Методы изотопного анализа воды

15. Различные виды изотопного и элементного масс-спектр анализа.

ВИМС-SIMS (масс-спектрометры с двойной фокусировкой по геометрии Маттауха-Герцога); Cameca ims-4f, Cameca ims 1270, Cameca nanoSIMS, SHRIMP Ионные пучки: О^- для определения электроположительных элементов; Cs⁺ для электроотрицательных элементов; (H, C, N, O, S), выход ионов повышается в 10-1000 раз.

Алмазы: Изучали распределение изотопов углерода и азота в алмазах из трубки Мир. Воспроизводимость δ¹³С= 0,13 ‰, δ¹⁵N=1 ‰

Лазерная изотопная спектроскопия

Впервые инфракрасная спектроскопия была применена для измерения содержания дейтерия в воде в 1950 году. А в 1951 году был создан бездисперсионный инфракрасный спектрометр с фотоакустическим детектором для определения изотопного состава углерода в CO₂. Для инфракрасной спектроскопии изотопных отношений не столько важна чувствительность, сколько большой линейный диапазон и высокое соотношение сигнал-шум. В настоящее время большое развитие получила лазерная инфракрасная спектроскопия, так как лазеры (диодные) могут работать при комнатной температуре, имеют узкую ширину линии излучения 1-10 МГц. Они имеют небольшой размер, легко управляемые, обладают одномодовой структурой излучения в инфракрасной области, перестраиваемые по частоте в достаточно широком спектральном диапазоне. Они позволяют с большой точностью определять изотопный состав углерода СО₂, водорода и кислорода в Н₂О и водяном паре. По аналитическим характеристикам оптические анализаторы сравнимы с характеристиками масс-спектрометров изотопных отношений (IRMS), но существенно проще в управлении и намного дешевле. Изотопные оптические анализаторы имеют небольшую стоимость, портативны и могут быть применены в полевых условиях для мониторинга окружающей среды.

В 1988 г. были разработаны базовые принципы новой технологии под названием Cavity Ring Down Spectroscopy (CRDS) – лазерная спектроскопия по затуханию света с кольцевой многоходовойкюветой. CRDS основана на измерении времени затухания излучения в ячейке (кювете) с тремя высокоотражающими зеркалами при многократном прохождении света между ними. Ультравысокая точность измерения и низкий дрейф его характеристик делают ее идеально подходящей для атмосферным исследованиям. CRDS имеет три отличительных признака. Во-первых, CRDS обеспечивает очень большую длину пути луча лазера в оптической кювете, луч лазера проходит путь ~12 км с временем затухания ~40 мкс. Вторым отличительным признаком анализатора является измерение времени затухания, а не ослабление интенсивности излучения, как это происходит в обычной оптической абсорбционной спектроскопии. Поэтому результаты измерения концентрации поглощающего газа не зависят от флуктуаций интенсивности источника света, что особенно важно при использовании импульсных лазеров. Третья выгодная особенность анализатора на основе CRDS – это высокая разрешающая способность. Разрешение анализатора на основе CRDS составляет 0.0001 см ^-1.

Piccaro

Для измерения δ¹³С в CO₂ компанией Picarro был разработан анализатор на основе CRDS Picarro G1101-i. В силу небольших размеров анализатор легко можно перемещать, и через несколько минут после включения анализатора можно проводить измерения. Образцы не требуют пробоподготовки и удаления влаги. Линейный диапазон измерения концентрации CO₂ составляет 0-2000 ppmv, воспроизводимость определения δ¹³С (CO₂ в воздухе) равна 0,3 ‰. Для измерения δD и δ¹⁸O в воде компанией Picarro был создан анализатор на основе CRDS Picarro L1102-i. В состав анализатора входит автосемплер, с помощью которого в можно многократно вводить жидкую пробу объемом от долей до нескольких микролитров. Обычно анализируется проба воды объемом 1 мкл. Длина волны перестраиваемого диодного лазера 1392 нм. Время единичного измерения составляет 30 с, полный анализа одного образца длится 9 мин. Было проведено сравнение результатов изотопного анализа воды с использованием оптического анализатора на основе CRDS Picarro L1102-i и масс-спектрометра изотопных отношений Delta Plus XP с пиролизатором TC/EA (Thermo Fisher, Bremen, Germany). Воспроизводимости измерения величин δD и δ¹⁸O чистой воды для двух методов оказались близки и составляли ±0.5 и ±0.22‰, соответственно.

Поиск по сайту: