Picarro應(yīng)用系列——

海水和高含鹽量水中穩(wěn)定同位素的精度測量與準(zhǔn)確度優(yōu)化

摘要：Picarro鹽襯管是一種使用簡便、價格經(jīng)濟(jì)的附件，能夠保護(hù)Picarro同位素分析儀系統(tǒng)免受汽化器中鹽積聚的影響。

水穩(wěn)定同位素分析系統(tǒng)

Picarro水穩(wěn)定同位素分析系統(tǒng) (下圖) 用于分析離散水樣品，由自動采樣器(A0325)、高精度汽化器(A0211)和L2130-i或L2140-i光腔衰蕩光譜(CRDS)水同位素分析儀組成。這是一種比同位素比值質(zhì)譜儀(IRMS)更經(jīng)濟(jì)、更易用、測樣速度更快的解決方案，能夠在水文學(xué)、海洋科學(xué)和古氣候?qū)W等一系列研究應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的同位素測量。

鹽襯管附件

在海水和高含鹽量水穩(wěn)定同位素測試過程中，鹽積聚可能會影響基于激光的光譜分析系統(tǒng)的精度、漂移和記憶效應(yīng)。Picarro鹽襯管是一種價格經(jīng)濟(jì)的不銹鋼網(wǎng)插件，可輕松快速地安裝到Picarro高精度汽化器（右圖）中。當(dāng)注入溶解性總固體(TDS)高的水樣在汽化器室內(nèi)汽化時，襯管網(wǎng)格能夠捕獲高達(dá)80%的鹽沉淀物。這顯著減少了汽化器中鹽的積聚，從而將海水分析的運(yùn)行時間延長到24小時。這種插件可在幾分鐘內(nèi)拆除、清潔和重新安裝。

經(jīng)證明，Picarro水同位素分析儀系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)地測量海水（含鹽量高達(dá)3.46%）¹ 和高含鹽量水樣品 (339.4 g/L)²。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：

測試1：安裝和未安裝鹽襯管時的去離子水

記憶效應(yīng)測試圖顯示，在汽化器中安裝和未安裝鹽襯管時，都需要注入相同數(shù)量的樣品來消除δ¹⁸O中99%和δ²H中98%的記憶效應(yīng)。是否安裝鹽襯管基本不影響注樣性能。

測試方法1：

　　對具有已知低同位素?cái)?shù)值的A樣品進(jìn)行連續(xù)76次注樣，然后對具有高同位素?cái)?shù)值的B品進(jìn)行連續(xù)76次注樣。每個圖的100%數(shù)值（計(jì)算得出的記憶效應(yīng)=1.00）由終30次注樣(47–76)的平均值計(jì)算得出。該計(jì)算方法大限度地減弱了早期注樣的記憶效應(yīng)并保持相對大的樣本尺寸。

　　記憶效應(yīng)（高-低）：已知低同位素?cái)?shù)值的A樣品的測量值(d₁m)與B樣品的計(jì)算值 (d₂c) 之間的差值除以A樣品的計(jì)算值(d₁c)與B樣品的計(jì)算值(d₂c)之間的差值得出的百分比數(shù)值。記憶效應(yīng)百分比=(d₁m–d₂c)/(d₁c–d₂c)x100%。

記憶效應(yīng)（低-高）：已知高同位素?cái)?shù)值的B樣品的測量值(d₂m)與A樣品的計(jì)算值(d₁c)除以B樣品的計(jì)算值(d₂c)與A樣品的計(jì)算值(d₂c)之間的差值得出的百分比數(shù)值。記憶效應(yīng)百分比=(d₂m–d₂c)/(d₂c–d₁c)x100%。

表1（下表）顯示，連續(xù)160次注樣測量具有已知同位素?cái)?shù)值的去離子水樣品。在安裝和未安裝鹽襯管時δ¹⁸O和δ²H的精度和漂移都是相同的，安裝鹽襯管時δ²H會更好一些。

測試 2：安裝鹽襯管時4%的海水溶液

表2（下表）顯示，連續(xù)160次注樣測量鹽度為4%的海水樣品。精度和漂移雖然會差于安裝鹽襯管時去離子水的測量值，但仍然保持在水同位素系統(tǒng)規(guī)格范圍內(nèi)或非常接近這些規(guī)格。

三、測試 3：安裝鹽襯管時的記憶性能評估

記憶效應(yīng)測試圖（下圖）顯示了δ¹⁸O和δ²H的兩種低鹽度水樣之間的百分比差值。對于低鹽度水，安裝鹽襯管時的記憶性能保持穩(wěn)定。記憶效應(yīng)測試圖（右下）顯示了δ¹⁸O和δ²H的兩種海水樣品之間的百分比差值。對于鹽度為4%的海水，在共計(jì)200次注樣（連續(xù)運(yùn)行約30小時）后記憶性能開始下降。這表明需要清潔和更換鹽襯管。

測試方法2：

　　在兩個低鹽度水樣與兩個海水樣品之間交替進(jìn)行10次注樣。對于δ¹⁸O和δ²H的低鹽度水樣品（左上）與δ¹⁸O和δ²H的海水樣品（右上），顯示每10次注樣的第4次注樣之間的百分比差值。

Picarro 鹽襯管附件清潔建議事項(xiàng)

　　鹽襯管會捕獲高達(dá)80%的鹽沉淀物（按重量計(jì)），以保護(hù)汽化器室免受鹽積聚的影響。這確保了記憶效應(yīng)、精度和漂移規(guī)格要求。Picarro建議在每24小時的海水分析后對鹽襯管進(jìn)行清潔和更換，以防止水同位素分析儀系統(tǒng)性能因汽化器中發(fā)生鹽積聚而下降。

　　與清潔汽化器室所需的時間（大約24小時）相比，清潔和更換鹽襯管會大限度地縮短停機(jī)時間（幾分鐘）。建議執(zhí)行以下清潔步驟：

1. 執(zhí)行與更換汽化器隔墊相同的程序從汽化器中拆下鹽襯管；

2. 將鹽襯管浸泡在熱水中達(dá)5分鐘，使鹽積聚物溶解；

3. 使用去離子水沖洗鹽襯管；

4. 對鹽襯管進(jìn)行干燥處理；

5. 如果仍然可以看到鹽顆粒，則重復(fù)1步驟。

　　如果主要清潔程序未*溶解掉鹽殘留物，則嘗試以下操作。

選擇 1：將鹽襯管放入去離子水浴中進(jìn)行超聲波清潔。

選擇 2：將鹽襯管浸泡在溫和的酸性溶液（pH值約為2）中達(dá)3分鐘，并用去離子水進(jìn)行沖洗。

文章摘錄：

1 S.A. Walker et al., Oxygen isotope measurements of seawater: A comparison of CRDS and IRMS, Limnology and Oceanography: Methods

2 Grzegorz Skrzypek and Douglas Ford, Stable Isotope Analysis of Saline Water Samples on a CRDS Instrument, Environmental Science & Technology

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