CN214668763U - 矿物包裹体中二氧化碳碳同位素组成测定装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于矿物包裹体中二氧化碳碳同位素组成测定技术领域，具体涉及一种矿物包裹体中二氧化碳碳同位素组成测定装置。包括：第一氦气进气口、第一阀门、第一水阱、第二氦气进气口、第二阀门、第二水阱、第三水阱、温控加热炉、六通阀、二氧化碳阱、单开口石英管、二氧化碳收集管、液氮杯、稳定同位素质谱仪、进样针、样品管及其若干根连接管线：本实用新型采用连续流进样装置，将矿物包裹体爆裂装置及二氧化碳收集装置与稳定同位素质谱仪连接，实现矿物包裹体在线加热爆裂、二氧化碳气体的在线收集、二氧化碳碳同位素在线测试。

Description

矿物包裹体中二氧化碳碳同位素组成测定装置

技术领域

本实用新型属于矿物包裹体中二氧化碳碳同位素组成测定技术领域，具体涉及一种矿物包裹体中二氧化碳碳同位素组成测定装置。

背景技术

目前较为成熟的测试矿物包裹体中二氧化碳方法主要为离线双路法，可以分为真空球磨法、压碎法、传统爆裂法以及改进的密封石英管爆裂法，但双路法存在制样成本高、效率低、样品量大、误差大等缺点。

真空球磨法一般是将经过纯化、干燥的40-60目样品放入球磨机中，密封后抽真空，样品磨碎打开矿物包裹体，收集释放出来的二氧化碳气体，然后使用双路法测试其碳同位素组成。由于真空球磨法使用刚玉球与矿物颗粒不停碰撞，将样品磨碎成粉末样品，样品表面容易吸附包裹体释放出来的气体以及其它组分的物质，很难消除，造成分析误差较大。另外，真空球磨法需要特制的球磨机，而且需要接入真空设备，造成装置昂贵，磨碎样品费时费力。

压碎法在压碎样品的过程中，会有一部分的矿物没有破碎，即使破碎的矿物中也仍然含有大量的细小包裹体，尤其对细小的矿物包裹体，压碎法的提取率更低，而且压碎法需要的样品量大，效率低下。

真空爆裂法温度较高，包裹体各组分之间以及包裹体组分与主矿之间可能发生作用，这种作用会引起同位素的分馏。

密封石英管爆裂法，是对真空爆裂法的改进，该方法虽然是对传统爆裂法进行了改进，但是整个实验过程异常繁杂，且在高温下释放出的气液包裹体相互作用，容易造成同位素分馏的情况发生。

因此，需要设计一种可用于矿物包裹体中二氧化碳碳同位素组成测定装置，以解决上述测试矿物包裹体中二氧化碳技术方法中的不足。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种矿物包裹体中二氧化碳碳同位素组成测定装置，用于解决现有测试矿物包裹体中二氧化碳技术方法中离线前处理制样装置复杂、转换收集过程费时费力、效率低下、同位素分馏的技术问题。

本实用新型技术方案：

矿物包裹体中二氧化碳碳同位素组成测定装置，包括：

第一氦气进气口、第一阀门、第一水阱、第二氦气进气口、第二阀门、第二水阱、第三水阱、温控加热炉、六通阀、二氧化碳阱、单开口石英管、二氧化碳收集管、液氮杯、稳定同位素质谱仪、进样针、样品管及其若干根连接管线：

所述六通阀包括：六通阀第一端口、六通阀第二端口、六通阀第三端口、六通阀第四端口、六通阀第五端口和六通阀第六端口；

所述第一氦气进气口通过若干根连接管线依次经第一阀门、第一水阱、温控加热炉、第二水阱与六通阀第一端口相连；

所述第二氦气进气口通过若干根连接管线依次经第二阀门和第三水阱与六通阀第四端口相连；

所述第二氧化碳收集管放置于液氮杯内，所述二氧化碳收集管还分别与六通阀第二端口和六通阀第五端口相连；所述稳定同位素质谱仪与六通阀第三端口相连；

所述进样针的上部通过连接管线分别连接至第一水阱和反应管，所述进样针的下部插入样品管内；所述二氧化碳阱的一端连接至六通阀第六端口，二氧化碳阱的另一端置于单开口石英管底部。

所述温控加热炉内部设置有反应管；

所述第一水阱包括：第一水阱入口和第一水阱出口；所述反应管包括反应管入口和反应管出口；所述第一水阱入口与第一阀门相连接，第一水阱出口与反应管入口相连接；反应管出口与第二水阱相连接。

所述进样针的上部分别连接至第一水阱出口和反应管入口；进样针为双管路通气结构，气体从进样针底部管道口出气，从进样针中部管道口进气。

所述反应管的顶部设置有密封垫；所述温控加热炉最高温度为1100℃。

所述二氧化碳收集管为1/16英寸不锈钢管，所述二氧化碳收集管内部环绕填充镍丝。

所述连接管线的外径为1/16英寸，连接管线为不锈钢管材质；所述反应管为1/4英寸石英玻璃管，所述反应管与连接管线之间还设置有耐高温氟胶圈。

所述二氧化碳阱包括：二氧化碳阱入口和二氧化碳阱出口，所述二氧化碳阱的二氧化碳阱入口连接至六通阀第六端口，二氧化碳阱的二氧化碳阱出口置于单开口石英管底部。

本实用新型有益技术效果：

1)本实用新型采用连续流进样装置，将矿物包裹体爆裂装置及二氧化碳收集装置与稳定同位素质谱仪连接，实现矿物包裹体在线加热爆裂、二氧化碳气体的在线收集、二氧化碳碳同位素在线测试；

2)整个装置使用经过高氯酸镁吸收干燥后的氦气作为载气，爆裂后二氧化碳通过液氮冷冻收集、常温气化释放的方式进入稳定同位素质谱仪测试，该在线方式将样品量大大减少，原有离线双路系统需要的样品量大于20g，本系统样品量仅需要2g，大大降低了样品量，能够满足更加精细的测试需求；

3)本实用新型装置进行测定实验时，采用填充高氯酸镁的水阱对氦气载气进行干燥，降低了载气中微量的水汽对稳定同位素质谱仪的干扰；采用石英反应管外加热炉的爆裂方式，通过外加热炉控制爆裂温度，可采用阶段升温的方式进行实验，先在200℃爆裂15分钟除去样品表面吸附的气体和低温次生包裹体，然后根据研究需要升高到原生包裹体的爆裂温度，爆裂出来的气体被氦气迅速带离高温区，从而减少同位素交换的发生，爆裂出来的水被高氯酸镁的水阱吸附，二氧化碳被液氮冷冻，其它气体被氦气直接排入空气，该方式大大提高了测定实验的成功率和精度；

4)本实用新型装置中采用六通阀体，实现收集样品前将样品管中的空气直接排入空气从而减少对稳定同位素质谱仪的损害；通过切换六通阀，能够实现样品从爆裂收集到常温释放进样在线处理、直接送入稳定同位素质谱仪测试，实验简单便捷，每天能够处理样品20余个，大大提高实验效率；

5)通过元素分析仪上载气和反吹气体直接与连续流爆裂装置连接，能够实现两路氦气流速的精确控制；氦气排空处管道置于单开口1/4石英管中，减少液氮冷冻时空气的倒吸，二氧化碳阱填充氢氧化钠颗粒，有效吸附倒吸时空气中的二氧化碳，减少对包裹体样品碳同位素测试的干扰；连续流爆裂装置中石英反应管两端采用可装卸快速接头连接、氟橡胶密封，便于装样，六通阀采用四氟乙烯密封，其余采用金属密封，能够保证整套装置常温下密封不受空气影响，保证无死体积，二氧化碳以气态通过整个系统，不会产生凝结分馏的情况；解决了在线二氧化碳碳同位素定值的技术问题。

附图说明

图1为本实用新型设计的矿物包裹体中二氧化碳碳同位素组成测定装置连接示意图

其中，1-第一氦气进气口，2-第一阀门，3-第一水阱，4-反应管，5-温控加热炉，6-第二水阱，7-六通阀，8-二氧化碳阱，9-单开口石英管，10-二氧化碳收集管，11-液氮杯，12-稳定同位素质谱仪，13-第三水阱，14-第二阀门，15-第二氦气进气口，16-进样针，17-样品管，71-六通阀第一端口，72-六通阀第二端口，73-六通阀第三端口，74-六通阀第四端口，75-六通阀第五端口，76-六通阀第六端口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

矿物包裹体中二氧化碳碳同位素组成测定装置，包括：

第一氦气进气口1、第一阀门2、第一水阱3、第二氦气进气口15、第二阀门14、第二水阱6、第三水阱13、温控加热炉5、六通阀7、二氧化碳阱8、单开口石英管9、二氧化碳收集管10、液氮杯11、稳定同位素质谱仪12、进样针16、样品管17及其若干根连接管线：

所述六通阀7包括：六通阀第一端口71、六通阀第二端口72、六通阀第三端口73、六通阀第四端口74、六通阀第五端口75和六通阀第六端口76；

所述第一氦气进气口1通过若干根连接管线依次经第一阀门2、第一水阱3、温控加热炉5、第二水阱6与六通阀第一端口71相连；

所述第二氦气进气口15通过若干根连接管线依次经第二阀门14和第三水阱13与六通阀第四端口74相连；

所述第二氧化碳收集管10放置于液氮杯11内，所述二氧化碳收集管10还分别与六通阀第二端口72和六通阀第五端口75相连；所述稳定同位素质谱仪12与六通阀第三端口73相连；

所述进样针16的上部通过连接管线分别连接至第一水阱3和反应管4，所述进样针16的下部插入样品管17内；所述二氧化碳阱8的一端连接至六通阀第六端口76，二氧化碳阱8的另一端置于单开口石英管9底部。

所述温控加热炉5内部设置有反应管4；

所述第一水阱3包括：第一水阱入口和第一水阱出口；所述反应管4包括反应管入口和反应管出口；所述第一水阱入口与第一阀门2相连接，第一水阱出口与反应管入口相连接；反应管出口与第二水阱6相连接。

所述进样针16的上部分别连接至第一水阱出口和反应管入口；进样针16为双管路通气结构，气体从进样针底部管道口出气，从进样针中部管道口进气。

所述反应管17的顶部设置有密封垫；所述温控加热炉5最高温度为1100℃。

所述二氧化碳收集管10为1/16英寸不锈钢管，所述二氧化碳收集管10内部环绕填充镍丝。

所述连接管线的外径为1/16英寸，连接管线为不锈钢管材质；所述反应管4为1/4英寸石英玻璃管，所述反应管4与连接管线之间还设置有耐高温氟胶圈。

所述二氧化碳阱8包括：二氧化碳阱入口和二氧化碳阱出口，所述二氧化碳阱8的二氧化碳阱入口连接至六通阀第六端口76，二氧化碳阱8的二氧化碳阱出口置于单开口石英管9底部。

所述第一阀门2、第二阀门14均为不锈钢材质。

进样针16扎入带密封垫的样品管17内。

如上所述的矿物包裹体中二氧化碳碳同位素组成测定装置的测定方法，包括如下步骤：

步骤1，装样

调整六通阀7为收集模式(即六通阀第一端口71、六通阀第四端口74、六通阀第五端口75作为进气口，六通阀第二端口72、六通阀第三端口73、六通阀第六端口76作为出气口)，打开温控加热炉5的上盖，通过可拆卸接头卸下反应管4，装入2g的40～60目石英矿物样品或其它矿物样品，将反应管4两端连接好后，放入温控加热炉5中，上盖扣紧，确保反应管4与温控加热炉5的凹槽充分接触，使反应管4受热均匀。第一氦气进气口1及第二氦气进气口15通入氦气，打开第一阀门2及第二阀门14，通气10min左右，将反应管4中空气吹扫干净。

步骤2，加热去气

设置温控加热炉5温度为200℃，到达设定温度后恒温10min，爆裂出的气体不收集，由氦气排入空气中，目的是除去矿物样品表面吸附的气体和低温次生包裹体，有效减少其它气体对原生二氧化碳包裹体的干扰。

步骤3，矿物包裹体中二氧化碳收集

去气完成后，二氧化碳收集管10套上液氮杯11，并向液氮杯11中倒入液氮，二氧化碳收集管10内填充镍丝对二氧化碳气体具有较好的吸附性能，从而确保二氧化碳气体被完全收集，温控加热炉5温度设置为600℃。

第一氦气进气口1的氦气经过第一阀门2后进入第一水阱3，氦气中水被第一水阱3吸附，反应管4中石英矿物包裹体爆裂释放，气液包裹体迅速被氦气带离高温区，减少包裹体组分之间同位素交换的发生，爆裂出来的液态水或者气态水被第二水阱全部吸附，其它气体经过1/16inch不锈钢管进入六通阀第一端口71，通过六通阀第二端口72后，经过1/16inch不锈钢管进入-196℃左右的二氧化碳收集管10，二氧化碳被收集于二氧化碳收集管10中，而低沸点的甲烷及其它气体则被氦气吹进六通阀第五端口75，并经六通阀第六端口76排入空气。爆裂时间5min，可以将石英矿物包裹体完全爆裂出来并收集二氧化碳。

步骤4，二氧化碳升华进样

调节六通阀7开关至进样模式(即六通阀第一端口71、六通阀第二端口72、六通阀第四端口74作为进气口，六通阀第三端口73、六通阀第五端口75、六通阀第六端口76作为出气口)，第二氦气进气口15的氦气经过第二阀门14后进入第三水阱13，氦气中水被冷冻于第三水阱13中，干燥后的氦气经过1/16英寸不锈钢管进入六通阀第四端口74，通过六通阀第五端口75，经过左右的1/16英寸不锈钢管进入-196℃左右的二氧化碳收集管10，移走液氮杯11，-196℃的二氧化碳收集管10迅速升温，收集的固态二氧化碳快速升华为气体，在氦气带动下进入六通阀第二端口72，由六通阀第三端口73经过1/16inch不锈钢管进入稳定同位素质谱仪12。二氧化碳参考气和样品气(或标准气)分别进入稳定同位素质谱仪12的离子室里电离成质量数为44、45、46的离子，之后被引出离子室并由多个棱镜聚焦，经过磁场分离后并被三个不同的法拉第杯同时接收，通过二氧化碳样品气、标准气与参考气的直接比较，由计算机给出样品气及标准气相对于参考气的δ45和δ46值，最后换算出样品相对于国际碳同位素标准(VPDB)的δ¹³C_VPDB(‰)值。

步骤5，二氧化碳标准气测试

为解决低含量二氧化碳气体碳同位素标准物质缺少的问题，采用固体碳酸盐标准制作含量约为0.2％的二氧化碳气体，其它气体为高纯氦气。方法是称取100μg碳酸盐固体标准物质，装入12mL带密封垫样品管中，使用高纯氦气将样品管中空气吹扫10分钟，使用极细的酸针扎透密封垫加入5滴100％液体磷酸，在恒温系统中于25℃反应平衡4h。将第一水阱3及反应管4与进样针16的上部两端相连，进样针通过密封垫扎入样品管17内，氦气进入样品管17内，将样品管17里面的氦气及二氧化碳吹扫出来，持续吹扫10分钟，气体经过反应管4进入第二水阱6吸附水分，干燥后的二氧化碳气体被收集及测试同上述步骤3及步骤4。可以使用多个不同的固体碳酸盐标准建立校正曲线，用于矿物包裹体中二氧化碳碳同位素精确定值。

上面对本实用新型的实施例作了详细说明，上述实施方式仅为本实用新型的最优实施例，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (7)

1.矿物包裹体中二氧化碳碳同位素组成测定装置，其特征在于，包括：

第一氦气进气口(1)、第一阀门(2)、第一水阱(3)、第二氦气进气口(15)、第二阀门(14)、第二水阱(6)、第三水阱(13)、温控加热炉(5)、六通阀(7)、二氧化碳阱(8)、单开口石英管(9)、二氧化碳收集管(10)、液氮杯(11)、稳定同位素质谱仪(12)、进样针(16)、样品管(17)及其若干根连接管线：

所述六通阀(7)包括：六通阀第一端口(71)、六通阀第二端口(72)、六通阀第三端口(73)、六通阀第四端口(74)、六通阀第五端口(75)和六通阀第六端口(76)；

所述第一氦气进气口(1)通过若干根连接管线依次经第一阀门(2)、第一水阱(3)、温控加热炉(5)、第二水阱(6)与六通阀第一端口(71)相连；

所述第二氦气进气口(15)通过若干根连接管线依次经第二阀门(14)和第三水阱(13)与六通阀第四端口(74)相连；

所述二氧化碳收集管(10)放置于液氮杯(11)内，所述二氧化碳收集管(10)还分别与六通阀第二端口(72)和六通阀第五端口(75)相连；所述稳定同位素质谱仪(12)与六通阀第三端口(73)相连；

所述进样针(16)的上部通过连接管线分别连接至第一水阱(3)和反应管(4)，所述进样针(16)的下部插入样品管(17)内；所述二氧化碳阱(8)的一端连接至六通阀第六端口(76)，二氧化碳阱(8)的另一端置于单开口石英管(9)底部。

2.根据权利要求1所述的矿物包裹体中二氧化碳碳同位素组成测定装置，其特征在于：所述温控加热炉(5)内部设置有反应管(4)；

所述第一水阱(3)包括：第一水阱入口和第一水阱出口；所述反应管(4)包括反应管入口和反应管出口；所述第一水阱入口与第一阀门(2)相连接，第一水阱出口与反应管入口相连接；反应管出口与第二水阱(6)相连接。

3.根据权利要求2所述的矿物包裹体中二氧化碳碳同位素组成测定装置，其特征在于：所述进样针(16)的上部分别连接至第一水阱出口和反应管入口；进样针(16)为双管路通气结构，气体从进样针底部管道口出气，从进样针中部管道口进气。

4.根据权利要求3所述的矿物包裹体中二氧化碳碳同位素组成测定装置，其特征在于：所述样品管(17)的顶部设置有密封垫；所述温控加热炉(5)最高温度为1100℃。

5.根据权利要求4所述的矿物包裹体中二氧化碳碳同位素组成测定装置，其特征在于：所述二氧化碳收集管(10)为1/16英寸不锈钢管，所述二氧化碳收集管(10)内部环绕填充镍丝。

6.根据权利要求5所述的矿物包裹体中二氧化碳碳同位素组成测定装置，其特征在于：所述连接管线的外径为1/16英寸，连接管线为不锈钢管材质；所述反应管(4)为1/4英寸石英玻璃管，所述反应管(4)与连接管线之间还设置有耐高温氟胶圈。

7.根据权利要求6所述的矿物包裹体中二氧化碳碳同位素组成测定装置，其特征在于：所述二氧化碳阱(8)包括：二氧化碳阱入口和二氧化碳阱出口，所述二氧化碳阱(8)的二氧化碳阱入口连接至六通阀第六端口(76)，二氧化碳阱(8)的二氧化碳阱出口置于单开口石英管(9)底部。

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