同位素分析基质消除仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种同位素分析基质消除仪，包括样品通入管，所述样品通入管的一端连接有隔膜自吸泵，所述隔膜自吸泵的一端连接有反渗透膜过滤桶，所述反渗透膜过滤桶的一端连接有样品输出管，所述样品通入管上安装有连接管，所述连接管的一端连接有初级过滤装置。本实用新型专利技术的基质消除仪采用基于反渗透膜的基质去除技术，样品中除了水分子以外的其它元素、胶质颗粒和悬浮质以及微生物均被去除，可以将同位素分析过程中的基质效应降到最低，并且保证样品在处理过程中不发生同位素分馏，另外还可以根据需要选择冲洗或者过滤的强度以及同时对不同基质进行过滤，既保证了效果又提升了速度，大大增强了灵活性和实用性。大大增强了灵活性和实用性。大大增强了灵活性和实用性。

【技术实现步骤摘要】
同位素分析基质消除仪


[0001]本技术涉及水同位素高精度分析
，尤其涉及同位素分析基质消除仪。

技术介绍

[0002]氢氧同位素分析的重要性
[0003]氢是宇宙中含量最丰富的物质，氧是地壳中含量最多的元素，两种元素的结合构成了“水”这一地球生命起源最重要的物质。在水中可以含有几乎所有的地壳元素、溶解或未溶解的气体、各种类型的胶质颗粒和悬浮质以及微生物。
[0004]氢元素和氧元素各自有三种同位素，氢有1H(氕或H)、2H(氘或D)、3H(氚或T)，氧则有
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O、
17
O、
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O，通过排列组合，理论上可以组成18种同位素水分子，这些分子由于质量不同导致其不同同位素分子在不同的物理和化学行为过程中产生差异，这种差异我们称之为同位素效应。三种氢同位素在水中的丰度(％)相应为99.984、 0.016和0
‑
10
‑
15，三种氧同位素在水中的丰度(％)相应为99.76、 0.04和0.20，然而此丰度比例在不同形态的水中是有差别的，为了表示这一差别，通常采用两种同位素的比值即2H/1H、
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O/
16
O、
17
O/
16
O 来表示(氚属于放射性同位素，其表示方法、测试方法及应用场景均有着很大不同)。为了使这一比值更有广适性，普遍使用Craig(1961) 定义的标准平均海水SMOW(StandardMeanOceanWater)这一形态水的氢氧同位素比值作为参照标准，结果以δ(
‰
)表示。
[0005][0006]式中，R
sample
为样品的同位素比值，R
standard
为标准物质的同位素比值。δ值的大小与所采用的标准有关，无论采样何种标准物质，此物质需溯源至国际标准SMOW。
[0007]氢氧同位素作为天然示踪剂在研究水分蒸发、凝结、混合、渗透、吸收、化学反应、生物反应等诸多过程中发挥着重要作用。因此这一工具可以被应用于水文、生态、地质、环保、化工、医学、核工业、地热、矿山、地震等诸多领域。
[0008]不同形态水中氢氧同位素比值的差别是微小的，分析数据的误差会直接导致对分馏过程的判断造成定量的差异甚至定性的偏离。因此，同位素分析需要精密的同位素仪器结合合理的数据计算与矫正方法进行高辨识度的精确分析测量。
[0009]一、氢氧稳定同位素分析常用的仪器
[0010]同位素分析属于高精度分析范畴，化学方法难以实现，因此只能依赖于精密分析仪器。当前国内外用于氢氧同位素分析的主流仪器有两大类，一类为基于质谱的分析仪器，另一类为基于光谱的仪器。下面分别做以介绍。
[0011](1)质谱仪器
[0012]质谱仪是最早用于同位素分析的仪器，287种天然同位素的发现几乎都和质谱仪的研制和发展有着紧密的联系。质谱仪基于对带电粒子在电磁场中的偏离而设计，具有不
同同位素的带电粒子按其质量差异进行分离和检测，从而确定样品中同位素组成。随着技术的进步，可以用于高精度同位素分析仪器已经有很多门类，按照质量分析器的种类定义有扇形磁场质谱仪、飞行时间质谱仪、四级杆质谱仪、加速器质谱仪、离子回旋共振质谱仪等，按照电离方式分有热电离质谱仪、电子轰击电离质谱仪、多接收电感耦合等离子体质谱仪等等。仅水中氢氧稳定同位素分析而言，以气体同位素比质谱(Isotoperatiomassspectometor，IRMS)为主，此仪器由扇形磁场质谱耦合电子轰击电离源而组成，根据样品性质不同，还需要搭配双路进样系统、元素分析仪、多功能自动进样器(Gasbench或相当)等。对于氢、氧两种不同元素还应配备各自的样品制备装置。
[0013](2)光谱类仪器
[0014]同位素光谱仪器是利用分子吸收光谱测定某一特定气体的浓度，通过不同同位素吸收值的定量计算得出同位素比值。其基本原理简单描述如下：当一束连续波长的红外光通过气体物质，该物质分子中某个特征官能团的转动或振动频率和入射红外光谱的频率相同时，该分子就吸收能量，跃迁到能量较高的能级。若分子中的某个原子被其同位素取代，质量发生变化，则其转动频率或振动频率就会发生变化，从而导致分子吸收光谱的峰位置发生偏移，这就是分子振动或转动光谱的同位素效应。利用这一同位素效应则可以对不同同位素做选择性测量。红外光被特征基团上的元素及其同位素吸收时依然遵循比尔定律。
[0015]I/I0＝e
‑
σNL
[0016]I0＝为入射光强度；I为光谱仪器检测器探测到的光强度，N为样品中物质浓度；L为样品的厚度；σ则为固定的比率常数。
[0017]目前利用这一原理进行同位素分析的光谱仪器有两种。
[0018]①
离轴积分腔输出光谱简称，Off
‑
AxisICOS或OA
‑
ICOS，OA
‑
ICOS 技术主要是用一束近红外光进入装有目标气体的光腔中，激光在两面高反射镜之间多次反射被目标气体吸收，分子浓度与光束吸收关系可得到混合率方程。因此，某种分子的绝对数量可以通过测量某种特定波长激光的吸收状况得到，同时能够极为精确地计算同位素含量。
[0019]②
波长扫描光腔衰荡光谱技术(WS
‑
CRDS)
[0020]波长扫描光腔衰荡光谱技术是将激光二极管发射出的单频断源光束射入含有高反射率镜子的谐振腔室，透过待测水汽进行连续反射，伴随激光强度的不断增加，其中少部分光透过镜片到达检测器。当检测器中的光信号达到一定的稳定值后，停止照射激光，光强度在气体腔室以指数级迅速衰减直至为零，由于待测水汽同位素能够吸收特定频率的光，所以光衰减到某一确定程度所需要的时间将变短，其衰荡时差与气体的浓度成线性相关，于是波长扫描光腔衰荡光谱可通过长达20km的有效路径在极短的时间内监测到ppb水平甚至ppt水平的气体以及同位素比值。
[0021]氢氧稳定同位素分析方法
[0022]1、同位素比质谱法(IRMS)
[0023]利用IRMS进行水中氢氧同位素分析的方法需要将样品转化为适于质谱分析，氢同位素分析需要将水转化为氢气，而氧同位素分析需要将水中的氧转化为二氧化碳或一氧化碳，然后再进行质谱分析，一般两个过程需要单独完成，利用高温裂解法可以实现氢氧同位素同时分析。
[0024](1)氢同位素分析
[0025]水中氢同位素δ2H的分析有两种方案，一种是基于利用活泼金属做还原剂将水转化为氢气，常用的转化方法有五种：铀(U)法、锌(Zn) 法、镁(Mg)法、铬(Cr)法、锰(Mn)法，另一种方案是利用高温裂解法。
[0026](2)氧同位素分析
[0027]氧同位素δ
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O分析需要将水中的氧转化为二氧化碳或一氧化碳供同位素质谱分析。目前制备和转化方法有H2O
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.同位素分析基质消除仪，包括样品通入管(2)，其特征在于，所述样品通入管(2)的一端连接有隔膜自吸泵(5)，所述隔膜自吸泵(5)的一端连接有反渗透膜过滤桶(8)，所述反渗透膜过滤桶(8)的一端连接有样品输出管(10)，所述样品通入管(2)上安装有连接管(6)，所述连接管(6)的一端连接有初级过滤装置(7)，所述初级过滤装置(7)的一端连接有清洗水通入管(16)，所述样品输出管(10)上安装有反渗透膜连接通道(14)，所述反渗透膜连接通道(14)上安装有U型管(13)，所述反渗透膜连接通道(14)的中部设有阻尼管(11)，所述U型管(13)上安装有第二阀门(12)，所述反渗透膜连接通道(14)上安装有第一阀门(15)，所述连接管(6)上安装有第二单向阀(4)，所述样品通入...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂建业，王珍，母海东，王晓玮，吴光伟，张永伟，
申请(专利权)人：中国地质科学院水文地质环境地质研究所，
类型：新型
国别省市：