[发明专利]一种复杂基质样品中氯同位素的提纯与分析方法

说明书

本发明提供了一种复杂基质样品中氯同位素的提纯与分析方法，包括如下步骤：A、样品中有机质的去除与样品提纯，B、样品中无机干扰物的去除与分离提纯：B‑1、进行高纯样品的收集；B‑2、选择离子色谱分离柱，调整抑制器抑制电流大于对应淋洗液浓度推荐值的10‑50mA或以上，进行梯度淋洗；B‑3、将溶液通过微孔滤膜过滤后上样收集样品；B‑4、浓缩：将收集的样品在加热板上烘焙去除部分水份；B‑5、将馏出液过铯阳离子交换树脂柱Cs柱，得到高纯氯化铯溶液；C、热电离质谱测定与校正。本发明操作简便，可实施性强；纯化效率极高，通过单次净化就可以达到接近100％的提纯效果；测试背景低，精密高，适合于批量样品测试。

技术领域

本发明属于稳定同位素分析领域，具体的涉及一种复杂基质样品中氯同位素的提纯与分析方法，可以被应用于海水、河水、地下水、孔隙水以及污水中无机氯同位素比值的高精度分析。

背景技术

自然界中氯元素含有两种稳定同位素，分别为³⁵Cl和³⁷Cl。氯同位素的变化对于研究氯元素的地球化学循环、海水入侵、地下水补给与排泄、古气候变化、蒸发盐特征、矿床形成、氯代有机物降解等方面均有着重要的指示意义。相较于碳、氢、氧等元素，氯元素因为具有稳定的物理化学特征而不易产生同位素分馏。但由于³⁵Cl和³⁷Cl之间存在相对较大的质量差导致其在蒸发结晶、离子扩散、渗透对流、生物降解过程中会发生同位素分馏，从而对于科学研究与工程实施起到指示或指导作用。根据当前已有的研究表明，自然界中大气圈、水圈、岩石圈中氯同位素的变化范围为-14‰～+16‰，少数研究表明氯同位素分馏达到30‰以上，氯同位素特殊分馏主要集中在大气圈及火山系统中。

目前氯同位素的分析测试方法包括气相色谱-同位素比质谱法(GC-IRMS)、热电离质谱法(TIMS)、多接收电感耦合等离子体质谱法(MC-ICP-MS)等，虽然各种方法各有优缺点，但热电离质谱法分析氯同位素组成仍有其不可替代的优势。早在1995年之前以肖应凯老师为首的科研团队就建立并改善了正热电离质谱法测定氯同位素的方法，并已经在卤水、岩石、孔隙水等样品的氯同位素测试中得到了广泛的应用。该方法的多次实践证明少量的硫酸盐等对同位素测试影响较小，因此对于氯含量显著高于硫酸根、硝酸根的水体，前人已经可以使用热电离质谱实现氯同位素组成的高精度测试。但是样品中大量共存的硝酸盐、硫酸盐、氟化物、有机物等物质就会严重影响热电离质谱离子的发射，从而影响氯同位素的测试准确性，尤其对于地表水、地下水、雨水等氯含量与硫酸根、硝酸根含量相当的水体，目前还无法实现氯同位素的准确测定。因此净化与提纯的方法一直在不断改进，基于形成AgCl沉淀以除去硝酸根的方法是有效的，但是由于操作流程的复杂性和可能引起高的空白氯而受到限制，后来又发展了Ba-型树脂或与BaCO₃反应去除硫酸根的方法，但是由于树脂本身性能的限制，对于高含量的地下水或污水样品若想完全去除硫酸根是非常困难的。

当前由于化肥的过量使用，地下水、地表水、河水、污水中硝酸盐和硫酸盐的含量持续增高，由于农药及塑料制品的大量使用，使得各类水体中有机物含量也日趋严重。为了更好地解决同位素测试中这两类基质干扰的问题，本发明公布了一种基于改进的离子色谱分离技术的氯同位素提纯方法，并且针对于地下水、地表水、河水、污水等复杂基质水体样品，开发了整体的解决方案。最终形成了一套超高效氯离子净化、提纯与测定方法，对于准确测定复杂水体中氯同位素组成起到了关键作用。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种复杂基质样品中氯同位素的分析测试方法，其样品类型涵盖地下水、地表水、河水、污水、大气降水、卤水、孔隙水等多种，方法的核心创新点在于利用固相萃取技术去除样品中的有机物、利用同位素专用的制备型离子色谱仪(Pre-Isotope)去除氟离子、硝酸根、亚硝酸根、硫酸根等离子的干扰，从而得到高纯的氯离子溶液，最终通过热电离质谱进行同位素分析。

本发明所采取的技术方案如下：一种复杂基质样品中氯同位素的提纯与分析方法，包括如下步骤：