1、FHZDZDXS0098 地下水 氧同位素的測定 CO 2 H 2O 平衡法F-HZ-DZ-DXS-0098地下水氧同位素的測定CO 2-H 2O 平衡法1 范圍本方法適用于一般地下水中氧同位素的測定。本法精度為±0.2。2 原理取一定量的水和一定量的高純二氧化碳氣體于同一反應瓶中,經過振蕩,發生氧同位素交換反應:O O C O H O O C O H 18161621616182+ 此反應在25時,分餾系數=1.0412。待交換反應達到平衡時,取平衡后的CO 2氣樣進行質譜測定。經過計算,即可求出水樣中氧同位素組成。3 試劑3.1 無水乙醇(CH 3CH 2OH ,優級純。3.2

2、干冰。3.3 液氮。3.4 高純CO 2氣體(鋼瓶裝,99.99%。注:CO 2氣體如果不純,應進行純化和脫水。3.5 標準水樣。4 儀器設備4.1 氣體質譜計。4.2 質譜氣樣制備裝置。4.3 振蕩水平衡器。5 試樣制備5.1 測定氫氧同位素的水樣的采集取100mL 水樣于硬質玻璃瓶中(盡量注滿,不留空隙,密封,送實驗室測定。5.2 堿性水樣必須先進行酸化。礦化度高的水樣,要預先進行真空蒸餾以消除鹽份對測定結果的影響。6 操作步驟6.1 氣樣的制備6.1.1 取10.0mL 水樣(或標樣于反應瓶中,將反應瓶聯到真空系統上(圖1。反應瓶(6外面套上干冰-乙醇冷冰劑(-70冷凍10min ,將水

3、凍住。在活動冷肼處(8套上液氮杯。打開反應瓶活塞(9,抽真空至1Pa ,關閉反應瓶活塞(9。6.1.2 取下冷凍劑,換上溫水使水樣全部解凍,將溶解在水中的空氣和冷凍時捕集的氣體釋放出來。再次凍結水樣10min ,打開反應瓶活塞(9,繼續抽真空至1Pa 。6.1.3 往反應瓶(6及氣樣管A 中注入壓力為50Kpa 的高純CO 2氣體。關閉活塞(9及活塞(10。取下氣樣管A 送質譜計測定原始CO 2的值。6.1.4 取下反應瓶(6,放入預先調好的25±0.1的恒溫。水平衡振蕩器中,振蕩平衡3h ,取出反應瓶,再聯到真空系統上。注:1.嚴格控制平衡溫度。制樣間最好也控制在室溫25。2.二氧

4、化碳和水的平衡時間與水量、二氧化碳氣量、振蕩器的振蕩頻率、水溫等因素有關。振蕩時間必須保證同位素交換反應達到動態平衡為止。6.1.5 將真空系統和氣樣管B 抽真空至1Pa ,關閉氣樣管兩邊的活塞(2、(3。打開活塞(9。使平衡后的CO 2氣體擴散到氣樣管B 中,待擴散平衡后(約1min ,關閉活塞(11、(9,取下氣樣管B 送質譜計測定平衡后CO 2的值。 圖1 CO 2-H 2O 平衡法制樣裝置示意圖14、9、10、11活塞;5氣樣管;6反應瓶;7熱偶管;8活動冷肼。6.2 質譜測定將制得的“樣品”氣體和按同樣條件制備的“標準”氣體一同輸入質譜計中。具體操作是將樣品氣樣在質譜計的“樣品”進樣

5、口進樣,將標準氣樣在質譜計的“標準”進樣口進樣,進行測定。并以樣品中18O/16O 比值(R 樣品對標準中18O/16O 比值(R 標準的千分偏差(值輸出結果:O 18(=1000×標準標準樣品R R R (1 如果將樣品和標準的CO 2氣樣均放在質譜計的“樣品”一邊,把一任意CO 2參考氣放在“標準”一邊進行測量時,需按式(2進行計算:10001000/×+=參標參標參樣標樣(2 實際上,質譜計測定結果是以46值輸出的,必須經過質譜校正公式換算為18O 值。對不同型號的質譜計有不同的質譜校正公式。例如,對板-杯型質譜計,一般使用質譜校正公式(3:式(3中:(1464646

6、=ST SA m R R ;4544/4646+=R、標準樣品的R (ST R 13(ST R 17(ST R 1813 R 17 R 18值;、標準和樣品的R (ST R 46(SA R 4646值。將有關數據帶入后,即可得到式(4:C B A O 134618+= (4式(4中:O 18平衡后CO 2的值;O 1846平衡后CO 2的氧質譜測定值;13平衡后CO 2的碳質譜測定值;A 、B 通過上式計算得出的系數。7 結果計算值按式(5計算:+=C i C f W O O O (5 式(5中: 原始水的值;W O 18O 18 平衡后CO C f O 182的值;O 18 原始CO C i

7、 O 182的值;O 18 分餾系數,25時為1.0412;交換反應兩組份氧原子摩爾比。RT P V M G C C W W /2/=(6 式(6中:G W 、M W 分別為水的重量和摩爾質量;V C 、P C 分別為CO 2的體積和壓力;R 氣體常數;T 測量CO 2體積時的溫度(°K 。由于在質譜測定時,都是以二氧化碳作為比較氣體,為使用方便,一般以表示與原始水相對應的平衡二氧化碳的值。O 18O O i f 1818+=(7 式(7中: 與原始水平衡的CO 2的值;O 18 平衡后的CO O f 182的值;O 18 原始CO O i 182的值。O 18 公式(7為當前經常引用的公式。為了使同位素測定結果在世界范圍內通用和便于比較,質譜計測定標準樣品應該是國際通用標準。水中氫氧同位素的國際通用標準水為SMOW 水,并規定它的=0,其他樣品的值均是相對SMOW 水而言的。目前實用的國際標準水為V-SMOW 水(=0。如果測定時用的不是國際通用標準水而是實驗室自備的工作標準水,則必須進行下列換算:O 18O 183212110/××+=SMOW 樣品 (8式(8中:SMOW /樣品樣品對SMOW 的值;O 181樣品對工作標準的值;O 18 2工作標準對SMOW 的值。O 188 參考文獻1 中華人民共