[发明专利]水中氧同位素的提取系统及水中氧同位素分析的方法

说明书

本发明涉及同位素分析技术领域，公开了一种分析水中氧同位素的提取系统和使用该提取系统进行水中氧同位素分析的方法。所述提取系统包括平衡单元、样品收集单元和抽真空单元，其中，所述平衡单元和样品收集单元连通设置并依次接入抽真空单元，所述平衡单元中包括多个平衡器，所述样品收集单元包括多个样品收集管，所述提取系统将平衡单元和样品收集单元良好地整合为一体，简化了实验操作、提高了实验效率，使用该提取系统进行水中氧同位素分析的方法具有稳定性高、重现性好、测试精度较高、分析数据准确、有效避免记忆效应导致的测试数据误差大等优点。

技术领域

本发明涉及稳定同位素分析技术领域，具体涉及一种水中氧同位素的提取系统和一种使用所述提取系统进行水中氧同位素分析的方法。

背景技术

自然界中天然水的氢氧同位素组成与含量受复杂的地球物理、地球化学和生物化学作用的影响，在蒸发和冷凝过程中会产生同位素分馏。由于同位素分馏作用的结果，使得各种天然水具有各自不同的同位素特征，这使得稳定同位素技术在地质学、水文学、水文地质学、大气科学、生态学等领域有着广泛的应用，水的稳定同位素分析现已逐渐成为水科学领域的现代研究方法之一。水的稳定同位素成分被认为是水的“指纹”，在分析水分来源、运移和混合等动态过程的研究中发挥着日益重要的作用。特别是D和¹⁸O，被认为在没有高温的水岩作用和强烈的蒸发条件下是稳定的，是示踪水动力过程最理想的环境同位素。

随着氢氧同位素技术应用越来越广泛，其检测方法也越来越多。目前用于氢氧同位素检测的方法主要有：离线双路进样同位素比质谱法(Dual-inlet IRMS)、连续流水平衡法Gasbench-IRMS、热转换元素分析同位素比质谱法(TC/EA-IRMS)。Dual-inlet IRMS测定样品中氢氧同位素组成，也是应用最早的一种同位素比值测定的方法，具有分析精密度和准确度高的特点，是氢氧同位素分析方法中最为经典的方法。

对于水中氧同位素的分析，目前最广泛的方法是二氧化碳-水平衡交换反应，二氧化碳同位素和水之间的氧同位素交换反应如下式所示：

C¹⁶O¹⁶O(气)+H₂¹⁸O(液)＝＝＝C¹⁶O¹⁸O(气)+H₂¹⁶O(液)

二氧化碳和水之间的氧同位素的分馏程度，通常用氧同位素分馏系数(α_CO2-H2O)来表示，其数值等于二氧化碳和水中的氧同位素比值之商，其计算表达式如下：

在二氧化碳和水中氧同位素交换条件下，二氧化碳和水达到氧同位素进行交换，待交换达到平衡后，二氧化碳和水中的氧同位素比值之商达到分馏系数。

通常，所述二氧化碳-水平衡交换反应过程主要包括以下三个步骤：

(1)气态二氧化碳溶解到水中，即：

CO₂(气)---CO₂(液)

(2)在pH<8的溶液中，二氧化碳与水进行水合作用，即：

H₂O+CO₂(液)---H₂CO₃

(3)二氧化碳进行脱水作用，从水中扩散到气相中，即：

CO₂(液)----CO₂(气)