[發明專利]一種用于測定水樣中氘同位素豐度的方法

在審

• 申請號: 202011190254.6
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112305058A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 解龍;宋明鳴;雷雯
• 申請（專利權）人: 上海化工研究院有限公司
• 主分類號: G01N27/64
• 分類號: G01N27/64
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 劉燕武

本發明涉及一種用于測定水樣中氘同位素豐度的方法，包括以下步驟：(1)取鎂條裝入反應容器中，密封，抽真空，再往反應容器中注入水樣；(2)對反應容器加熱，使得鎂條與水樣反應生成氘標記氫氣；(3)待反應容器冷卻至室溫后，吸取反應容器內的氘標記氫氣，并注入到氣體同位素質譜儀內，檢測并記錄質量數分別為2、3和4的相對強度，即計算得到水樣中的氘同位素豐度。與現有技術相比，本發明具有氘同位素豐度(0.015～99.9)atom％D適用范圍廣、反應溫度相對較低、可用于不同種類水樣(地表水、地下水、重水、雙標水、尿液等)測試、測試數據準確度和精密度高等優點。

技術領域

本發明屬于水樣氘同位素豐度檢測技術領域，涉及一種用于測定水樣中氘同位素豐度的方法。

背景技術

氘是氫的穩定同位素，又稱重氫(²H或D)，氘的天然豐度為0.015atom％D，普通的水(H₂O)是由2個¹H原子和1個¹⁶O原子所組成，重水是由2個D原子和1個¹⁶O原子所組成，雙標水是由2個D原子和1個¹⁸O原子所組成，重水作為氘源的基礎原料被廣泛的應用在核磁溶劑、現代農業、生物醫藥、分子砌塊等領域中，在這些領域的應用中，重水的同位素豐度、植物體內水的同位素豐度、動物經過藥物代謝后血液及尿液中水的氘同位素豐度的準確性直接影響到測試結果的準確性。雙標水法作為能量代謝的金標準，人喝下雙標水后經過能量代謝后，檢測尿液中水的氘同位素豐度，進而計算氫原子在人體內的代謝情況。研究地表水和地下水中氘同位素豐度可以作為產地溯源的手段之一。因此，準確測定水中氘同位素豐度對于核磁溶劑、現代農業、生物醫藥、分子砌塊、能量代謝和產地溯源等領域的研究至關重要。

現有的測定水中氘同位素的方法為氣體同位素質譜法，前處理通常需要將樣品中的水與金屬在高溫條件下反應生成氘標記氫氣，通過氣體同位素質譜儀檢測氘同位素豐度。如于建國等人公開發表了論文(質譜法分析高濃重水的研究[J].科學通報,1983(07):405-405)利用金屬鉑絲(Pt)或氧化鉑與重水在727℃條件下反應生成氘氣，將氘氣引入氣體同位素質譜儀進行檢測，通過推導的計算公式得到氘同位素豐度。金德秋等人公開發表了論文(鋅還原-封管法用于微量水中氫同位素的質譜分析[J].北京大學學報(自然科學版),1988(6):27-33)利用金屬鋅(Zn)與水在450℃條件下反應生成氫氣，將氫氣引入氣體同位素質譜儀進行檢測，通過同位素比值計算公式得到氘同位素比值，測試范圍僅為天然豐度(0.015atom％D)附近。齊連柱等人公開發表了論文(質譜法精密測定重水中的氫同位素豐度[J].光譜實驗室,2014(31):668-672)利用金屬鈾(U)與重水在700℃條件下反應生成氘氣，將氘氣引入氣體同位素質譜儀進行檢測，通過氣體分壓公式計算氘同位素豐度。

另外，如發明專利CN110632027A公開了一種檢測低氘水中D/H含量的方法，將預先測量過δD值的蒸餾水與低氘水混合，得到待測樣品；利用激光光譜法檢測獲得待測樣品的δD值；根據待測樣品的δD值、蒸餾水的δD值和混合倍數計算得到低氘水的δD值；根據低氘水的δD值計算得到低氘水中D/H含量(ppm)。低氘水中D/H值遠低于自然界中的普通水，故也遠低于激光水同位素分析儀工作標樣的測量范圍，采用本發明公開的方法具有處理量大，準確性高的優點，D/H的測量精度小于0.5ppm。

發明專利CN106769346A公開了一種分析水中氫同位素的方法，所述方法包括以下步驟：(i)將采集好水樣的毛細管的兩端進行熔封之后放入第一收集管；(ii)將步驟(i)中的第一收集管放入裝有鉻粉的第二收集管(10)并進行抽真空處理之后，將第二收集管(10)進行熔封；(iii)使第一收集管中的毛細管破裂，在加熱的條件下，使第二收集管(10)中的鉻粉與毛細管中的水樣發生反應；(iv)待步驟(iii)中的鉻粉與水樣反應結束，將第二收集管(10)放入第三收集管，之后將第三收集管與分析裝置連接，釋放第二收集管(10)中的氫氣，進行氫同位素分析獲得水中氫同位素比值。本發明提供的方法具有精度高和重復性好等優點。