[發(fā)明專利]測量同位素比的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480056911.4
• 申請日: 2014-11-10
• 公開（公告）號: CN105659354B
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: H-J·舒呂特;O·克拉克;J·拉德克;B·斯特拉瑟;J·施韋特斯;E·瓦佩爾郝斯特
• 申請（專利權(quán)）人: 塞莫費(fèi)雪科學(xué)(不來梅)有限公司
• 主分類號: H01J49/00
• 分類號: H01J49/00;G01N21/31
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司31100
• 代理人: 樂洪詠,郭輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于在同位素比分析儀中測量同位素比的方法。

背景技術(shù)

同位素比分析用于測量在樣品中同位素的相對豐度(同位素比)，該樣品可為固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的并且用于多種元素。舉例來說，其用于如從空氣中CO₂確定同位素比¹³C/¹²C和/或¹⁸O/¹⁶O。同位素比分析最常通過質(zhì)譜法(MS)進(jìn)行但還可通過光學(xué)光譜法進(jìn)行。

對于光學(xué)光譜法，通常在光譜儀測量單元中通過測量通常在紅外區(qū)中的兩條分開的光譜吸收線來確定同位素比，一條線用于各自不同同位素物質(zhì)(同位素物)，例如一條吸收線用于¹²C¹⁶O₂并且另一條線用于¹³C¹⁶O₂。對于CO₂合宜的吸收線為在4.3218μm處或4.3218μm左右的線。如果每種同位素(例如雙重態(tài)或三重態(tài))可用多條線，則可能測量并且使用來自超過一條線的信息，例如對于不是CO₂的其它氣體或在可能令人感興趣的的其它光譜范圍中。光譜吸收線強(qiáng)度的比為同位素物質(zhì)中的每一種的豐度的比(并且因此為同位素比，例如¹³C/¹²C)的量度。光譜儀的輸出因此為不同同位素線的比(例如R_13C＝c_13c/c_12c)。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)使用建立的用于同位素比記錄的△記法(例如δ_13C[‰])引用結(jié)果。

同位素比質(zhì)譜和進(jìn)氣口系統(tǒng)的一般綜述可發(fā)現(xiàn)于Brenna等人，質(zhì)譜綜述，1997年，16期，第227-258頁。

在同位素比光譜分析中，樣品應(yīng)根據(jù)工作標(biāo)準(zhǔn)即已知同位素比的一種或多種參考?xì)怏w來測量。通常樣品和工作標(biāo)準(zhǔn)的濃度相差在環(huán)境測量中每分鐘10百萬分之一(ppm)和對于工廠室實(shí)驗(yàn)最多40pp/min之間。

可以觀察到，測量的同位素比取決于分析物的濃度。因此取決于例如CO₂濃度的校準(zhǔn)系數(shù)(也被稱為線性校準(zhǔn)或濃度相關(guān)性)用于每個同位素比。已知采用各自在恒定(已知)濃度下的一種或多種參考?xì)怏w(即，一種參考?xì)怏w或多種參考?xì)怏w)。每種參考?xì)怏w的濃度是基于樣品的已知濃度范圍選擇的，并且通常以在氣體貯槽中參考?xì)怏w混合物的形成提供。為計(jì)算線性校準(zhǔn)系數(shù)，光譜儀測量在不同濃度下的具有相同同位素比的氣體(例如CO₂)，或提供具有已知同位素比和濃度的至少大量的參考?xì)怏w。

為在氣體同位素質(zhì)譜中提供在相同強(qiáng)度(濃度)下的樣品和參考物，經(jīng)典的解決方案為使用可調(diào)節(jié)波紋管和轉(zhuǎn)換閥。(例如參見：Halsted R.E.和Nier A.O.，1950年，氣體流動通過質(zhì)譜儀粘性滲漏(Gas flow through the mass spectrometer viscous leak)，科學(xué)儀器綜述(Rev.Sci.Instrum)，21期：1019-1021；或Habfast K.(1997)高級同位素比質(zhì)譜I：磁性同位素比質(zhì)譜儀；以及在：現(xiàn)代同位素比質(zhì)譜(Modern isotope ratio mass spectrometry)，I.T.Platzner(編輯)，英國齊切斯(Chichester,UK)特約翰·威利父子公司：11-82中)。以這種方式，在將離散樣品填充到儲槽中之后，測量離散樣品。在測量的開始，通過改變一個或這兩個可調(diào)節(jié)儲槽的體積(并且因此改變其內(nèi)的壓力)來匹配來自兩個的儲槽的強(qiáng)度。

用于校準(zhǔn)同位素比測量以對濃度相關(guān)性和△比例收縮做出解釋的另一種系統(tǒng)描述于B.Tuzson等人，“在具有無致冷劑QCLAS的二氧化碳中δ¹³C和δ¹⁸O的高精度且連續(xù)的場測量”(High precision and continuous field measurements ofδ¹³C andδ¹⁸O in carbon dioxide with a cryogen-free QCLAS)，應(yīng)用物理B(Appl.Phys.B)(2008年)，92期，第451頁至458頁。然而，描述于Tuzson等人的系統(tǒng)的缺點(diǎn)為其利用已知同位素比參考?xì)怏w的大量的單獨(dú)稀釋的供應(yīng)。例如當(dāng)實(shí)地工作時，此類參考?xì)怏w/空氣混合物通常不可用。此外，Tuzson等人描述的系統(tǒng)不采用樣品稀釋。