[发明专利]一种同位素水样提取与提纯装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种同位素水样提取与提纯装置，主要用于水的H、O同位素组成测试的前处理，属于化学中元素测试领域。

背景技术

水的H、O同位素组成是地下水科学、环境科学和生物科学中的重要参数，研究如何从低渗透性岩土层、生物体等难释水物体中获得足量和无同位素分馏的水样，具有重要的意义，也是技术难题。此外，由于盐分的干扰，含盐度高的水样进入同位素质谱仪(如MAT253)进行测试时，不仅严重损害昂贵的仪器，而且引起较大的误差。如何对高盐度水样进行去盐处理，且不引起水样的同位素分馏，也没有解决。

为了从低渗透性岩土层、生物体等难释水物体中获得水样，往往采用加高压压缩释水、高温蒸馏等方法。这些方法的缺点是：不能实现水分的完全释出，也不能实现释出水的完全收集，导致提取出来的水样同位素分馏明显，获得的结果并不代表其真值；对于高盐度的水样，也常采用高温蒸馏的方法，尽管能够降低水中的含盐量，但是敞开式冷凝时水分逸失严重，导致同位素分馏明显，测试的结果和原始水样H、O同位素组成差异较大。从已有的资料来看，水样0.1％的水分损失，将会引起至少10％的同位素组成的差异，这种前处理引起的同位素分馏，已使得水样同位素组成变化的研究失去意义。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术之不足，提供一种同位素水样提取与提纯装置，该装置不仅可以从低渗透性岩土层、生物体等难释水物体中获得足量和无同位素分馏的水样，在对高盐度水样进行去盐处理时也不会引起同位素的分馏。

实现本发明目的所采用的技术方案是：

一种同位素水样提取与提纯装置，至少包括样品瓶、对样品瓶进行加热的加热装置，以及水样收集器、冷阱和真空泵，水样收集器的进气端通过导管与样品瓶连通，其出气端通过导管与冷阱的进气端连通，冷阱的出气端通过导管与真空泵连通；样品瓶和水样收集器之间设有活塞A，冷阱和真空泵之间设有活塞B，水样收集器和冷阱之间设有真空规，真空规的测量端与真空计相连，真空规的接入端通过导管同时与水样收集器和冷阱连通，水样收集器和冷阱分别套有低温冷冻杯。

与水样收集器和冷阱连通的导管外缠有电热带，电热带与电源相连。

真空规的管壁外缠有电热带，电热带与电源相连。

所述低温冷冻杯为液氮杯。

水样收集器的进气端和出气端分别与导管熔接。

冷阱的进气端和出气端分别与导管熔接。

真空规的接入端和与其相连的导管熔接。

由以上技术方案可知，本装置是通过在真空条件下低温冷冻实现水分子的完全转移。利用真空泵实现真空条件，加热装置实现高温状态，为难释水物体中水的快速和完全释放提供了可能。在真空条件下，液态水产生的蒸汽压力将爆破被封闭的水，使其以水蒸汽的形式从样品中释出，在持续高温真空状态下，液态水分子将加速蒸发，避免了环境水蒸汽的污染。在对样品瓶抽真空的过程中，由于真空泵的抽吸作用，水分子会从样品瓶中经真空泵逃逸出去，这样就会造成样品的同位素分馏，冷阱及其低温冷冻杯可以强力束缚住真空泵抽吸过来的水分子，保证了水分子不被真空系统抽走，有利于水分的完全转移和收集，也将水样中的盐分保留下来，从而实现样品水分子转移过程中的“零损失”，避免了同位素分馏。为了保证整个系统的真空状态，以及避免由于真空泵的持续抽吸而导致水分子丢失，在样品瓶和水样收集器之间设置活塞A，实现了分开样品和真空系统的功能，避免了空气中水分子的混入，在冷阱和真空泵之间设置活塞B，实现了整个装置的持续封闭真空状态。真空测量装置指示了整个装置的真空程度，只有在一定的真空度下，水分子才能完全转移到套有低温冷冻杯的水样收集器中。采用电热带对整个装置进行加热，可以避免水分子吸附在装置内壁上，进一步保证水分子完全被套有低温冷冻杯的水样收集器收集。

因此，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的同位素水样提取与提纯装置能够从低渗透性岩土层、生物体等难释水物体中获得足量和无同位素分馏的水样，对高盐度水样进行去盐处理时不会引起水样的同位素分馏，在提取和提纯过程中，避免了水蒸汽的散失和大气中水蒸汽的混入，实现水的完全转移，保证了提取程度和效率，对难释水物体中和高盐度水样中水的H、O同位素组成的准确测试具有重要的意义。本发明装置可以广泛应用于高校、科研院所、工矿企业等的科学研究和生产。

附图说明

图1为本发明的同位素水样提取与提纯装置的结构示意图，图中，1：样品瓶；2：加热装置；3：橡皮塞；4：活塞A；5：水样收集器；6：冷阱；7：活塞B；8：真空泵；9：真空计；10：真空规；11：低温冷冻杯；12：导管；13：电热带。