地下水—氢稳定同位素氘的测定—金属锌还原法1

FHZDZDXS0099 地下水氢稳定同位素氘的测定金属锌还原法

F-HZ-DZ-DXS-0099

地下水—氢稳定同位素氘的测定—金属锌还原法

1 范围

本方法适用于微升量级水样中氘的测定。

本法精度为±1‰。

2 原理

在400℃～420℃温度时，金属锌将水中氢还原为氢气。所得氢气在低温（液氮）下被活性炭吸附后，再升温到室温，放出氢气并转移到气样管中。在质谱计上测定D/H比值，进而得出δD值。

3 试剂

3.1 金属锌蜂窝状无砷锌粒，分析纯。

3.2 液氮。

3.3 活性炭。

4 仪器设备

4.1 气体质谱计。

4.2 质谱气样制备装置。

5 试样制备

5.1 试样的采集：取100mL水样于硬质玻璃瓶中（尽量注满，不留空隙），密封，送实验室测定。

5.2 对于矿化度高的水样，必须预先进行真空蒸馏以消除盐份对测定结果的影响。

6 操作步骤

6.1 气样的制备

6.1.1 将制样系统（图1）抽真空至10-2Pa，加热丝加热到100℃，锌反应炉加热到400℃。

图1 锌还原法制氢装置示意图

1～6、15——活塞；7——接真空泵；8——进样口；9——冷阱A；10——锌反应炉；11——冷阱B；12——活

性炭吸收炉；13——气样管；14——压力计。

注：锌反应炉的温度必须控制在400℃～420℃之间，温度过高，锌被熔化而堵塞反应炉中间的毛细管，使实验失败；温度过低，则反应不完全。

6.1.2 关闭活塞（1）和（3），在冷阱A （9）处套上液氮杯，用微量注射器从进样口（8）注入4.0mL 水样（或标样）。水样被迅速冷冻到冷阱A （9）中。5min 后关闭活塞（2）。

6.1.3 打开活塞（1），抽真空1min ，抽去进样时带入的杂气。关闭活塞（1）。

6.1.4 将液氮杯移至冷阱B （11）。加热冷阱A （9），使水样气化并进入锌反应炉（10）中。水蒸汽在400℃时与金属锌反应生成氢气。未反应的水被冷冻到冷阱B （11）中。5min 后，再将冷阱B （11）的液氮杯移到冷阱A （9）上，加热冷阱B （11），使未反应的水再次进入反应炉

（10）中与锌反应。如此重复以上操作，直到水样完全反应。一般需30min 。

注：制样成败的关键在于水样要100%转化，即使有极少量的水样未完全反应也不能得到满意的结果。

6.1.5 关闭活塞（4）、（5），在活性炭吸收炉（12）上套上液氮杯，打开活塞（3），使生成的氢气在低温下被活性炭吸收（活性炭使用前要加热脱气）。7min 后，打开活塞（4），用热偶真空计检查真空回收度，借以估计产率。关闭活塞（3）、（4）、（6），打开活塞（5），移去液氮杯，加热活性炭吸收炉（12）至室温，使氢气扩散到气样管（13）中。平衡10min ，关闭活塞（5）和气样管活塞（15）。取下气样管（13）送质谱计测定。

6.2 质谱测定

将制备好的标准和样品的氢气样输入质谱计测定D/H 值，并得到经过3H 校正的δD 值。

δD （‰）=

()()()1000///×−标准标准样品H D H D H D R R R (1)

7 结果计算 质谱计输出的δD 值即为测试结果。

如果测试中所用的标准不是国际通用标准（V-SMOW δD =0‰），而是实验室工作标准时，则应换算成对SMOW 的δD 值。

3212110/−××++=δδδδδSMOW D 样品 (2)

式（2）中：

SMOW D /样品δ——样品对SMOW 的D δ值；

1δ——样品对工作标准的D δ值；

2δ——工作标准对SMOW 的D δ值。

8 参考文献

[1] 中华人民共和国地质矿产行业标准. DZ/T. 0064. 78-93，地下水质检验方法. 金属锌还原法

测定氘[S]. 北京：中国标准出版社. 1996，225-227.

[2] 地下水标准检验方法[J]. 地质实验室. 1988，4（增刊）：153-155.