激光水穩(wěn)定性同位素分析儀測定礦泉水中的δ2H、δ18O和δ17O

靳靜靜 李俊超 司炳成

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)中國旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院，楊凌 712100；2.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，西安 710075)

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激光水穩(wěn)定性同位素分析儀測定礦泉水中的δ2H、δ18O和δ17O

靳靜靜1李俊超2司炳成1

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)中國旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院，楊凌 712100；2.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，西安 710075)

通過多次測定標(biāo)準(zhǔn)樣品，統(tǒng)計(jì)分析得出，LWA-45EP型激光水穩(wěn)定性同位素分析儀具有很好的準(zhǔn)確性和精密度，標(biāo)準(zhǔn)樣品的δ2H、δ18O和δ17O的測量值與真值之間達(dá)到極顯著相關(guān)， R>0.9999，測量精度為0.17 ‰ (δ2H)、0.06 ‰(δ18O)、0.05 ‰(δ17O)。采用該儀器對(duì)16種飲用礦泉水進(jìn)行測定，結(jié)果表明水中氫氧同位素組成具有明顯的時(shí)空差異。

激光水穩(wěn)定性同位素分析儀 氫氧同位素組成

1 引言

氫氧穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)為自然界水分循環(huán)的研究提供了行之有效的方法[1]，其在確定陸地生態(tài)系統(tǒng)水分利用格局[2，3]、作物水源劃分等生態(tài)學(xué)、農(nóng)業(yè)水文學(xué)方面具有重大作用。

目前，測氫氧穩(wěn)定性同位素的方法有同位素比率質(zhì)譜儀法(Isotope Ratio Mass Spectometor, IRMS)和激光光譜法。質(zhì)譜儀因其體積較大，測試成本昂貴，操作復(fù)雜而限制了其廣泛應(yīng)用。而激光同位素分析儀簡化了水分同位素分析過程，去除了分析前處理的化學(xué)轉(zhuǎn)化，體積小重量輕，攜帶便捷，可用于野外實(shí)時(shí)監(jiān)測，成本低廉，操作簡單，快速高效。最重要的是激光同位素分析儀在分析純水中δ2H、δ18O和δ17O方面，其準(zhǔn)確性和精密度已經(jīng)接近IRMS法[4，5]。因此，近幾年得到廣泛應(yīng)用。

本文根據(jù)多次測定的標(biāo)準(zhǔn)樣品數(shù)據(jù)，對(duì)LWA-45EP型激光水穩(wěn)定性同位素分析儀(美國Los Gatos Research公司)的準(zhǔn)確性和精密度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。并使用該儀器對(duì)購買的16種礦泉飲用水進(jìn)行了氫氧同位素組成分析。

2 試驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

LWA-45EP型激光水穩(wěn)定性同位素分析儀(美國Los Gatos Research公司)兼具液態(tài)水和氣態(tài)水同位素連續(xù)測量功能，可同時(shí)測量水中同位素δ2H、δ18O和δ17O，配有LGR專利的光譜污染診斷技術(shù)；LC-PAL高速全自動(dòng)進(jìn)樣器[6]。

目前本實(shí)驗(yàn)室使用的是美國LGR公司生產(chǎn)的工作標(biāo)樣，其真值見表1。

表1 LGR公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)樣品的真值

2.2 樣品處理

用1 mL 醫(yī)用注射器吸取水樣1 mL，然后用13 mm直徑、0.45 μm孔徑的尼龍66的針筒式過濾器過濾，將過濾后的樣品加入美國Microliter公司生產(chǎn)的2 mL微量瓶中。樣品量一定要確保一致，統(tǒng)一加1mL，不能過多或過少。樣品加入前必須確保其溫度與當(dāng)前室溫一致。1 mL 注射器、針筒式過濾器和2 mL 微量瓶上的隔墊都是一次性的，不能重復(fù)使用。

2.3 分析條件

該儀器的腔室溫度應(yīng)保證在43℃～ 44 ℃之間，測量分析時(shí)溫度變化不能超過0.2 ℃/時(shí)。衰蕩時(shí)間Laser A保證在5.8 μs左右，Laser B在5.7 μs左右。測量分析時(shí)腔室應(yīng)該為真空狀態(tài)，腔室壓力為0 Torr。每個(gè)樣品測量6針，為了去除進(jìn)樣針的記憶效應(yīng)，前2針不參與計(jì)算，只取后4針的平均值作為樣品的最終結(jié)果。

測樣時(shí)，每測量3個(gè)未知樣品必須測量1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品。標(biāo)樣與樣品的測量順序舉例為：(1)LGR2B，S1，S2，S3，LGR3B，S4，S5，S6，LGR4B，S7，S8，S9，LGR5B，S10，S11，S12，LGR2B……。(2)以上從S1～S12等12個(gè)樣品共用1條校準(zhǔn)曲線(LGR2B，3B，4B，5B生成)，以此類推，S13-S24等12個(gè)樣品是共用下1條LGR2B，3B，4B，5B生成的校準(zhǔn)曲線。

校準(zhǔn)標(biāo)樣建議選擇3種(含3種)以上，可根據(jù)不同地區(qū)的樣品氫氧同位素組成自行選擇。根據(jù)黃土高原的地域特征，該地區(qū)的水同位素組成不會(huì)非常貧化或富集。因此，我們在測黃土高原的樣品時(shí)常選擇LGR3B，LGR4B和LGR5B這3種標(biāo)準(zhǔn)樣品。

3 結(jié)果與討論

3.1 儀器的準(zhǔn)確性和精密度

儀器自開始正常測試分析起，統(tǒng)計(jì)了目前所有批次的標(biāo)準(zhǔn)樣品的測量值，計(jì)算其平均值及標(biāo)準(zhǔn)差，然后與真值對(duì)比分析。圖1表明，標(biāo)準(zhǔn)樣品的δ2H、δ18O和δ17O的測量值與真值之間達(dá)到極顯著相關(guān)， R>0.9999，說明該儀器方法具有非常好的準(zhǔn)確性。表2結(jié)果得出，該儀器在分析標(biāo)準(zhǔn)樣品中δ2H、δ18O和δ17O方面，其標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.14 ‰～0.26 ‰、0.04 ‰ ～0.09 ‰、0.04 ‰～ 0.06 ‰，平均為0.17 ‰、0.06‰、0.05 ‰，完全達(dá)到該儀器的測量精度1 ‰ (δ2H)、0.25 ‰(δ18O)、0.25 ‰(δ17O)要求[7]，說明該儀器的精密度很高。

表2 標(biāo)準(zhǔn)樣品的測量值與真值對(duì)比

3.2 實(shí)際樣品測試

采用該儀器對(duì)16種礦泉飲用水進(jìn)行測定，結(jié)果表明(表3)，水源產(chǎn)地不同，水中的氫氧同位素組成變化差異很大，呈現(xiàn)從北向南，緯度從高到低依次富集。加拿大的冰川水及東北地區(qū)的泉水中的同位素分餾較小，其同位素值比較貧化，而來源于江西省的百歲山礦泉水中的同位素分餾明顯，其同位素值比較富集。這說明同位素分餾導(dǎo)致水中氫氧同位素組成具有明顯的時(shí)空差異。

表3 16種礦泉飲用水樣品測定結(jié)果表

4 結(jié)論

應(yīng)用LWA-45EP型激光水穩(wěn)定性同位素分析儀同時(shí)測定水中氫氧同位素值(δ2H、δ18O、δ17O)，方法簡便、快捷、準(zhǔn)確性和精密度高，能夠滿足水中氫氧同位素組成測定的要求。

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[6] 理加聯(lián)合科技有限公司.http://www.li-ca.com/product/isotope/1324182356422.htm.

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Determination of δ2H，δ18O and δ17O in mineral water by laser water stable isotopes analyzer.

Jin Jingjing1, Li Junchao2, Si Bingcheng1

(1.InstituteofWaterSavingAgricultureinAridAreasofChina，NorthwestA&FUniversity，Yangling712100，China; 2.ShaanxiProvincialLandEngineeringConstructionGroupCo.,LTD,Xi’an710075,China)

The results showed that the laser water stable isotope analyzer (LWA-45EP) had good accuracy and precision.The standard samples of δ2, Hδ18O and δ17O had significant correlation between the measured value and the true value, R>0.9999. The measurement precision was 0.17 ‰ ( δ2H ), 0.06 ‰ ( δ18O ) and 0.05 ‰ ( δ17O ). The determination of 16 kinds of drinking mineral water showed that the hydrogen and oxygen isotopic composition had obvious differences of space and time.

laser water stable isotope analyzer; hydrogen and oxygen isotopic composition

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(K305021308)

靳靜靜，女，1988年出生，碩士，助理實(shí)驗(yàn)師，主要從事大型儀器設(shè)備管理，E-mail：jin.jingjing1028@163.com。

10.3936/j.issn.1001-232x.2016.06.007

2016-08-03