[發明專利]元素同位素的分析系統和微量硫酸鹽樣品中硫同位素的分析方法及其應用

在審

• 申請號: 202010237768.6
• 申請日: 2020-03-30
• 公開（公告）號: CN111272917A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 李洪偉;馮連君
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01N30/06
• 分類號: G01N30/06;G01N30/08;G01N30/20;G01N30/30;G01N30/72
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 劉依云;喬雪微

本發明涉及元素同位素分析領域，具體公開了元素同位素的分析系統和微量硫酸鹽樣品中硫同位素的分析方法及其應用。該系統包括：依次連接的元素分析儀、富集裝置、氣相色譜柱、同位素比值質譜儀以及加熱裝置、用于設備之間連接或連通的管路；其中，用于設備之間連接或連通的管路為特氟龍管，氣相色譜柱為特氟龍材質的色譜柱，富集裝置包括多通閥、樣品管和冷卻阱，樣品管的至少一部分能夠置于冷卻阱中以實現富集，加熱裝置設置于同位素比值質譜儀的進樣口、進樣閥門及離子源周圍。本發明所述分析方法簡單可控，容易操作，可以將樣品最大限度地利用，儀器檢測限低，靈敏度高，分析誤差小，準確度高。

技術領域

本發明涉及元素同位素分析領域，具體涉及元素同位素的分析系統和微量硫酸鹽樣品中硫同位素的分析方法及其應用。

背景技術

硫酸根是自然界中一種常見的離子。在自然界水體如海洋中大量存在。近年來，隨著人類工農業生產的大規模開展，內陸湖泊等水體中硫酸根濃度增高，沿海地區地下水硫酸根濃度也因為海水的倒灌而濃度升高。地下水中硫酸鹽主要有以下幾種來源：大氣降水、蒸發巖的溶解、硫化物的氧化及土壤帶中有機硫的礦化，海岸地區還受到海水入侵的影響或傳輸的海鹽通過降水補給而導致地下水中硫酸鹽濃度增大。此外，隨著工農業的發展和城市化進程的加快，人類活動(如開采礦床、施用化肥等)的輸入也成為硫酸鹽的主要來源之一。通過在溶液中加入沉淀劑(如氯化鋇等)，能夠很容易從水體中得到硫酸鹽沉淀。穩定同位素的組成(δ³⁴S)代表各污染源的特征化學指紋，不同來源的δ³⁴S存在較大差異，這使利用硫穩定同位素示蹤污染來源成為可能，而被廣泛運用于自然生態系統中各種硫源的示蹤和地球化學循環的研究。

目前，硫酸根中硫同位素的分析方法主要分為離線制備雙路進樣法和連續流進樣法，實驗原理都是將樣品高溫加熱分解，然后將收集的氣體導入到氣體同位素比值質譜儀中進行硫同位素測試。離線法不僅需要的樣品量較大(一般需要30-40mg)，而且由于是在真空系統進行樣品的純化收集，對操作者要求較高且操作繁瑣。隨著連續流技術的出現，產生了元素分析儀(EA)與氣體同位素比值質譜儀(IRMS)聯用技術，該方法基于“動態瞬間燃燒即閃燃”原理，在元素分析儀內通過硫酸鹽沉淀(如硫酸鋇)的閃燃以及與填料管內的化學試劑的反應，將硫酸根轉化為二氧化硫氣體，然后經色譜柱分離，并由載氣攜帶二氧化硫氣體導入到氣體同位素比值質譜儀內進行硫同位素測試。該方法雖然可以克服傳統離線方法的不足，簡化了復雜的前處理過程，大大降低了人為造成的實驗誤差，具有快速、高效、便捷的優點，且該方法所需的樣品量較離線制備雙路進樣法大大降低，一般為400-500μg以上，但是由于一些水體中硫酸根的濃度極低，不易沉淀出樣品；且該方法中二氧化硫氣體由于粘滯性，極易殘留在管路及質譜儀內，對儀器造成損害及引起實驗誤差。

因此，亟需一種在線準確地檢測微量樣品元素同位素信息的方法。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的同位素離線分析方法樣品消耗多、實驗過程繁瑣、效率低，以及現有的同位素連續流分析方法無法適用于微量樣品的分析問題，提供元素同位素的分析系統和微量硫酸鹽樣品中硫同位素的分析方法及其應用。

為了實現上述目的，本發明第一方面提供了一種元素同位素的分析系統，其特征在于，包括：元素分析儀、富集裝置、氣相色譜柱、同位素比值質譜儀、加熱裝置以及用于連接或連通的管路；元素分析儀、富集裝置、氣相色譜柱、同位素比值質譜儀依次連接；其中，用于設備之間連接或連通的管路為特氟龍管，所述氣相色譜柱為特氟龍材質的色譜柱，所述富集裝置包括多通閥、樣品管和冷卻阱，所述樣品管的至少一部分能夠置于冷卻阱中以實現富集，所述加熱裝置設置于同位素比值質譜儀的進樣口、進樣閥門及離子源周圍。

本發明第二方面提供了一種使用本發明第一方面所述的分析系統分析微量硫酸鹽樣品中硫同位素的方法，包括：

(1)將硫酸鹽樣品和促進劑的混合物封裝于錫杯內，由自動進樣器引入反應管中；