[发明专利]一种硫酸根中氧同位素的分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及稳定同位素的分析方法，特别地涉及硫酸根中氧同位素的分析方法。

背景技术

硫酸盐是一种常见矿物，广泛分布于表生和内生环境之中，例如海洋、河流、湖泊、沉积物、盐类矿床、土壤、风化壳、大气和热液矿床等。

硫酸根中氧同位素的研究已经50余年。硫酸根中氧同位素的研究能够解决诸多的地质问题，例如用于对古环境、古气候研究；热液矿床的形成过程的研究；对地下水中的硫酸根的示踪和形成机理的研究；现代环境中大气污染如酸雨的形成机理的探究等。

目前，硫酸盐中氧同位素的分析方法通常有离线分析方法和在线分析方法，其中在离线分析方法中，首先采用化学方法将硫酸根中的氧转化为气体，然后将反应生成的气体收集起来进行质谱分析，从而分析硫酸根中氧同位素。所用的化学方法主要包括氟化法和碳还原法。氟化法具有可直接测量δ¹⁷O值等优点，但是该方法的分析流程复杂，氧的产率较低，并且还需要对所测得的δ¹⁸O用已知的标准样品进行校正。碳还原法是一种在高温条件下将硫酸盐与石墨反应后还原成二氧化碳并测定二氧化碳中氧同位素组成的分析技术。相对于氟化法，碳还原法的反应过程中的试剂没有毒性，硫酸根和石墨反应后的二氧化碳的产率较高，分析流程简单，分析结果准确可靠，因此，碳还原法被广泛用于分析硫酸根中氧同位素。

然而，在传统离线分析方法中，通常是将样品放在一个固定的反应器(如石英管)中，样品需要一个接一个的按顺序反应，不同的含氧同位素的样品均在一个反应器中反应，往往容易造成所谓的记忆效应，即其后反应的样品的氧同位素受上一个样品的氧同位素的影响，特别是对于氧同位素值差别较大的样品，同时，分析速度较慢。因此，随着研究测试需求的逐年增加，急需一种可以提高分析准确性及分析速度的连续快速分析方法。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种硫酸根中氧同位素的分析方法，在该分析方法中，一个样品对应一个反应器，并且多个反应器集中在相同的温度条件下反应，从而不仅避免了氧同位素记忆效应，还大大提高了样品的分析速度，实现连续快速分析。

本发明使用碳还原法将硫酸根中的氧转化为气体，以含硫酸根样品为硫酸钡为例，反应原理为：BaSO₄+2C→BaS+2CO₂。

根据本发明的一方面，提供一种硫酸根中氧同位素的分析方法，包括以下步骤：

(1)将样品与石墨粉以重量比为1∶2的比例搅拌混合，然后将混合物装入反应器中，重复多次前述步骤，制备多个装有样品和石墨粉的反应器；

(2)将所述多个反应器通过硅胶管连接到真空抽取装置，打开机械泵和扩散泵以及阀门，进行抽真空处理；

(3)通过真空压力计对真空系统的真空度进行监测，当真空压力计监测到真空系统的真空度达到0.01Pa时，使用火焰枪在距离所述反应器开口3-4cm处分别将所述反应器锻取下来，形成多个独立真空密封反应器；

(4)将所述多个独立真空密封反应器集中置于马弗炉中于850℃下反应5.5h，反应完成后冷却所述多个独立真空密封反应器；

(5)在真空条件下折断所述多个独立真空密封反应器，反应器底部套上液氮杜瓦瓶吸收反应生成的气体并纯化所得气体；以及

(6)将所得气体进双路进样气体同位素质谱仪进行氧同位素分析。

本发明不是传统意义上的离线方式，而是采用一个样品对应一个反应器，将这些反应器抽真空处理之后，依据单独封管原则，分别制成多个独立真空密封反应器，然后将这些多个独立真空密封反应器集中放在马弗炉中进行反应，因此，根据本发明的方法不但可避免现有技术中由于样品放在同一个固定反应器中而造成的氧同位素记忆效应的缺点，提高分析准确性，还由于样品无需一个接一个的按顺序反应，从而可同时批量分析样品，提高样品分析速度。

此外，根据本发明的方法，硫酸盐与石墨可在低温(850℃)下反应，因此，相对于传统碳还原法在高温(1100℃以上)反应，进一步避免了传统碳还原法在高温的情况下产生的气体和热的反应器之间发生的显著热交换，从而进一步减小了记忆效应。

因此，本发明的方法既实现了分析的准确性，又提高了分析速度，实现了大量硫酸根中氧同位素的连续快速测试。

附图说明

图1为根据本发明的硫酸根中氧同位素的分析装置的示意图；以及

图2为根据本发明的硫酸根中氧同位素的分析方法的流程图。

具体实施方式