柱色谱分离-分子筛络合洗脱过程中正构烷烃单体碳同位素分馏研究

应用气相色谱-气体同位素质谱(GC-C-IRMS)分析正构烷烃单体碳同位素之前,需要对饱和烃样品中正构烷烃和异构烷烃进行预分离、富集,在预分离和富集过程中正构烷烃单体碳同位素是否发生分馏是高精度分析正构烷烃单体碳同位素比值(δ~(13)C)的关键。本文以正构烷烃混合溶液为对象,利用柱色谱、5■分子筛络合、环己烷-正戊烷混合溶剂两次洗脱,GC-C-IRMS分析正构烷烃单体碳同位素,研究前处理过程中正构烷烃单体碳同位素是否发生分馏。结果表明:使用柱色谱分离前后,多数正构烷烃单体碳同位素比值相差-0.2‰～0.2‰;当5■分子筛不完全络合时,未络合的正构烷烃单体碳同位素比值偏重约0.7‰,可能发生了微弱的碳同位素分馏,但并未影响洗脱后的正构烷烃单体碳同位素比值;使用环己烷-正戊烷混合溶剂洗脱前后,碳同位素比值相差-0.2‰～0.5‰,以同样方式洗脱第二次,获得的正构烷烃单体碳同位素比值与模拟样品相差-0.3‰～0.2‰。分析不同回收率(20%)正构烷烃的单体碳同位素比值,处理前后的差值基本在0.3‰以内,可见当正构烷烃回收率低至20%左右时,其单体碳同位素仍未发生明显分馏。柱色谱分离-5■分子筛络合-混合溶剂洗脱方法适用于回收率大于20%的正构烷烃单体碳同位素分析。     

高温Ca同位素地球化学研究进展与双稀释剂校正

近年来随着质谱和分析技术的进步,Ca同位素的分析精度获得了很大的提高,出现了很多高温条件下Ca同位素地球化学的研究成果。双稀释剂的合理使用在Ca同位素的分析中起关键作用。本文系统地阐述了前人对Ca同位素测试时所使用的双稀释剂技术,提供相应的计算程序,并且系统地归纳近年来高温条件下Ca同位素地球化学研究的新成果,包括单矿物对之间Ca同位素的分馏、陨石和地幔Ca同位素组成的不均一性和陨石的εCa异常及K-Ca定年等。斜方辉石和橄榄石相比于共生的单斜辉石更富集重Ca同位素,并且Δ44/40 CaOpx-Cpx受斜方辉石Ca含量和Ca—O键长的影响。地幔矿物之间具有不相同的Ca同位素组成说明地幔Ca同位素组成的不均一性。陨石及其内部难熔包裹体的Ca同位素组成变化范围很大,并且普遍存在εCa的异常。顽火辉石球粒陨石与地球具有相近的Ca同位素组成,表明它们可能具有相同的起源。但是高温条件下Ca同位素的分馏研究仍处于起步阶段,未来对于地球主要储库的Ca同位素组成、岩浆过程(部分熔融和分离结晶)和洋壳俯冲过程的Ca同位素分馏仍然需要更多地研究。     

区域成矿流体的形成与演化

成矿流体是富含挥发份、碱金属的含矿卤水 ,其中碱金属来源于岩浆热液、变质热液、海水及通过水岩作用从岩石中萃取等 ;而挥发份来源于地幔、水岩作用与有机质分解作用。成矿流体中的硫也是多来源的 ,硫的活度与氧逸度有关 ,高温还原环境H2 S的活度降低 ;成矿流体的同位素分馏与水岩作用强度有关 ,控制同位素分馏的基本因素是温度及水岩比值。根据成矿流体的成分及物理化学性质 ,可以分类为高温硅钾卤水、中温碳酸盐卤水及低温硫酸盐型卤水。成矿流体没有固定的来源 ,在一定地质条件下 ,任何来源的热水流体都可以形成成矿流体。控制成矿流体形成的主要地质作用是岩浆作用、变质作用、地热增温作用及构造作用等。文中根据地质作用类型对区域地质流体进行划分 ,可分为岩浆作用区域成矿流体 (以高温硅钾卤水为主 ,可以有高温到中低温的流体分带 ) ,沉积作用区域成矿流体 (以中低温碳酸盐及硫酸盐型卤水为特征 ) ,大洋盆地区域成矿流体 (与岩浆岩区域成矿流体类似 ,有高温到低温的流体分带 )和变质作用区域成矿流体 (变质程度不同而有不同的流体类型混合 )。     

微量水δ(~(17)O)和δ(~(18)O)CoF_3法线外同时测试新技术

三氧同位素(16O、17O、18O)组成特征可有效示踪天然水循环及其环境效应,微量水δ(17O)和δ(18O)CoF3法同时测试新技术的建立,可为三氧同位素定量研究提供有效的分析手段,特别是能够捕捉到像光合作用、呼吸作用等生物过程中发生的同位素分馏现象。在国内首次建立了微量水δ(17O)和δ(18O)CoF3法线外同时测试新技术,样品量仅需2μL,整个制样时间约40min。采用在质谱测试前对待测样品在100℃下预热10 min,待O2完全解吸后再进行质谱测试的方法,避免了制样和测试过程中的记忆效应及分馏效应,δ(17O)和δ(18O)的分析精度分别达到±0.07‰和±0.14‰。该法使用固体试剂CoF3替代了剧毒的气态氟化物BrF5,使得制样流程更加安全可靠且样品量少,适用性强,具有很大的推广应用价值。     

多接收器等离子体质谱(MC-ICPMS)高精度测定Nd同位素方法

多接收器等离子体质谱是近年发展起来的高精度同位素分析手段之一,通过用等离子体质谱测量Nd国际标准材料La Jolla和JMC Nd203以及实际样品GBW04419,研究MC-ICPMS测量Nd的质量分馏特点,解决MC-ICPMS测量的关键所在质量分馏校正.通过修正分馏系数,可以实现理想的分馏校正.结果显示出所得到的分析精度达到热电离质谱的测量水平.具有实际地质样品代表性的实验室内部标准CAGS-Nd-1重现性长期分析结果为:143Nd/144Nd=0.512072±0.000008(2σ,n=140).     

海洋天然气水合物氢氧同位素分馏初探

天然气水合物的形成会造成氢、氧同位素的分馏.在实验室合成研究中,利用天然海水 [(含 0.03%十二烷基硫酸钠 (SDS)]与甲烷气体反应,通过对水合物生成前后溶液中的 Cl-的质量浓度和氢、氧同位素组成的测定,研究了天然气水合物生成过程中氢、氧同位素的分馏情况.实验证明氢、氧的重同位素易于富集在水合物中,其在天然海水-甲烷体系中的分馏系数分别为 1.018～ 1.036和 1.003 4～ 1.006 3,这一分馏系数稍大于前人在纯水和 NaCl溶液中所测得的分馏系数.     

有机碳同位素示踪古环境变化研究

对有机碳同位素示踪环境变化的原理、研究对象、取得的进展和存在的问题等进行了详细研究，认识到C～H键比C-O键有利于富集^12C，从而导致生物或有机碳δ^13C为极低的负值，使有机碳与无机碳之间存在显著的碳同位素差异。光合作用类型的不同使植物分为C3，C4和CAM3种类群，并导致不同类群的植物具有不同的碳同位素组成，C3植物δ^13C=-20‰～-32‰，平均-28‰，而C4植物δ^13C=-9‰～-17‰，平均-14‰。气候环境的差异影响了光合作用的类型和强度，使不同环境的植物类群特征不同，不仅造成植物组合的碳同位素组成不同，而且导致不同食性的动物牙齿等化石的碳同位素组成的差异，甚至相应的无机碳同位素的变化，因此生物链及其衍生物的碳同位素研究也就成为反演某一地区或某一时期气候环境的有效手段。被作为研究对象的地质记录可分为有机和无机两类，有机类主要包括树轮等植物化石、牙齿等动物化石、煤等陆相沉积有机质、海相沉积有机质、土壤(前者的衍生物)，这些研究对象分别适合于目的不同的环境研究，并获得了较好的效果。进而发现有机碳同位素在研究重大生物灭绝事件、C4植物起源、地球早期生命起源、地外生命存在与否、矿产资源形成时的有机质作用等问题上将有重要作为。     

The relationship between apparent equilibrium temperature and closure temperature with application to oxygen isotope geospeedometry

Oxygen isotope fractionation between coexisting minerals in slowly cooled rocks conveys information about their cooling history. By using the fast grain boundary （FGB） model to simulate closed-system diffusive ex- change of oxygen isotopes between coexisting minerals, I show that the apparent equilibrium temperatures （Tae） by the mineral pair with the largest isotopic fractionation （PLIF） always lies between the closure temperatures （To） of those two minerals. Therefore, when the rate of oxygen diffusion and hence Tc for the PLIF chance to be comparable （such as in the case of quartz and magnetite）, Tae will serve as a good approximation of To regardless of variation in mineral proportions. The specialty of the PLIF in constraining Tac within their Tc range can be generalized to other stable isotope systems and element partitioning. By approximating Tc with Tac and inverting Dodson＇s equation, the cooling rate of plutonic or metamorphic rocks can be inferred.     

呼伦湖流域氢氧稳定同位素特征及其对水体蒸发的指示作用

以呼伦湖流域为例研究该区域氢氧稳定同位素在不同水体中的分布特征,并探讨氢氧稳定同位素对在该区域水文过程的指示作用.流域湖水、入湖河水、周边地下水水样的氢氧稳定同位素分析结果表明,夏季8月份湖水中的重氢氧稳定同位素比7月份的更加富集.而河水中氢氧稳定同位素在同一时间内的河流沿程上存在明显的差异,下游水体中的氢氧稳定同位素要比上游更加富集.研究区的河水和湖水的δ~(18)O-δD关系特征显示,河水和湖水的δ~(18)O-δD的关系点全部位于当地降水线的右下方,说明流域河水和湖水水体受到明显的蒸发作用.而井水的δ~(18)O-δD的关系点大都靠近当地大气降水线,说明这一区域的地下水主要是大气降水渗入地下形成.利用氢氧稳定同位素分馏过程中的氢氧稳定同位素的比率与剩余水体的关系,并在考虑湿度因子的动力分馏模拟下,计算出河水的剩余水体比例在0.85~0.96之间,而湖水的剩余水体比例在0.71~0.77之间.最后,利用氢氧稳定同位素质量平衡法对呼伦湖多年平均蒸发量进行了估算,估算的湖泊蒸发量结果与实测值相近,相对误差为5.4%,说明方法可靠.氢氧稳定同位素对于研究区域水文过程有着重要的作用,在今后呼伦湖流域水文研究中有着更加广泛的应用空间.     

青海湖地区生物中正构烷烃及其氢同位素组成与影响因素

青海湖是我国最大的内陆咸水湖泊。本文应用GC-MS和GC-TC-IRMS同位素分析技术,对青海湖水生生物和周围地区陆生生物中正构烷烃及其氢同位素进行了分析,研究了生物中正构烷烃及其同位素组成。结果显示了不同生物中正构烷烃碳数分布范围在C1 5~C33之间,呈单峰型分布;主峰碳数是水生生物(除海韭菜外)相对较低,主要为C23和C25,陆生木本植物次之,为C27;陆生草本植物较高,为C27和C29;CPI值分布在4.0~29.7之间;ACL值为26.0~29.6,分布与植物类型有关。青海湖水生生物中正构烷烃氢同位素组成分布在-209.8‰~-85.6‰之间,平均值为-169.2‰~-121.2‰;陆生植物的正构烷烃δD值为-196.7‰~-84.3‰之间,平均值为-173.0‰~-108.6‰。青海湖不同水生生物和不同陆生生物之间的正构烷烃氢同位素组成差别显著。研究发现,湖泊的含盐量对水生植物的正构烷烃氢同位素具有显著影响,环境湿度和降水量明显影响了陆生植物的正构烷烃氢同位素组成;植物的正构烷烃平均氢同位素组成随着其ACL值增加,具有变轻的趋势;不同种类植物的正构烷烃合成期间具有不同的氢同位素分馏效应,与陆生植物相比较,水生植物的正构烷烃相对于环境水更富集轻氢同位素,并且随着ACL值增加,环境水和正构烷烃之间的氢同位素分馏增大。