[發明專利]恒定氫氧穩定同位素比值的水汽發生器及用途

無效

• 申請號: 201010223551.6
• 申請日: 2010-07-12
• 公開（公告）號: CN101907618A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 溫學發;孫曉敏;王建林;張心昱;于貴瑞;李勝功;李旭輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院地理科學與資源研究所
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明涉及大氣學、水文學和穩定同位素生態學，尤其是涉及大氣水汽穩定同位素儀器的標定技術。

背景技術：

由于同位素效應的存在，H₂¹⁸O，HD¹⁶O和H₂¹⁶O已經成為土壤、植被、大氣和海洋間不同形式水分運動的最佳示蹤劑，已經成為涉及大氣、水文和生態等多種學科的重要研究工具。由于在自然界中輕同位素的相對豐度很高，而重同位素的相對豐度很低，因此同位素比值通常采用δ值來表示，

???δ＝(R/R_Std-1)×1000‰???????????????????(1)

其中R是¹⁸O/¹⁶O或D/H摩爾比，R_Std是標準物質的¹⁸O/¹⁶O或D/H摩爾比，目前通常采用維也納(Vienna)標準平均海水(V-SMOW)，其中¹⁸O/¹⁶O為0.0020052，D/H為0.00015576。以δ形式表示的同位素比值的單位是千分之一(‰)。

對氣態、液態和固態水δ¹⁸O和δD的同時測量能夠提供揭示大氣水源區域和相變過程的重要信息。與液態和固態水δ¹⁸O和δD的觀測相比，對水汽δ¹⁸O和δD的觀測可以在不同季節和天氣條件下進行，而不局限于有降水或降雪發生的天氣條件，因而可提供比單純利用液態和固態水δ¹⁸O和δD數據更多的關于大氣學、水文學和穩定同位素生態學等方面的信息。

以往的大氣水汽δ¹⁸O和δD研究幾乎都依靠大氣水汽冷阱/同位素質譜儀技術(cold-trap/mass?spectrometer?method)，通常都包括兩個步驟：樣品收集和樣品分析，而這兩個步驟都是非常耗時費力的。特別是樣品收集的工作周期與大氣本身的水汽濃度有關，在比較干燥的大氣條件下，樣品的采集時間往往需要更長的時間，從而導致在這一期間原本變化的信號被失真的采集，樣品之間的可比性可能由于采集時間的不同而產生次生誤差。近年來，調制式半導體激光吸收光譜(Tunable?Diode?Laser?Absorption?Spectroscopy，TDLAS)技術的發展使得對大氣水汽δ¹⁸O和δD的原位連續觀測成為可能。在TDLAS技術之后，離軸積分腔輸出光譜(Ofi-Axis?Integrated?Cavity?Output?Spectroscopy，OA-ICOS)和波長掃描光腔衰蕩光譜(Wavelength-Scanned?Cavity?Ring?Down?Spectroscopy，WS-CRDS)技術的發展也使得對大氣水汽δ¹⁸O和δD的連續觀測成為可能。但是，大氣水汽δ¹⁸O和δD穩定同位素觀測儀器的觀測精度受外界環境條件以及激光光源自身變化的影響，通常具有明顯的非線性響應問題。儀器的非線性響應指儀器觀測的具有恒定氫氧穩定同位素比值(δ¹⁸O和δD)的不同濃度的水汽結果應該具有相同的δ¹⁸O和δD，但是表現為不同的數值即非線性的響應特征。因此，需要采用適當的標定設備和方法進行標定，觀測結果才能應用。

因此，可快速、準確的產生可跟隨自然大氣變化的上下區間兩個濃度，且具有恒定氫氧穩定同位素比值的水汽發生器及方法是實現大氣水汽δ¹⁸O和δD穩定同位素觀測儀器連續或定期的標定并獲取高質量數據的前提。傳統的大氣水汽冷阱/質譜儀技術并不適于野外原位觀測條件下系統的性能評價或標定。主要有以下三個原因：第一，大氣水汽冷阱/質譜儀技術耗時費力；第二，易受冷阱冷凝效率所引起誤差的影響；第三，也是最重要的，所采集到的水汽樣品的結果只能等到質譜儀分析后才能得到，而這對于野外原位連續觀測試驗來說是非常不現實的。這將使原位連續觀測系統的性能無法在技術上予以保證。

發明內容：