[发明专利]元素同位素的分析系统和微量硫酸盐样品中硫同位素的分析方法及其应用

说明书

本发明涉及元素同位素分析领域，具体公开了元素同位素的分析系统和微量硫酸盐样品中硫同位素的分析方法及其应用。该系统包括：依次连接的元素分析仪、富集装置、气相色谱柱、同位素比值质谱仪以及加热装置、用于设备之间连接或连通的管路；其中，用于设备之间连接或连通的管路为特氟龙管，气相色谱柱为特氟龙材质的色谱柱，富集装置包括多通阀、样品管和冷却阱，样品管的至少一部分能够置于冷却阱中以实现富集，加热装置设置于同位素比值质谱仪的进样口、进样阀门及离子源周围。本发明所述分析方法简单可控，容易操作，可以将样品最大限度地利用，仪器检测限低，灵敏度高，分析误差小，准确度高。

技术领域

本发明涉及元素同位素分析领域，具体涉及元素同位素的分析系统和微量硫酸盐样品中硫同位素的分析方法及其应用。

背景技术

硫酸根是自然界中一种常见的离子。在自然界水体如海洋中大量存在。近年来，随着人类工农业生产的大规模开展，内陆湖泊等水体中硫酸根浓度增高，沿海地区地下水硫酸根浓度也因为海水的倒灌而浓度升高。地下水中硫酸盐主要有以下几种来源：大气降水、蒸发岩的溶解、硫化物的氧化及土壤带中有机硫的矿化，海岸地区还受到海水入侵的影响或传输的海盐通过降水补给而导致地下水中硫酸盐浓度增大。此外，随着工农业的发展和城市化进程的加快，人类活动(如开采矿床、施用化肥等)的输入也成为硫酸盐的主要来源之一。通过在溶液中加入沉淀剂(如氯化钡等)，能够很容易从水体中得到硫酸盐沉淀。稳定同位素的组成(δ³⁴S)代表各污染源的特征化学指纹，不同来源的δ³⁴S存在较大差异，这使利用硫稳定同位素示踪污染来源成为可能，而被广泛运用于自然生态系统中各种硫源的示踪和地球化学循环的研究。

目前，硫酸根中硫同位素的分析方法主要分为离线制备双路进样法和连续流进样法，实验原理都是将样品高温加热分解，然后将收集的气体导入到气体同位素比值质谱仪中进行硫同位素测试。离线法不仅需要的样品量较大(一般需要30-40mg)，而且由于是在真空系统进行样品的纯化收集，对操作者要求较高且操作繁琐。随着连续流技术的出现，产生了元素分析仪(EA)与气体同位素比值质谱仪(IRMS)联用技术，该方法基于“动态瞬间燃烧即闪燃”原理，在元素分析仪内通过硫酸盐沉淀(如硫酸钡)的闪燃以及与填料管内的化学试剂的反应，将硫酸根转化为二氧化硫气体，然后经色谱柱分离，并由载气携带二氧化硫气体导入到气体同位素比值质谱仪内进行硫同位素测试。该方法虽然可以克服传统离线方法的不足，简化了复杂的前处理过程，大大降低了人为造成的实验误差，具有快速、高效、便捷的优点，且该方法所需的样品量较离线制备双路进样法大大降低，一般为400-500μg以上，但是由于一些水体中硫酸根的浓度极低，不易沉淀出样品；且该方法中二氧化硫气体由于粘滞性，极易残留在管路及质谱仪内，对仪器造成损害及引起实验误差。

因此，亟需一种在线准确地检测微量样品元素同位素信息的方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的同位素离线分析方法样品消耗多、实验过程繁琐、效率低，以及现有的同位素连续流分析方法无法适用于微量样品的分析问题，提供元素同位素的分析系统和微量硫酸盐样品中硫同位素的分析方法及其应用。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种元素同位素的分析系统，其特征在于，包括：元素分析仪、富集装置、气相色谱柱、同位素比值质谱仪、加热装置以及用于连接或连通的管路；元素分析仪、富集装置、气相色谱柱、同位素比值质谱仪依次连接；其中，用于设备之间连接或连通的管路为特氟龙管，所述气相色谱柱为特氟龙材质的色谱柱，所述富集装置包括多通阀、样品管和冷却阱，所述样品管的至少一部分能够置于冷却阱中以实现富集，所述加热装置设置于同位素比值质谱仪的进样口、进样阀门及离子源周围。

本发明第二方面提供了一种使用本发明第一方面所述的分析系统分析微量硫酸盐样品中硫同位素的方法，包括：

(1)将硫酸盐样品和促进剂的混合物封装于锡杯内，由自动进样器引入反应管中；