对传统选择磷酸法，为了尽量减少气体混染情况的发生，在对反应温度和时间进行限定之后，每进行1次混合碳酸盐样品方解石与白云石CO2气体的提取流程变得十分繁琐和低效。除了大量的人工手动操作之外，每进行1次混合样品的气体分离提取需要花费超过24h的时间，大大增加了稳定同位素分析与研究的时间成本。Liu等人2018年建立的优化方法，虽然大大提高了混合碳酸盐样品中方解石CO2气体的高效提取问题；但是他认为混合样品中的白云石CO2受气体混染、同位素分馏效应等因素影响过大，因此没有建立混合样品中白云石CO2的优化提取方法。此外，Liu等人的方法针对方解石在混合碳酸盐样品中的不同比例，采取不同的优化策略，这就需要在进行碳、氧同位素实验之前，对样品先进行矿物X衍射全岩分析(简称XRD)，明确方解石与白云石各自含量，这无形中提高了实验成本与实验周期，并且需要更多的样品量以支撑不同实验。因此，在实际的应用中迫切希望能推出更有效和完整的气体提取方法，不依赖复杂的反应仪器设备，便可高效提取混合碳酸盐样品的方解石与白云石CO2气体，同时又可以将气体混染比例控制在可以接受的范围内。
技术实现思路
为解决现有技术存在的不足，本专利技术提供了基于不同酸化温度的混合碳酸盐岩中方解石及白云石中CO2的高效提取方法。本专利技术的技术方案为：基于不同酸化温度的混合碳酸盐岩中方解石及白云石中CO2的高效提取方法，包括如下步骤：(1)样品与磷酸液制备使用玛瑙研钵与不同孔径筛子将混合碳酸盐样品磨至75-80μm粒径范围，并将制备好的样品置于高温真空烘箱中去除所含水分。同时制备100-104％质量浓度的磷酸液。(2)混合碳酸盐岩中方解石中CO2的提取将制备好的样品置入自动进样机或者Y型管，并与磷酸浴盆一同接入提纯-气体收集管线，对提纯-气体收集管线进行抽真空处理，设置磷酸浴盆温度为48.5-51.5℃，将混合碳酸盐岩样品投入恒温磷酸浴盆，并设置反应时间为10min，将反应后产生的CO2经提纯-气体管线提纯后收集，作为混合样品中方解石产物。(3)磷酸浴盆升温在反应10min完成同时，将恒温磷酸浴盆中进口阀门、出口阀门关闭，并将恒温磷酸浴盆的水浴温度迅速调升至88.5-91.5℃。(4)净化CO2提纯收集管线待步骤(2)CO2收集完后，对提纯-气体管线进行抽真空和焙烤，以去除管线中残留的CO2和H2O。(5)混合碳酸盐岩中白云石中CO2的提取当管线中残留的CO2和H2O去除干净后，打开恒温磷酸浴盆中的出口阀门，将反应后产生的CO2经提纯后收集，作为混合样品中白云石产物。优选的，步骤(2)中水浴温度为50℃。优选的，步骤(2)抽真空和焙烤的时间30-50min。优选的，步骤(3)中水浴温度为90℃。优选的，步骤(4)中抽真空的真空度<100mtorr，焙烤温度为180-200℃。优选的，在对混合碳酸盐岩中方解石CO2和白云石CO2的提取过程中，总的反应时间设置为80-100min。基于不同酸化温度的混合碳酸盐岩中方解石及白云石中CO2的高效提取方法，所述方法可以提取不同组分混合碳酸盐岩样品中方解石及白云石CO2，相互之间气体污染比例不超过8％。优选的，用于经多次重复测试，提取的不同组分比例混合碳酸盐岩样品中方解石及白云石CO2碳同位素值误差比例≤5％，氧同位素值误差比例≤8％，团簇同位素值时的误差比例≤4％。本专利技术所达到的有益效果为：本专利技术基于不同酸化温度的混合碳酸盐岩中方解石及白云石中CO2的高效提取方法与传统的选择性磷酸法相比，将单次完整的混合碳酸盐岩样品中方解石与白云石CO2气体提取周期从超过24h，缩减到90min，大大降低了混合碳酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于不同酸化温度的混合碳酸盐岩中方解石及白云石中CO

【技术特征摘要】
1.基于不同酸化温度的混合碳酸盐岩中方解石及白云石中CO2的高效提取方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)样品与磷酸液制备
将混合碳酸盐样品磨至75-80μm粒径范围，并将制备好的样品置于烘箱中去除所含水分，同时制备100-104％质量浓度的磷酸液；
(2)混合碳酸盐岩中方解石CO2的提取
将制备好的样品置入自动进样机或者Y型管，并与磷酸浴盆一同接入提纯-气体收集管线，对提纯-气体收集管线进行抽真空处理，设置磷酸浴盆温度为48.5-51.5℃，将混合碳酸盐岩样品投入恒温磷酸浴盆，并设置反应时间为10min，将反应后产生的CO2经提纯-气体收集管线提纯后收集，作为混合样品中方解石产物；
(3)磷酸浴盆升温
在反应10min完成同时，将恒温磷酸浴盆中进口阀门、出口阀门关闭，并将恒温磷酸浴盆的水浴温度迅速调至88.5-91.5℃；
(4)净化CO2提纯收集管线
待步骤(2)CO2收集完后，对提纯-气体收集管线进行抽真空和焙烤，以去除提纯-气体收集管线中残留的CO2和H2O；
(5)混合碳酸盐岩中白云石CO2的提取
当提纯-气体收集管线中残留的CO2和H2O去除干净后，打开恒温磷酸浴盆中的出口阀门，将反应后产生的CO2经提纯后收集，作为混合样品中白云石产物。


2.根据权利要求1所述的基于不同酸化温度的混合碳酸盐岩中方解石及白云石中CO2的高效提取方法，其特征在于：步骤(2)中设置磷酸浴盆温度为50℃。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李森，梁杰，朱红涛，彭康宁，
申请(专利权)人：青岛海洋地质研究所，中国地质大学武汉，山东省地质环境监测总站山东省地质灾害防治技术指导中心，
类型：发明
国别省市：山东;37