[发明专利]一种碳酸盐耦合同位素分析所需二氧化碳气体制备的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳气体制备的方法，尤其涉及一种碳酸盐耦合同位素分析所需二氧化碳气体制备的方法。

背景技术

近年来，碳酸盐耦合同位素(¹³C-¹⁸O键的丰度，记作Δ47)已经成为精确重建地质历史时期温度变化的一个有效手段，并得到了广泛的应用。

在碳酸盐Δ47分析时，人们通常采用传统磷酸法从碳酸盐中制备二氧化碳气体，并测定它的耦合同位素。

传统的磷酸法制备系统是一套带有密封油脂的玻璃真空系统，用于碳酸盐样品中二氧化碳的制备、纯化和收集(如图1所示)。

样品制备的主要流程如下：

(1)碳酸盐与磷酸反应：首先，将碳酸盐样品粉末和100％正磷酸分别装入“Y”型分支管的两个分支，并把“Y”型分支管与油脂密封阀连接构成一个密闭容器。其次，将密闭容器接到真空系统上抽真空，待真空度达到要求后关闭阀门，把反应容器取下。最后，将支管倾斜使磷酸缓缓注入装有样品的另一支管中，放入25℃水浴中反应过夜(一般16小时)；

(2)二氧化碳气体的分离与收集：首先，将密闭容器再次接到真空系统上，用液氮把反应产生的二氧化碳收集到玻璃冷阱中，然后将液氮更换为-77.8℃的冷液(干冰与乙醇混合液)冻住水而释放二氧化碳，最后用液氮将二氧化碳收集到样品管中；

(3)二氧化碳气体的提纯：由于具有同位素自然丰度的二氧化碳中质量数为47的分子非常少(仅为几十个ppm)，所以精确的Δ47测定需要去除来自某些有机化合物(如烃类和卤代烃类)的同质异位素干扰，为此二氧化碳的进一步提纯显得尤为重要。通用的提纯方法是首先将二氧化碳气体在He气的带动下以2ml/min的流速通过30米长、内径为530μm的气相色谱填充柱(填料为多孔二乙烯基苯聚合物)，温度保持在-10℃，然后用液氮重新将二氧化碳收集到U形玻璃冷阱中，最后将U形玻璃冷阱接到真空系统上，用液氮冷冻并抽走He气，随后用液氮将提纯后的二氧化碳收集到样品管中，待上机测试。

以上现有的二氧化碳气体真空制备系统存在以下缺点：

第一，由于反应容器带真空油脂，只能用于低温(如25℃)下的反应制备过程，反应时间较长(一般16小时)，容易造成二氧化碳与容器内痕量水之间氧同位素交换，从而影响Δ47值的准确性；

第二，整个制备系统都使用真空油脂阀门，由于油脂中的某些有机烃类化合物也具有m/z＝47的质量数，会干扰碳酸盐Δ47的测定；

第三，每次样品制备完成后，都需要对反应容器各部位的真空油脂进行擦拭和清洗，同时，也需要定期对整个制备系统各阀门的油脂进行更换，过程繁琐，浪费时间。

发明内容

本发明针对现有技术的弊端，提供一种碳酸盐耦合同位素分析所需二氧化碳气体制备的方法。

本发明所述的碳酸盐耦合同位素分析所需二氧化碳气体制备的方法，使用如下制备系统并包括如下步骤：

其中，所述制备系统为一种碳酸盐耦合同位素分析所需二氧化碳气体的制备系统，包括反应单元、纯化单元、收集单元、以及抽真空单元；

所述反应单元、纯化单元、和收集单元通过管线依次顺序连接设置，且所述反应单元、纯化单元、收集单元均分别与所述抽真空单元连接；

在所述反应单元与所述纯化单元之间设置有第四无油脂真空密封阀；

在所述纯化单元与所述收集单元之间设置有第六无油脂真空密封阀；

在所述反应单元与所述抽真空单元之间设置有第一无油脂真空密封阀；

在所述纯化单元与所述抽真空单元之间设置有第二无油脂真空密封阀；

在所述收集单元与所述抽真空单元之间设置有第三无油脂真空密封阀；

其中，所述反应单元包括至少一个用于生成二氧化碳气体的二氧化碳气体反应发生装置；

所述纯化单元包括用于冷冻收集所述二氧化碳气体反应发生装置所产生的二氧化碳气体和去除所述二氧化碳气体中含有的水分及有机烃类杂质的冷阱组件；所述冷阱组件包括通过管线依次顺序连接设置的第一环形冷阱、填充柱冷阱、和第二环形冷阱；在所述填充柱冷阱中设置有长度为15厘米、80～100目的Porapak Q二乙烯基苯聚合物填料；

其中，所述第一环形冷阱与所述反应单元之间设置有第四无油脂真空密封阀；

所述填充柱冷阱与所述第二环形冷阱之间设置有第五无油脂真空密封阀；

所述第二环形冷阱与所述收集单元之间设置有第六无油脂真空密封阀；