[发明专利]一种碳酸盐碳-氧同位素微区分析的制样装置及制样方法

说明书

本发明公开了一种碳酸盐碳‑氧同位素微区分析的制样装置及方法，装置磷酸毛细管微量进样器和碳酸盐样品池；碳酸盐样品池括腔体侧面上分别设有氦气进气口和二氧化碳出气口，顶盖上设有显微注射针开口；磷酸毛细管微量进样器的出口通过显微注射针将磷酸注入到碳酸盐样品池中的样品上，二氧化碳出气口与碳‑氧同位素测试仪相连；样品架安装在电控三轴样品台上，样品架底部设有控温板。本发明采用显微注射针注射磷酸微液滴与碳酸盐样品反应，收集反应生成气体进行碳‑氧同位素分析，同时兼顾了较高的空间分辨率和数据精确度，实现微区原位分析；本装置成本低，结构简单。

技术领域

本发明涉及一种碳酸盐碳-氧同位素微区分析的制样装置及制样方法。

背景技术

碳-氧同位素研究是研究碳酸盐(岩)的重要手段，微区原位分析方法是地学研究的前 缘和趋势。常规的碳酸盐(岩)碳-氧同位素分析方法为磷酸法(McCree,1950)，通过磷酸 与碳酸盐矿物反应，生成CO₂气体，送入质谱仪进行分析；该方法所得到的数据稳定，操作简便，但其要求将待测矿物、岩石进行分选、粉碎，且所需的样品量大，空间分辨率低， 显然不能满足目前微区原位分析的要求。且该方法不能有效区分待测样品中碳酸盐矿物的期次，环带等微结构，往往得到一个混合的碳-氧同位素值，而这也不符合目前精细化研究的要求。

虽然微钻取样方法可以一定程度地提高空间分辨率(几百微米)，降低样品用量(几十 微克)，但是其操作过于繁琐，且其空间分辨率受限于钻头直径，不能对更小的矿物和结构 开展取样工作。无法满足目前的微区分析要求。

激光探针分析为近年来常用的微区分析方法，可显著提高测试的空间分辨率(几十微 米)。其利用高能量激光束对待测矿物测点进行剥蚀，实现微区原位取样分析。该方法可以 和显微镜联用，便于根据样品矿物期次和结构进行选择性分析。目前主要利用红外激光探 针对碳酸盐(岩)进行碳-氧同位素研究，其基本原理为以高能红外激光束对样品加热，使 碳酸盐分解产生CO₂气体，收集CO₂气体进行质谱分析，以得到碳-氧同位素值。该方法拥 有较高的空间分辨率(几十微米)，足以满足对微小结构的碳-氧同位素研究。但是，该方法 依靠碳酸盐分解(CaCO₃＝CaO+CO₂)来测定所生成CO₂的碳-氧同位素值，在该过程中碳同位素不发生分馏，但氧同位素会发生分馏，而影响分析结果。该方法测得的δ¹³C分析精 度(1σ)可达0.22‰-0.24‰，接近磷酸法的分析精度，但δ¹⁸O分析精度为0.38‰-0.57‰，与 磷酸法相差较大(范昌福等，2014)。影响氧同位素分析精度的原因可能为，在激光剥蚀时 高温产生的温度效应导致氧同位素分馏(黄俊华等，2001；何道清,2003)，一部分氧分馏进 入CaO，而使测值和磷酸法测值形成较大差异。这种分馏和温度相关，虽然可以一定程度 地矫正，但是目前的矫正都采用一个常量进行矫正(Sharp,1992；Smalley et al.,1992；黄俊华等,2001；何道清,2003)，且该同位素分馏机制尚不清楚，使用该方法难以准确矫正同位素分馏问题。且该方法成本较高，受仪器条件限制。

还有一种激光取样和磷酸法联用测试方法(范昌福，2014)，其原理为：通过紫外激光 将样品剥蚀为气溶胶，用载气运输经过石英滤膜，用石英滤膜收集剥蚀的碳酸盐微颗粒(20ug)，再将收集有碳酸盐颗粒的石英滤膜与磷酸反应以测定其碳－氧同位素值。该方法能避免激光剥蚀过程中热效应导致的氧同位素分馏，测试精度与传统磷酸法测试结果接近。 但该方法操作繁琐，且不能保证在转移样品过程中的样品损失及污染，且该方法成本较高， 普通实验室难以实现。

此外，目前显微注射系统发展已较为成熟，市面上的显微注射器(泵)的注射流量可 以达到为每分钟几纳升的注射精度。但该技术目前主要运用于生物领域，地质领域目前还 没有运用。

发明内容