[發明專利]一種同位素水樣提取與提純裝置

無效

• 申請號: 201010514458.0
• 申請日: 2010-10-19
• 公開（公告）號: CN102012327A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 毛緒美;梁杏;王鳳林
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G01N1/14
• 分類號: G01N1/14;G01N1/34
• 代理公司: 武漢華旭知識產權事務所 42214
• 代理人: 劉榮;周宗貴

技術領域

本發明涉及一種同位素水樣提取與提純裝置，主要用于水的H、O同位素組成測試的前處理，屬于化學中元素測試領域。

背景技術

水的H、O同位素組成是地下水科學、環境科學和生物科學中的重要參數，研究如何從低滲透性巖土層、生物體等難釋水物體中獲得足量和無同位素分餾的水樣，具有重要的意義，也是技術難題。此外，由于鹽分的干擾，含鹽度高的水樣進入同位素質譜儀(如MAT253)進行測試時，不僅嚴重損害昂貴的儀器，而且引起較大的誤差。如何對高鹽度水樣進行去鹽處理，且不引起水樣的同位素分餾，也沒有解決。

為了從低滲透性巖土層、生物體等難釋水物體中獲得水樣，往往采用加高壓壓縮釋水、高溫蒸餾等方法。這些方法的缺點是：不能實現水分的完全釋出，也不能實現釋出水的完全收集，導致提取出來的水樣同位素分餾明顯，獲得的結果并不代表其真值；對于高鹽度的水樣，也常采用高溫蒸餾的方法，盡管能夠降低水中的含鹽量，但是敞開式冷凝時水分逸失嚴重，導致同位素分餾明顯，測試的結果和原始水樣H、O同位素組成差異較大。從已有的資料來看，水樣0.1％的水分損失，將會引起至少10％的同位素組成的差異，這種前處理引起的同位素分餾，已使得水樣同位素組成變化的研究失去意義。

發明內容

本發明的目的在于彌補現有技術之不足，提供一種同位素水樣提取與提純裝置，該裝置不僅可以從低滲透性巖土層、生物體等難釋水物體中獲得足量和無同位素分餾的水樣，在對高鹽度水樣進行去鹽處理時也不會引起同位素的分餾。

實現本發明目的所采用的技術方案是：

一種同位素水樣提取與提純裝置，至少包括樣品瓶、對樣品瓶進行加熱的加熱裝置，以及水樣收集器、冷阱和真空泵，水樣收集器的進氣端通過導管與樣品瓶連通，其出氣端通過導管與冷阱的進氣端連通，冷阱的出氣端通過導管與真空泵連通；樣品瓶和水樣收集器之間設有活塞A，冷阱和真空泵之間設有活塞B，水樣收集器和冷阱之間設有真空規，真空規的測量端與真空計相連，真空規的接入端通過導管同時與水樣收集器和冷阱連通，水樣收集器和冷阱分別套有低溫冷凍杯。

與水樣收集器和冷阱連通的導管外纏有電熱帶，電熱帶與電源相連。

真空規的管壁外纏有電熱帶，電熱帶與電源相連。

所述低溫冷凍杯為液氮杯。

水樣收集器的進氣端和出氣端分別與導管熔接。

冷阱的進氣端和出氣端分別與導管熔接。

真空規的接入端和與其相連的導管熔接。

由以上技術方案可知，本裝置是通過在真空條件下低溫冷凍實現水分子的完全轉移。利用真空泵實現真空條件，加熱裝置實現高溫狀態，為難釋水物體中水的快速和完全釋放提供了可能。在真空條件下，液態水產生的蒸汽壓力將爆破被封閉的水，使其以水蒸汽的形式從樣品中釋出，在持續高溫真空狀態下，液態水分子將加速蒸發，避免了環境水蒸汽的污染。在對樣品瓶抽真空的過程中，由于真空泵的抽吸作用，水分子會從樣品瓶中經真空泵逃逸出去，這樣就會造成樣品的同位素分餾，冷阱及其低溫冷凍杯可以強力束縛住真空泵抽吸過來的水分子，保證了水分子不被真空系統抽走，有利于水分的完全轉移和收集，也將水樣中的鹽分保留下來，從而實現樣品水分子轉移過程中的“零損失”，避免了同位素分餾。為了保證整個系統的真空狀態，以及避免由于真空泵的持續抽吸而導致水分子丟失，在樣品瓶和水樣收集器之間設置活塞A，實現了分開樣品和真空系統的功能，避免了空氣中水分子的混入，在冷阱和真空泵之間設置活塞B，實現了整個裝置的持續封閉真空狀態。真空測量裝置指示了整個裝置的真空程度，只有在一定的真空度下，水分子才能完全轉移到套有低溫冷凍杯的水樣收集器中。采用電熱帶對整個裝置進行加熱，可以避免水分子吸附在裝置內壁上，進一步保證水分子完全被套有低溫冷凍杯的水樣收集器收集。

因此，與現有技術相比，本發明具有以下優點：

本發明的同位素水樣提取與提純裝置能夠從低滲透性巖土層、生物體等難釋水物體中獲得足量和無同位素分餾的水樣，對高鹽度水樣進行去鹽處理時不會引起水樣的同位素分餾，在提取和提純過程中，避免了水蒸汽的散失和大氣中水蒸汽的混入，實現水的完全轉移，保證了提取程度和效率，對難釋水物體中和高鹽度水樣中水的H、O同位素組成的準確測試具有重要的意義。本發明裝置可以廣泛應用于高校、科研院所、工礦企業等的科學研究和生產。

附圖說明

圖1為本發明的同位素水樣提取與提純裝置的結構示意圖，圖中，1：樣品瓶；2：加熱裝置；3：橡皮塞；4：活塞A；5：水樣收集器；6：冷阱；7：活塞B；8：真空泵；9：真空計；10：真空規；11：低溫冷凍杯；12：導管；13：電熱帶。