1.巖石礦物流體包裹體中稀有氣體同位素組成分析
(1)樣品要求:a.選擇對(duì)稀有氣體(特別是擴(kuò)散性極強(qiáng)的氦氣)保存性理想的礦物進(jìn)行分析,一般選擇黃鐵礦、黃銅礦等硫化物或者全巖類(lèi)樣品,而對(duì)于方解石、石英或者螢石等透明礦物稀有氣體,氦氣很可能在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史過(guò)程中已經(jīng)擴(kuò)散殆盡,不建議將這些礦物作為分析對(duì)象;b.樣品粒徑:d>0.25mm(60目);c.送樣量:~1g。
(2)樣品預(yù)處理:將樣品依次用乙醇、去離子水和丙酮超聲清洗,除去樣品表面吸附的雜質(zhì),并將其在70℃烘干。烘干后,稱(chēng)取一定質(zhì)量的樣品,放入真空壓碎裝置內(nèi),將壓碎裝置全金屬密封后在180℃條件下真空去氣48h,充分去除樣品表面的吸附氣體,以備測(cè)試。
(3)分析步驟:樣品測(cè)試前,首先測(cè)試全流程靜態(tài)本底,滿(mǎn)足要求后,單次靜壓壓碎樣品,提取樣品流體包裹體中的氣體,氣體依次經(jīng)過(guò)套有U型冷阱,兩級(jí)吸氣劑(Zr-Al合金)泵純化去除活性氣體(O2,N2,CO2,CxHy...),采用低溫冷泵分離稀有氣體,依次進(jìn)入質(zhì)譜儀進(jìn)行同位素組成的測(cè)試。測(cè)試結(jié)果經(jīng)過(guò)本底扣除、質(zhì)量歧視校正,計(jì)算獲得樣品流體包裹體中各稀有氣體同位素的組成。
由于單次靜壓法并不能保證樣品中流體包裹體內(nèi)的稀有氣體全部釋放,因此流體包裹體內(nèi)稀有氣體的含量無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定。
2.水樣中溶解性稀有氣體同位素組成分析
1)采樣方法:水樣的采樣過(guò)程是水中溶解稀有氣體同位素準(zhǔn)確分析的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。采樣過(guò)程應(yīng)注意以下兩點(diǎn):a.應(yīng)嚴(yán)格避免采樣后樣品中有氣泡的存在,由于稀有氣體在水中的溶解度較低,即使混入很少量的氣體,也會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成嚴(yán)重的影響;b.應(yīng)盡量避免采用普通玻璃容器采樣,普通玻璃容器對(duì)氦的保存性差,不易長(zhǎng)時(shí)間存放。目前多數(shù)實(shí)驗(yàn)室采用銅管采樣,水樣充滿(mǎn)銅管后,用特制的鋁夾子將銅管兩端夾住使銅管緊密貼合而密封,本實(shí)驗(yàn)室同樣采用銅管采樣,但是用特制的液壓鉗將銅管兩端夾斷形成可靠的密封,密封方式更加可靠、簡(jiǎn)單。
(2)分析步驟:水中溶解稀有氣體的提取、純化及分析系統(tǒng)。水樣密封在銅管內(nèi),在真空條件下將銅管壓裂釋放水樣,稀有氣體及其它溶解性氣體從水中析出,用分子篩干燥劑除去水蒸氣,用鋯鋁泵吸附去除氧氣、氮?dú)獾然钚詺怏w,根據(jù)稀有氣體不同的凝固點(diǎn)可燃?xì)怏w檢測(cè)儀,采用溫度分離法對(duì)五種稀有氣體依次分離,利用稀有氣體質(zhì)譜儀對(duì)其含量及同位素組成進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果經(jīng)過(guò)本底扣除、質(zhì)量歧視校正,計(jì)算獲得樣品流體包裹體中各稀有氣體同位素的組成。水中溶解性氣體含量的測(cè)試采用“峰高比較法”,由于稀有氣體在水中的含量由溫度(T)、大氣壓力(P)及鹽度(S)決定甲苯檢測(cè)儀,在特定溫度和壓力條件下,利用去離子水,配置成的空氣飽和水中的各個(gè)稀有氣體含量是恒定的,通過(guò)測(cè)試一定質(zhì)量的空氣飽和水,即可獲得單位質(zhì)量空氣飽和水中各個(gè)稀有氣體的信號(hào)強(qiáng)度值,通過(guò)與實(shí)際單位質(zhì)量樣品中各個(gè)稀有氣體信號(hào)強(qiáng)度值比較,可計(jì)算實(shí)際樣品中各個(gè)稀有氣體的含量。
#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#3.氣體樣品中溶解性稀有氣體同位素組成分析
(1)采樣方法:目前,利用排水法收集氣體最為普遍,但是,此方法存在幾個(gè)問(wèn)題:a.集氣瓶對(duì)于He的保存性較差,樣品不能長(zhǎng)時(shí)間保存;b.樣品運(yùn)輸過(guò)程中,樣品瓶難以保證為倒置狀態(tài),使得樣品的密封存在問(wèn)題;c.氣體樣品轉(zhuǎn)移至實(shí)驗(yàn)室氣體純化系統(tǒng)可能會(huì)造成污染。針對(duì)以上問(wèn)題,本實(shí)驗(yàn)室采用正壓集氣、銅管密封方式采集樣品,這種方法操作簡(jiǎn)單,氣體保存性好,尤其是對(duì)于擴(kuò)散性較強(qiáng)的He氣,其漏率低于1.0E-09ml/yr。針對(duì)采樣銅管設(shè)計(jì)的真空壓裂器,可以將氣體順利地引入到純化系統(tǒng)以備測(cè)試。
(2)分析步驟:由于Ar的含量高于其他稀有氣體數(shù)個(gè)量級(jí),且Ar、Kr和Xe釋放溫度曲線有部分重疊難以完全分開(kāi),因此氣體樣品分析純化系統(tǒng)設(shè)計(jì)為雙路,其中一路用來(lái)測(cè)定He和Ne,另一路用來(lái)測(cè)定Ar、Kr和Xe,且Ar、Kr、Xe不分離而直接進(jìn)入質(zhì)譜測(cè)試。
分析過(guò)程:采樣銅管用酒精擦拭清洗干凈,放入銅管壓裂器內(nèi),壓裂器密封后通過(guò)Untra-torr接頭與樣品純化系統(tǒng)(圖9)密封連接,采用洛倫茨干泵抽真空至小于0.1Pa,關(guān)閉真空泵閥門(mén),壓裂銅管釋放氣體,并采用電容規(guī)(測(cè)試壓力范圍20Pa-20000Pa,測(cè)試精度為讀數(shù)的0.25%)記錄氣體壓力。
a.He、Ne同位素組成分析:壓裂器壓裂銅管釋放氣體,氣體經(jīng)過(guò)套有乙醇-干冰的U型冷阱除去水分進(jìn)入系統(tǒng),記錄氣體的壓力。通過(guò)小體積容器定量截取0.1cc氣體,進(jìn)入純化系統(tǒng),依次經(jīng)過(guò)套有液氮活性炭冷阱和二組吸氣劑泵純化,吸附除He、Ne以外所有的氣體。將低溫冷泵調(diào)至9K,吸附Ne氣,He擴(kuò)散至稀有氣體質(zhì)譜儀,采用同時(shí)接收的方式測(cè)定氦同位素組成。He同位素測(cè)試結(jié)束后,將低溫冷泵溫度升至20K,釋放Ne氣進(jìn)入質(zhì)譜,“跳峰”的方式測(cè)定Ne同位素組成。測(cè)試結(jié)果經(jīng)過(guò)本底扣除、質(zhì)量歧視校正,計(jì)算獲得樣品中各He和Ne的同位素組成。
b.Ar、Kr和Xe同位素組成分析:通過(guò)小體積容器定量截取0.1cc氣體,并在進(jìn)入純化系統(tǒng)前稀有氣體,采用稀釋罐進(jìn)行稀釋?zhuān)♂屵^(guò)后再次截取0.1cc氣體,進(jìn)入純化系統(tǒng),依次采用未裝有活性炭的不銹鋼冷指和吸氣劑泵純化,然后采用活性炭冷指冷凍Ar、Kr、Xe及少量的活性氣體,分子泵組抽走He和Ne。加熱活性炭冷指至450K稀有氣體,釋放Ar、Kr、Xe進(jìn)入質(zhì)譜,采用“跳峰”的方式對(duì)Ar同位素進(jìn)行測(cè)試,其中40Ar和36Ar采用法拉第杯檢測(cè),而38Ar采用電子倍增器檢測(cè)。Kr和Xe的同位素組成測(cè)試的純化步驟與Ar同位素一致,即分兩次截取稀釋罐內(nèi)的氣體樣品,獲得純的Ar、Kr、Xe擴(kuò)散進(jìn)入質(zhì)譜,但分別采用Kr和Xe的測(cè)試參數(shù),采用“跳峰”的方式分別進(jìn)行同位素組成測(cè)試,Kr和Xe的同位素均采用電子倍增器進(jìn)行檢測(cè)。測(cè)試結(jié)果經(jīng)過(guò)本底扣除、質(zhì)量歧視校正,計(jì)算獲得樣品Ar、Kr、Xe同位素的組成。
需要說(shuō)明的是,準(zhǔn)確測(cè)定氣體壓力,是計(jì)算稀有氣體絕對(duì)含量的前提。由于氣體樣品在采集過(guò)程中,可能會(huì)混有大量的水蒸氣,造成測(cè)試獲得的氣體壓力并不真實(shí)(真空狀態(tài)下遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到水的飽和蒸汽壓,水在真空系統(tǒng)內(nèi)會(huì)迅速氣化,導(dǎo)致氣體壓力升高),因此,無(wú)法確定各個(gè)稀有氣體的絕對(duì)含量,但可以獲得各個(gè)稀有氣體之間的含量比(如4He/20Ne,3He/36Ar....)。
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