固體含氫樣品氫同位素在線樣品制備裝置的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種對固體含氫樣品氫同位素在線樣品制備裝置，將錫囊包裹的樣品包由固體自動進樣器送入氧化還原管中對含氫的固體樣品進行在線的氧化還原反應，反應后生成的氣體經色譜柱分離后進入開始分流器器，最終進入氣體同位素質譜儀測試樣品中的氫同位素比值，完成對固體含氫樣品氫同位素在線測試。本發明操作簡單方便用戶，測定的固體含氫樣品氫同位素穩定、準確性高。
【專利說明】
固體含氫樣品氫同位素在線樣品制備裝置
[0001]技術領域本發明涉及一種對固體含氫樣品的氫同位素在線樣品制備裝置。
[0002]【背景技術】現階段固體含氫樣品的同位素制備一般采用高溫裂解的方法:將含氫樣品經過一定流程處理成顆粒或粉末狀的待測樣品，包于銀杯中，在固體進樣器中經過氦氣吹掃干凈后隨氦氣投入約1400°C的高溫裂解爐中，在碳的作用下，裂解生成簡單的氣體組分或其它固態簡單化合物留在爐子中。
[0003]對于一些有機物或一些無機物樣品，能收到很好的效果。
[0004]例如:在1350°C下，苯甲酸有如下的反應:C6H5COOH 3?+ 2C0 + 5C；但是對于許多含有鹵素或者硫化合物的含氫樣品，在用高溫裂解法(Thermo Fisher Scientific生產的TCEA高溫裂解元素分析儀)測試固態含氫樣品氫同位素時存在以下問題:如果樣品中含有氯，在高溫條件下，氯會獲得部分氫而輸出HCl，使得氫的同位素出現分餾而導致結果的不穩定或者偏離；同時又會因為氯的競爭性獲得部分氫后形成的氯化氫氣體對質譜儀器造成腐蝕和危害。
[0005]目前雖然國內外用于測試固態氫同位素分析方法比較多，但大多是離線方法。
[0006]如鎳管高溫裂解法:樣品在高溫下(1000°C)下裂解成H2、C0、C02、N2和單質c，H2通過鎳管壁擴散出來封閉在外面所套的石英管中供質譜儀測定;還有用氧化銅在一定溫度(850°C)下發生反應生成水、二氧化碳和氮氣，再通過低溫分離技術在高真空線上將水從生成的反應產物中分離并收集起來，再讓收集到的水和鋅或者鈾等金屬反應生成氫氣。
[0007]
【發明內容】
鑒于上述，本發明的目的旨在提供一種對固體含氫樣品氫同位素在線樣品制備裝置，和氣體同位素質譜儀共同完成對不同介質(如:鹽湖礦物、黃土、湖泊沉積物等)固體含氫樣品氫同位素豐度的分析測定，在完成對固體含氫樣品氫同位素分析的同時，避免因樣品來源和樣品多樣性等造成的測試不穩定，減少因測試造成的氫同位素分餾對所包含信息的影響，為環境科學研究工作廣泛開展做出努力發明的目的是這樣實現的:一臺對固體含氫樣品氫同位素在線樣品制備裝置，主要包括:He載氣、吹掃氣/助燃氣02、錫囊樣品包、注氧閥、氧化還原爐、過濾器、色譜柱、樣品氣開式分流器、參考氣開式分流器、氣體穩定同位素質譜儀(MS)、參考氣H2和固體自動進樣器。
[0008]固體樣品放置在錫囊樣品包內；將包裹在錫囊樣品包內的固體樣品放入固體自動進樣器進樣盤的樣品位中，He載氣、吹掃氣/助燃氣O2以及參考氣H2皆由連接管路導入系統;氧化還原爐分別和自動進樣器和色譜柱連接，氧化還原爐內有填料Cr2O3和Cr，溫度在1000-1200° C;氧化還原爐下端通過管道與過濾器連接，參考氣H2和He載氣分別通過調壓閥由石英毛細管進入參考氣的開式分流器中；樣品氣的開式分流器和參考氣的開式分流器分別由石英毛細管通過針閥和氣體穩定同位比素質譜儀(MS)連接。
[0009]本發明的優點是:I能應對更為復雜的樣品:在尚溫下，絡能與齒素、硫、氣、碳等直接化合;而鉻還原劑之前所配置的氧化劑(Cr2O3)和助燃氣(氧氣)首先和樣品進行完全的氧化反應，燃燒后樣品中含氫的物質全部轉化成H2O，故可以提高反應的質量和速度并增加同位素結果的穩定和準確性。
[0010]I使用氧化還原的方法制備氫同位素，減少對儀器硬件的危害。
[0011]I消耗小，可大大節約成本:樣品包裝由銀杯改為錫杯;吹掃氣由氦氣改為氧氣，減少了約2/3的氦消耗;不用石墨干鍋;使用氧化劑和還原劑填料，取代昂貴的玻璃碳管和玻璃碳填料等。
[0012]【附圖說明】圖1為本發明樣品氣開式分流器示意圖。
[0013]圖2為本發明參考氣開式分流器示意圖。
[0014]圖中:1-He載氣、2-吹掃氣/助燃氣02、3_錫囊樣品包、4_注氧閥、5_氧化還原爐、6-過濾器、7-色譜柱、8-樣品氣開式分流器、9-參考氣開式分流器、10-氣體穩定同位素質譜儀(MS)、11-參考氣H2、12-固體自動進樣器【具體實施方式】下面，結合附圖，對本發明的技術方案再作進一步的說明:如圖1-2所示，一種對固體含氫樣品氫同位素在線樣品制備裝置。
[0015]主要包括:He載氣1、吹掃氣/助燃氣O22、錫囊樣品包3、注氧閥4、氧化還原爐5、過濾器6、色譜柱7、樣品氣開式分流器8、參考氣開式分流器9、氣體穩定同位素質譜儀(MS)10、參考氣H2 11、固體自動進樣器12。
[0016]固體樣品置入錫囊樣品包3內，將包裹在錫囊樣品包3內的固體樣品放入固體自動進樣器(12)進樣盤的31個樣品位中。
[0017]He載氣1、吹掃氣/助燃氣O2 2以及參考氣H2 11皆由連接管路導入系統；氧化還原爐5分別和自動進樣器12和色譜柱7連接，氧化還原爐5內有填料Cr2O3和Cr，溫度在1000-1200°C;過濾器6在氧化還原爐5下端和管道連接，可避免氧化還原爐5內填料吹出堵塞管道;參考氣H2 11和He載氣I分別通過調壓閥由石英毛細管進入參考氣的開式分流器9中；樣品氣的開式分流器8和參考氣的開式分流器9分別由石英毛細管通過針閥和氣體穩定同位比素質譜儀(MS)1連接。
[0018]本發明以室內采集的空氣為例:將待測的31固體含氫樣品植物的纖維素包于錫囊樣品包3內，置于固體自動進樣器12進樣盤的31個樣品位中，通過吹掃氣O2 2持續吹掃固體自動進樣器12進樣口約4分鐘，待固體自動進樣器12進樣口和錫囊樣品包3凈化后，在He載氣I帶動下投入氧化還原爐51000-1200°C中，錫囊樣品包3下落過程中注氧閥4開啟，伴著注入的氧氣助燃氣2錫囊劇烈燃燒，使錫囊樣品包3內樣品溫度瞬間升到約1800° C左右并完全燃燒，在氧化還原爐5內氧化劑Cr2O3的作用下充分氧化，氫被轉化成水，生成的氣體通過氧化還原爐5內還原劑區域Cr，水被轉化成H2,再通過色譜柱7分離，氫氣組份在He載氣I下通過樣品氣開式分流器8接口導入氣體同位素質譜(MS)1儀進行測量，同時參考氣H2 11通過開式分流器9接口也導入氣體同位素質譜儀(MS)1進行同位素測試。
【主權項】
1.一種對固體含氫樣品氫同位素在線樣品制備裝置，主要包括:He載氣(1)、吹掃氣/助燃氣02(2)、錫囊樣品包(3)、注氧閥(4)、氧化還原爐(5)、過濾器(6)、色譜柱(7)、樣品氣開式分流器(8)、參考氣開式分流器(9)、氣體穩定同位素質譜儀(MS)(10)、參考氣H2(Il)和固體自動進樣器(12)，其特征是固體樣品放置在錫囊樣品包(3)內；將包裹在錫囊樣品包(3)內的固體樣品放入固體自動進樣器(12)進樣盤的樣品位中，He載氣(1)、吹掃氣/助燃氣O2(2)以及參考氣H2 (11)皆由連接管路導入系統;氧化還原爐(5)分別和自動進樣器(12)和色譜柱(7)連接，氧化還原爐(5)內有填料Cr2O3和Cr，溫度在1000-1200°C;氧化還原爐(5)下端通過管道與過濾器(6連接，參考氣出(11)和He載氣(I)分別通過調壓閥由石英毛細管進入參考氣的開式分流器(9 )中；樣品氣的開式分流器(8 )和參考氣的開式分流器(9 )分別由石英毛細管通過針閥和氣體穩定同位比素質譜儀(MS)(1)連接。2.根據權利要求1所述的一種對固體含氫樣品氫同位素在線樣品制備裝置，其特征是上述的固體樣品是鹽湖礦物、植物的纖維素、或帶有羥基的巖石礦物如磷灰石。
【文檔編號】G01N1/28GK106092691SQ201610560201
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月16日
【發明人】孫維貞, 余海棠
【申請人】中國科學院寒區旱區環境與工程研究所