CN109946407A - 一种用于h同位素分析的矿物包裹体水样提取装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于水样H稳定同位素组成测定技术领域，具体涉及一种用于H同位素分析的矿物包裹体水样提取装置。本发明的第一氦气进气口依次经第一阀门、第一冷阱和反应管，与六通阀第一端口相连；第二氦气进气口依次经第二阀门和第二冷阱，与六通阀第四端口相连；水样收集管的两端分别与六通阀第二端口和六通阀第五端口相连；元素分析仪与六通阀第三端口相连；第一冷阱置于第一液氮杯内，第二冷阱置于第二液氮杯内，反应管嵌套于温控加热炉内部，六通阀包裹于温控加热箱内，水样收集管置于第三液氮杯内。本发明提供了一种新型矿物包裹体中水的在线提取纯化装置，解决了离线制样费时费力、在线测试产生干扰的问题。

Description

一种用于H同位素分析的矿物包裹体水样提取装置

技术领域

本发明属于水样H稳定同位素组成测定技术领域，具体涉及一种用于H同位素分析的矿物包裹体水样提取装置。

背景技术

矿物包裹体中水的H稳定同位素组成的测定可以示踪成矿流体来源、反演成矿流体演化，目前较为成熟的在线测试矿物包裹体方法为Flash EA 1112HT(元素分析仪)裂解法，对于易分解的方解石等碳酸盐矿物却不能用此方法测试，只能用传统离线方法制样测试，但离线法存在制样成本高、效率低、样品量大等缺点。

Flash EA 1112HT裂解法测试高温下(1420℃)不易分解的矿物时，如石英，方法是用银杯包裹石英矿物，排除空气，确保紧密，并在105℃下烘烤4小时以上，放入AS200(固体自动进样器)进样，石英样品在氦气流吹扫状态下被AS200引入1420℃反应管中，反应管填充玻璃碳，与瞬间爆裂出来的水反应生成氢气及一氧化碳，氢气经色谱柱分离后进入质谱仪测试H同位素组成。

方解石等碳酸盐矿物属低温矿物，若用以上方法测试，碳酸盐矿物在高温下瞬间分解成金属氧化物及二氧化碳，二氧化碳同时与玻璃碳反应生成一氧化碳，碳酸盐矿物包裹体中的水与玻璃碳反应也生成氢气与一氧化碳，氢气与大量的一氧化碳同时进入色谱柱，因一氧化碳过量，色谱柱饱和，氢气与一氧化碳不能有效进行分离，大量的一氧化碳与氢气同时进入质谱仪，虽然一氧化碳不会对氢气的电离产生影响，但是过量的一氧化碳引起氦气流压力的变化，最终影响到氢气的测试准确度。

传统离线法测试包裹体中水的H同位素，需要建立一套真空系统，真空达10^-3Pa条件下，用加热炉爆裂，爆裂后产生的水被液氮冷冻，撤掉液氮，套上另一个冷阱，水慢慢汽化后通过400℃的锌粒反应生成氢气，没有反应完的水被液氮捕获，锌粒两边的冷阱交替冷冻多次才能将水完全反应，之后氢气用液氮冷冻完全除气的活性炭收集管收集，整个系统每天仅能完成2～3个样品，且需要至少含有包裹体单矿物5g样品，该过程繁杂，费时费力，需要样品量大。

发明内容

本发明需要解决的技术问题为：一种新的矿物包裹体中水的在线提取纯化装置，解决了离线制样费时费力、在线测试产生干扰的问题。

本发明的技术方案如下所述：

一种用于H同位素分析的矿物包裹体水样提取装置，包括第一氦气进气口、第一阀门、第一冷阱、第二氦气进气口、第二阀门、第二冷阱、反应管、六通阀、水样收集管和元素分析仪：

第一氦气进气口依次经第一阀门、第一冷阱和反应管，与六通阀第一端口相连；第二氦气进气口依次经第二阀门和第二冷阱，与六通阀第四端口相连；水样收集管的两端分别与六通阀第二端口和六通阀第五端口相连；元素分析仪与六通阀第三端口相连；

第一冷阱置于第一液氮杯内，第二冷阱置于第二液氮杯内，反应管嵌套于温控加热炉内部，六通阀包裹于温控加热箱内，水样收集管置于第三液氮杯内。

作为优选方案：用于连接元素分析仪与六通阀第三端口的管线通过加热带加热，且优选加热带能够对管线加热达到150℃以上。

作为优选方案：各组件之间的连接管线采用外径为1/16inch的不锈钢管。

作为优选方案：所述第一阀门、第二阀门均为不锈钢材质。

作为优选方案：所述反应管为1/4inch石英玻璃管，由耐高温的氟胶圈密封。

作为优选方案：所述温控加热箱恒温200℃。

作为优选方案：所述第一冷阱、第二冷阱由1/16inch不锈钢管环绕而成。

作为优选方案：所述电加热系统11能够将第一冷阱、第二冷阱加热到300℃以上。

本发明的有益效果为：

本发明采用连续流进样系统，整个系统使用干燥过的99.999％纯净氦气作为载气，爆裂后液态水及气态水通过冷凝，再次加热的方式进入系统，该方式需要的样品量少，原有离线系统需要样品量至少5g，本发明仅需要样品量1mg，大大降低了样品量，能够满足更加精细的测试需求；本发明采用液氮冷阱对氦气载气进行干燥，降低了载气中微量的水对实验的干扰；采用石英玻璃管置于加热炉中的爆裂方式，通过加热炉控制爆裂温度，避免了碳酸盐矿物在Flash EA 1112HT中高温分解的问题，避免了大量一氧化碳直接进入系统干扰实验，提高实验的成功率和精密度，避免了色谱柱一氧化碳饱和影响连续流流速的问题；无死体积可加热六通阀体能够实现样品在线处理直接进样，从爆裂收集，到再次加热释放，仅需要切换六通阀控制开关，更换收集模式至进样模式，实验简单便捷，每天能够处理15～20个样品，大大提高实验效率；电加热装置加热仅需5秒，就能够实现从液氮冷却温度-196℃到300℃高温的迅速加热，能够满足固态水的瞬间汽化要求，通过实验发现测量谱图的峰形对称，基本无拖尾，满足实验需求；通过Flash EA 1112HT载气和吹扫气体接口直接接入此连续流爆裂装置，能够实现载气的精确控制；连续流爆裂装置除爆裂石英管采用氟橡胶圈密封，六通阀采用聚四氟乙烯圈密封，其余皆采用金属垫密封，能够保证整套装置耐150℃～200℃温度，确保整套装置无死体积，水以气态通过整个系统，无凝结分馏。

本发明解决了现有连续流分析方法的干扰和离线法效率低等问题，能够提供简单、快捷、高效的碳酸盐矿物包裹体中水的H稳定同位素分析测试。

附图说明

图1为本发明的矿物包裹体水样提取装置的收集模式结构示意图；

图2为本发明的矿物包裹体水样提取装置的进样模式结构示意图。

图中，1为第一氦气进气口，2为第一阀门，3为第一液氮杯，4为第一冷阱，5为反应管，6为温控加热炉，7为温控加热箱，8为六通阀，9为水样收集管，10为第三液氮杯，11为电加热系统，12为元素分析仪，13为第二阀门，14为第二冷阱，15为第二液氮杯，16为第二氦气进气口，8-1为六通阀第一端口，8-2为六通阀第二端口，8-3为六通阀第三端口，8-4为六通阀第四端口，8-5为六通阀第五端口，8-6为六通阀第六端口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种用于H同位素分析的矿物包裹体水样提取装置进行详细说明。

本实施例的一种用于H同位素分析的矿物包裹体水样提取装置，包括第一氦气进气口1、第一阀门2、第一冷阱4、第二氦气进气口16、第二阀门13、第二冷阱14、反应管5、六通阀8、水样收集管9和元素分析仪12：第一氦气进气口1依次经第一阀门2、第一冷阱4和反应管5，与六通阀第一端口8-1相连；第二氦气进气口16依次经第二阀门13和第二冷阱14，与六通阀第四端口8-4相连；水样收集管9的两端分别与六通阀第二端口8-2和六通阀第五端口8-5相连；元素分析仪12与六通阀第三端口8-3相连。

其中，第一冷阱4置于第一液氮杯3内，第二冷阱14置于第二液氮杯15内，反应管5嵌套于温控加热炉6内部，六通阀8包裹于温控加热箱7内，水样收集管9置于第三液氮杯10内。用于连接元素分析仪12与六通阀第三端口8-3的管线采用加热带缠紧。

本实施例中，各组件之间的连接管线采用外径为1/16inch的不锈钢管。

本实施例中，所述第一阀门2、第二阀门13均为不锈钢材质。

本实施例中，所述反应管5为1/4inch石英玻璃管，由耐高温的氟胶圈密封。

本实施例中，所述温控加热箱7恒温200℃。

本实施例中，所述第一冷阱4、第二冷阱14由1/16inch不锈钢管环绕而成。

本实施例中，所述加热带对管线加热达到150℃以上。

本实施例中，所述电加热系统11数秒内可将第一冷阱4、第二冷阱14加热到300℃以上。

本实施例的用于H同位素分析的矿物包裹体水样提取装置，使用方法如下所述：

步骤1，装样

通过六通阀8开关将六通阀8调整为收集模式(即六通阀第一端口8-1、六通阀第四端口8-4、六通阀第五端口8-5作为进气口，六通阀第二端口8-2、六通阀第三端口8-3、六通阀第六端口8-6作为出气口)，打开温控加热炉6的上盖，卸下反应管5，装入1mg左右的40～60目石英矿物样品或碳酸盐矿物样品，接入系统后放入温控加热炉6中，盖好上盖，第一氦气进气口1及第二氦气进气口16通入氦气，打开第一阀门2及第二阀门13，通气5min左右，第一冷阱4套上第一液氮杯3加入液氮，第二冷阱14套上第二液氮杯15加入液氮。

步骤2，加热去气

打开温控加热炉6，设置温度200℃，打开温控加热箱7，设置温度200℃，大约20min后，打开电加热系统11开关对水样收集管9进行电加热，大约5s后关闭。

步骤3，矿物包裹体水样收集

水样收集管9约1min后套上第三液氮杯10，并向第三液氮杯10中加入调制好的-78℃酒精干冰混合液，该混合液可冻住矿物包裹体中的气态及液态水，而低沸点的甲烷不会冻住而被氦气吹走。2min后重新设置温控加热炉6温度，对于石英矿物温控加热炉6温度设置为550℃，对于碳酸盐矿物温控加热炉6温度设置为至450℃，约5min内可达到设定温度。

第一氦气进气口1通入氦气，经过第一阀门2后进入第一冷阱4，氦气中水被冷冻于第一冷阱4中，反应管5中爆裂出来的液态水或者气态水在550℃高温下全部汽化，氦气作为载气，气态水以及其它气体经过150℃左右的1/16inch不锈钢管进入200℃六通阀8的作为进气口的六通阀第一端口8-1，通过作为出气口的六通阀第二端口8-2，经过150℃左右的1/16inch不锈钢管进入-78℃左右的水样收集管9，气态水可被迅速冷冻收集成固态水，其它气体则被氦气吹进六通阀8的作为进气口的六通阀第五端口8-5，并经作为出气口的六通阀第六端口8-6排入空气。该过程持续爆裂5min，可完全收集矿物包裹体中的气态水及液态水。

步骤4，水样汽化进样

调节六通阀8开关至进样模式(即六通阀第一端口8-1、六通阀第二端口8-2、六通阀第四端口8-4作为进气口，六通阀第三端口8-3、六通阀第五端口8-5、六通阀第六端口8-6作为出气口)，第二氦气进气口16通入氦气，经过第二阀门13后进入第二冷阱14，氦气中水被冷冻于第二冷阱14中，干燥后的氦气经过1/16inch不锈钢管进入200℃六通阀8的作为进气口的六通阀第四端口8-4，通过作为出气口的六通阀第五端口8-5，经过150℃左右的1/16inch不锈钢管进入-78℃左右的水样收集管9，打开电加热系统11电源开关，水样收集管9约5秒加热到300℃，收集的固态水可迅速汽化成气态水，并被氦气带入200℃六通阀8的作为进气口的六通阀第二端口8-2，由作为出气口的六通阀第三端口8-3经过150℃左右的1/16inch不锈钢管进入元素分析仪12，气态水在1420℃下迅速与玻璃碳反应生成H₂及CO，经色谱柱分离后进入同位素质谱仪测试其H同位素组成。

该过程收集的水量约为1μl，进入元素分析仪12后可分解生成适量的H₂及CO，色谱柱可有效的分离，H₂峰形对称，无拖尾，并取得较好的H同位素组成结果。

Claims (9)

1.一种用于H同位素分析的矿物包裹体水样提取装置，包括第一氦气进气口(1)、第一阀门(2)、第一冷阱(4)、第二氦气进气口(16)、第二阀门(13)、第二冷阱(14)、反应管(5)、六通阀(8)、水样收集管(9)和元素分析仪(12)，其特征在于：

第一氦气进气口(1)依次经第一阀门(2)、第一冷阱(4)和反应管(5)，与六通阀第一端口(8-1)相连；第二氦气进气口(16)依次经第二阀门(13)和第二冷阱(14)，与六通阀第四端口(8-4)相连；水样收集管(9)的两端分别与六通阀第二端口(8-2)和六通阀第五端口(8-5)相连；元素分析仪(12)与六通阀第三端口(8-3)相连；

第一冷阱(4)置于第一液氮杯(3)内，第二冷阱(14)置于第二液氮杯(15)内，反应管(5)嵌套于温控加热炉(6)内部，六通阀(8)包裹于温控加热箱(7)内，水样收集管(9)置于第三液氮杯(10)内。

2.根据权利要求1所述的用于H同位素分析的矿物包裹体水样提取装置，其特征在于：用于连接元素分析仪(12)与六通阀第三端口(8-3)的管线通过加热带加热。

3.根据权利要求1所述的用于H同位素分析的矿物包裹体水样提取装置，其特征在于：各组件之间的连接管线采用外径为1/16inch的不锈钢管。

4.根据权利要求1所述的用于H同位素分析的矿物包裹体水样提取装置，其特征在于：所述第一阀门(2)、第二阀门(13)均为不锈钢材质。

5.根据权利要求1所述的用于H同位素分析的矿物包裹体水样提取装置，其特征在于：所述反应管(5)为1/4inch石英玻璃管，由耐高温的氟胶圈密封。

6.根据权利要求1所述的用于H同位素分析的矿物包裹体水样提取装置，其特征在于：所述温控加热箱(7)恒温200℃。

7.根据权利要求1所述的用于H同位素分析的矿物包裹体水样提取装置，其特征在于：所述第一冷阱(4)、第二冷阱(14)由1/16inch不锈钢管环绕而成。

8.根据权利要求1所述的用于H同位素分析的矿物包裹体水样提取装置，其特征在于：所述电加热系统11能够将第一冷阱(4)、第二冷阱(14)加热到300℃以上。

9.根据权利要求2所述的用于H同位素分析的矿物包裹体水样提取装置，其特征在于：所述加热带对管线加热达到150℃以上。