一種硫酸根中氧同位素的分析方法
【專利摘要】本發明提供一種硫酸根中氧同位素的分析方法，包括：將樣品與石墨粉按預定比例攪拌混合后裝入反應器中，重復多次，制備多個裝有樣品和石墨粉的反應器；將所述多個反應器連接到真空抽取裝置以進行抽真空處理；當真空系統的真空度達到預定值時，使用火焰槍分別鍛取所述多個反應器，形成多個獨立真空密封反應器；將所述多個獨立真空密封反應器集中在預定溫度下反應預定時間，反應完成后冷卻所述多個獨立真空密封反應器；在真空狀態下折斷所述多個獨立真空密封反應器，收集反應生成的氣體并純化所收集的氣體；以及將所得氣體在氣體質譜儀上進行氧同位素分析。利用本發明的方法分析準確且提高分析速度，實現大量硫酸根中氧同位素的連續快速測試。
【專利說明】一種硫酸根中氧同位素的分析方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及穩定同位素的分析方法，特別地涉及硫酸根中氧同位素的分析方法。【背景技術】
[0002]硫酸鹽是一種常見礦物，廣泛分布于表生和內生環境之中，例如海洋、河流、湖泊、沉積物、鹽類礦床、土壤、風化殼、大氣和熱液礦床等。
[0003]硫酸根中氧同位素的研究已經50余年。硫酸根中氧同位素的研究能夠解決諸多的地質問題，例如用于對古環境、古氣候研究；熱液礦床的形成過程的研究；對地下水中的硫酸根的示蹤和形成機理的研究；現代環境中大氣污染如酸雨的形成機理的探究等。
[0004]目前，硫酸鹽中氧同位素的分析方法通常有離線分析方法和在線分析方法，其中在離線分析方法中，首先采用化學方法將硫酸根中的氧轉化為氣體，然后將反應生成的氣體收集起來進行質譜分析，從而分析硫酸根中氧同位素。所用的化學方法主要包括氟化法和碳還原法。氟化法具有可直接測量S17O值等優點，但是該方法的分析流程復雜，氧的產率較低，并且還需要對所測得的s 18O用已知的標準樣品進行校正。碳還原法是一種在高溫條件下將硫酸鹽與石墨反應后還原成二氧化碳并測定二氧化碳中氧同位素組成的分析技術。相對于氟化法，碳還原法的反應過程中的試劑沒有毒性，硫酸根和石墨反應后的二氧化碳的產率較高，分析流程簡單，分析結果準確可靠，因此，碳還原法被廣泛用于分析硫酸根中氧同位素。
[0005]然而，在傳統離線分析方法中，通常是將樣品放在一個固定的反應器(如石英管)中，樣品需要一個接一個的按順序反應，不同的含氧同位素的樣品均在一個反應器中反應，往往容易造成所謂的記憶效應，即其后反應的樣品的氧同位素受上一個樣品的氧同位素的影響，特別是對于氧同位素值差別較大的樣品，同時，分析速度較慢。因此，隨著研究測試需求的逐年增加，急需一種可以提高分析準確性及分析速度的連續快速分析方法。
【發明內容】
[0006]為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種硫酸根中氧同位素的分析方法，在該分析方法中，一個樣品對應一個反應器，并且多個反應器集中在相同的溫度條件下反應，從而不僅避免了氧同位素記憶效應，還大大提高了樣品的分析速度，實現連續快速分析。
[0007]本發明使用碳還原法將硫酸根中的氧轉化為氣體，以含硫酸根樣品為硫酸鋇為例，反應原理為:BaS04+2C — BaS+2C02。
[0008]根據本發明的一方面，提供一種硫酸根中氧同位素的分析方法，包括以下步驟:
[0009](I)將樣品與石墨粉以重量比為1: 2的比例攪拌混合，然后將混合物裝入反應器中，重復多次前述步驟，制備多個裝有樣品和石墨粉的反應器；
[0010](2)將所述多個反應器通過硅膠管連接到真空抽取裝置，打開機械泵和擴散泵以及閥門，進行抽真空處理；[0011](3)通過真空壓力計對真空系統的真空度進行監測，當真空壓力計監測到真空系統的真空度達到0.01Pa時，使用火焰槍在距離所述反應器開口 3-4cm處分別將所述反應器鍛取下來，形成多個獨立真空密封反應器；
[0012](4)將所述多個獨立真空密封反應器集中置于馬弗爐中于850°C下反應5.5h，反應完成后冷卻所述多個獨立真空密封反應器；
[0013](5)在真空條件下折斷所述多個獨立真空密封反應器，反應器底部套上液氮杜瓦瓶吸收反應生成的氣體并純化所得氣體；以及
[0014](6)將所得氣 體進雙路進樣氣體同位素質譜儀進行氧同位素分析。
[0015]本發明不是傳統意義上的離線方式，而是采用一個樣品對應一個反應器，將這些反應器抽真空處理之后，依據單獨封管原則，分別制成多個獨立真空密封反應器，然后將這些多個獨立真空密封反應器集中放在馬弗爐中進行反應，因此，根據本發明的方法不但可避免現有技術中由于樣品放在同一個固定反應器中而造成的氧同位素記憶效應的缺點，提高分析準確性，還由于樣品無需一個接一個的按順序反應，從而可同時批量分析樣品，提高樣品分析速度。
[0016]此外，根據本發明的方法，硫酸鹽與石墨可在低溫(850°C )下反應，因此，相對于傳統碳還原法在高溫(ΙΙΟΟ?以上)反應，進一步避免了傳統碳還原法在高溫的情況下產生的氣體和熱的反應器之間發生的顯著熱交換，從而進一步減小了記憶效應。
[0017]因此，本發明的方法既實現了分析的準確性，又提高了分析速度，實現了大量硫酸根中氧同位素的連續快速測試。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為根據本發明的硫酸根中氧同位素的分析裝置的示意圖；以及
[0019]圖2為根據本發明的硫酸根中氧同位素的分析方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
[0021]如圖1所示，根據本發明的硫酸根中氧同位素的分析裝置包括:多個反應器，所述反應器一端開口且另一端封閉，用于裝載含硫酸根的樣品和石墨粉；以及真空抽取裝置，通過多個硅膠管與所述反應器的開口端連接，用于進行抽真空處理，使所述反應器形成真空系統，其中該真空抽取裝置包括機械泵和擴散泵4、冷阱5和真空壓力計8，冷阱5 —端通過玻璃管道10連接機械泵和擴散泵4，另一端通過玻璃管道10連接真空壓力計8，機械泵和擴散泵4和冷阱5之間的玻璃管道上設置有真空閥7，真空壓力計8與各硅膠管之間的玻璃管道上分別設置有真空閥3。
[0022]參考圖2，以硫酸鋇為例作為硫酸根來源，但不限于此，硫酸根還可來自于硫酸鈣，具體說明根據本發明的硫酸根中氧同位素的分析方法，包括以下步驟:
[0023](I)將硫酸鋇和石墨粉以重量比為1: 2的比例(30mg硫酸鋇樣品、60mg石墨粉)攪拌混合，使硫酸鋇樣品與石墨粉充分混勻，然后，將混合物裝入石英管I中，重復多次前述步驟，制備多個裝有硫酸鋇和石墨粉的石英管I。[0024](2)將所述多個石英管I通過多個硅膠管2連接到真空抽取裝置的玻璃管道10，關閉閥門3，然后開啟機械泵和擴散泵4，并在冷阱5上套上液氮杯6，依次打開閥門7和閥門3，同時對多個裝有硫酸鋇樣品和石墨粉的石英管進行抽真空處理。
[0025](3)通過真空壓力計8對真空系統的真空度進行監測，當真空壓力計8監測到真空度達到0.01Pa時，使用火焰槍9在距石英管的管口 3-4cm處分別將各石英管鍛取下來，形成多個獨立真空密封石英管反應器。
[0026](4)將鍛取下來的多個獨立真空密封石英管集中置于馬弗爐中于850°C下反應
5.5h，反應完成后冷卻所述多個獨立真空密封石英管。
[0027](5)在真空狀態下折斷所述多個獨立真空密封石英管，石英管底部套上液氮杜瓦瓶收集反應生成的二氧化碳氣體并純化所得二氧化碳氣體。
[0028](6)將所得二氧化碳氣體進雙路進樣氣體同位素質譜儀進行氧同位素分析。
[0029]以本發明的方法分析國際標樣硫酸鋇(NBS-127)的數值如表1所示。
[0030]表1
[0031]
【權利要求】
1.一種硫酸根中氧同位素的分析方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將樣品與石墨粉按預定比例攪拌混合后裝入反應器中，重復多次前述步驟，制備多個裝有樣品和石墨粉的反應器； (2)將所述多個反應器連接到真空抽取裝置以進行抽真空處理； (3)當真空系統的真空度達到預定值時，使用火焰槍分別鍛取所述多個反應器，形成多個獨立真空密封反應器； (4)將所述多個獨立真空密封反應器集中在預定溫度下反應預定時間，反應完成后冷卻所述多個獨立真空密封反應器； (5)在真空狀態下折斷所述多個獨立真空密封反應器，收集反應生成的氣體并純化所收集的氣體；以及 (6)將所得氣體在氣體質譜儀上進行氧同位素分析。
2.根據權利要求1所述的分析方法，其特征在于，在所述步驟(I)中，該樣品為硫酸鋇或硫酸隹丐。
3.根據權利要求2所述的分析方法，其特征在于，樣品與石墨粉以重量比為1: 2的比例混合。
4.根據權利要求1所述的分析方法，其特征在于，在所述步驟(2)中，所述多個反應器通過硅膠管連接到真空抽取裝置。
5.根據權利要求1所述的分析方法，其特征在于，在所述步驟(3)中，該真空系統的真空度為0.0lPa。
6.根據權利要求1所述的分析方法，其特征在于，在所述步驟(3)中，使用火焰槍在距離所述反應器開口 3-4cm處鍛取。
7.根據權利要求1所述的分析方法，其特征在于，在所述步驟(4)中，所述反應溫度為850 °C，反應時間為5.5h。
8.根據權利要求1所述的分析方法，其特征在于，在所述步驟(5)中，在反應器底部套上液氮杜瓦瓶吸收反應生成的氣體。
【文檔編號】G01N27/62GK103675087SQ201310706290
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】李洪偉, 馮連君, 陳健, 李鐵軍 申請人:中國科學院地質與地球物理研究所