水中碳同位素取样方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种水中碳同位素取样方法和装置，该方法包括：步骤1：在取样瓶中注满用于取样的地下水并在水下用硅胶隔膜塞密封所述取样瓶；步骤2：通过所述硅胶隔膜塞将碱溶液和用于碳酸盐沉淀的溶液依次注入所述取样瓶底部，同时从所述取样瓶上部抽出等体积的地下水，将所述取样瓶内液体充分混匀，然后静置，使沉淀物沉积到所述取样瓶底部；步骤3：通过所述硅胶隔膜塞将所述取样瓶中的上清液抽出，留下沉淀物，同时注入与所抽出的上清液等体积的氮气；步骤4：冷冻所述取样瓶至所述沉淀物冻结，然后打开所述硅胶隔膜塞，将所述取样瓶放入冷冻干燥机中干燥，直到形成固体粉末。
【专利说明】
水中碳同位素取样方法及装置
技术领域
[0001]本发明涉及碳同位素取样领域，特别涉及一种水中碳同位素取样方法及装置。
【背景技术】
[0002]水中的无机碳以CO2、HC03、H2C03、C03形式存在，14C是碳元素的放射性同位素，测量其在地下水中的活度，可以确定地下水的年龄。14C测定年代法是研究地下水形成历史与演化规律的一种有效方法。这种方法在水文地质学、水文学等学科研究中的应用愈来愈广泛，其取样技术是该法成功应用的关键。目前国际上的取样方法是IAEA(国际原子能机构)提供的，中国地质调查局根据IAEA的方法在《环境同位素调查方案设计与样品采集技术要求(GW1-B3)》中提到了 C同位素的取样方法，专利ZL201020128173.9根据IAEA的方法，改进了取样装置。但这些技术均适用于传统的辐射测试法，其特点是取样量大(需要2.5g碳)，取样过程不能避免与空气中CO2的接触，对原水样造成污染。
[0003]实际上，随着C同位素测量技术的发展，采用加速器质谱仪测量也已成为一种可行的方法，该方法所需的C质量仅l-5mg，是辐射测试法的1/500甚至更少，上述现有技术相对于这一需求不仅存在采样量太大、时间太长的问题，而且其不能避免与空气接触的缺点对这种微量样品所带来的干扰和误差也会相对大大增加。
[0004]公开于该【背景技术】部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息已构成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种水中碳同位素取样方法和装置，能够从水中快速提取少量碳同位素，并在取样过程中避免与空气的接触。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种水中碳同位素取样方法，包括以下步骤:
[0007]步骤1:在取样瓶中注满用于取样的地下水并在水下用硅胶隔膜塞密封所述取样瓶；
[0008]步骤2:通过所述硅胶隔膜塞将碱溶液和用于碳酸盐沉淀的溶液依次注入所述取样瓶底部，同时从所述取样瓶上部抽出等体积的地下水，将所述取样瓶内液体充分混匀，然后静置，使沉淀物沉积到所述取样瓶底部；
[0009]步骤3:通过所述硅胶隔膜塞将所述取样瓶中的上清液抽出，留下沉淀物，同时注入与所抽出的上清液等体积的氮气；
[0010]步骤4:冷冻所述取样瓶至所述沉淀物冻结，然后打开所述硅胶隔膜塞，将所述取样瓶放入冷冻干燥机中干燥，直到形成固体粉末。
[0011]优选地，所述步骤I包括以下步骤:
[0012]把空的所述取样瓶及硅胶隔膜塞放进储液容器中，所述储液容器的高度大于所述取样瓶的高度；
[0013]用于取样的地下水经过管子通入所述取样瓶，当所述储液容器注满所述地下水并溢流后，从所述取样瓶中取出所述管子；
[0014]在地下水中用所述硅胶隔膜塞盖紧所述取样瓶，然后从地下水中取出所述取样瓶。
[0015]优选地，所述步骤2包括以下步骤:
[0016]将第一注射器排空，并通过所述硅胶隔膜塞插入所述取样瓶上部；
[0017]将第二注射器通过所述硅胶隔膜塞插入所述取样瓶底部，并注入NaOH/KOH溶液，然后拔出所述第二注射器；
[0018]将所述第二注射器通过所述硅胶隔膜塞插入所述取样瓶底部，并注入SrCl2溶液；
[0019]同时拔出所述第一注射器和第二注射器，摇匀所述取样瓶，静置，使沉淀物沉积到所述取样瓶底部。
[0020]优选地，所述步骤3包括以下步骤:
[0021]用第三注射器吸入至少与所述取样瓶的容积相当的氮气，将所述第三注射器通过所述硅胶隔膜塞插入所述取样瓶上部；
[0022]将第四注射器通过所述硅胶隔膜塞插入所述取样瓶，抽出所述取样瓶中的上清液，留下沉淀物，然后拔出所述第三注射器和第四注射器。
[0023 ] 优选地，所述NaOH/KOH溶液的浓度为8_12mo I/L。
[0024]优选地，当所述储液容器注满所述地下水并溢流超过3分钟后，从所述取样瓶中取出所述管子。
[0025]本发明的另一方面提供一种水中碳同位素取样装置，包括:
[0026]储液容器，用于容纳用于取样的地下水；
[0027]取样瓶，所述取样瓶的高度小于所述储液容器的高度，且能够置于所述储液容器中；
[0028]管子，能够插入所述取样瓶中，用于将所述地下水导入所述取样瓶；
[0029]硅胶隔膜塞，用于密封所述取样瓶；
[0030]四个注射器，包括第一注射器、第二注射器、第三注射器和第四注射器，所述四个注射器用于在所述硅胶隔膜塞密封所述取样瓶时，通过所述硅胶隔膜塞插入所述取样瓶。[0031 ]优选地，所述取样瓶的容积为50-200ml。
[0032]优选地，所述硅胶隔膜塞与所述取样瓶带有相互匹配的螺纹。
[0033]优选地，所述取样瓶是圆底离心管。
[0034]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:该取样方法有效阻止了空气中0)2对水样的污染，提高了从水中提取少量碳同位素样品的快速性和准确性，适用于采用加速器质谱仪法检测碳同位素，且需要的试验器材少，野外携带方便，便于操作。
[0035]本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施例中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施例中进行详细陈述，这些附图和具体实施例共同用于解释本发明的特定原理。
【附图说明】
[0036]图1是根据示例性实施例的水中碳同位素取样方法的步骤I的操作示意图；
[0037]图2是根据示例性实施例的水中碳同位素取样方法的步骤2的操作示意图；
[0038]图3是根据示例性实施例的水中碳同位素取样方法的步骤3的操作示意图。
[0039]主要附图标记说明:
[0040]11储液容器，12取样瓶，13导水管，14硅胶隔膜塞，21小规格注射器，22小规格注射器，31大规格注射器，3 2大规格注射器。
【具体实施方式】
[0041]下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0042]除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
[0043]本公开提出一种水中碳同位素取样的方法。该方法采用的原理与IAEA提供的方法相同，即对所采集的水样进行重碳酸盐滴定后进行碳同位素沉淀，而后提取出沉淀物。为了适应取样量大幅减少这一特点，本发明对取样所用的容器和方法进行了调整，通过利用硅胶隔膜塞和注射器注入及抽取溶液，保证了取样的快速性，并解决了 IAEA提供的方法在取样过程中样本容易受到空气污染的问题。
[0044]根据本发明的示例性实施例的水中碳同位素取样方法，包括以下步骤:
[0045]步骤1:在取样瓶中注满用于取样的地下水并在水下用硅胶隔膜塞密封取样瓶；
[0046]步骤2:通过硅胶隔膜塞将碱溶液和用于碳酸盐沉淀的溶液依次注入取样瓶底部，同时从取样瓶上部抽出等体积的地下水，将取样瓶内液体充分混匀，然后静置，使沉淀物沉积到取样瓶底部；
[0047]步骤3:通过硅胶隔膜塞将取样瓶中的上清液抽出，留下沉淀物，同时注入与所抽出的上清液等体积的氮气；
[0048]步骤4:冷冻取样瓶至所述沉淀物冻结，然后打开硅胶隔膜塞，将取样瓶放入冷冻干燥机中干燥，直到形成固体粉末。
[0049]根据示例性实施例的水中碳同位素取样方法在水下用硅胶隔膜塞密封取样瓶，通过硅胶隔膜塞进行气体和液体的注入和抽出，并在液体抽出后采用氮气充填取样瓶，从而有效阻止了空气中CO2对水样的污染，提高了从水中提取少量碳同位素样品的快速性和准确性。
[0050]作为优选方案，步骤I的具体步骤包括:
[0051]把空的取样瓶及硅胶隔膜塞放进储液容器中，储液容器的高度大于取样瓶的高度；
[0052]用于取样的地下水经过管子通入取样瓶，当储液容器注满地下水并溢流后，从取样瓶中取出管子；
[0053]在地下水中用硅胶隔膜塞盖紧取样瓶，然后从水中取出取样瓶。
[0054]在储液容器中经过管子向取样瓶内注入地下水，直到储液容器溢流后才停止注入，这样能够防止空气中的CO2进入取样瓶中。
[0055]作为优选方案，步骤2的具体步骤包括:
[0056]将第一注射器排空，并通过硅胶隔膜塞插入取样瓶上部；
[0057]将第二注射器通过硅胶隔膜塞插入取样瓶底部，并注入NaOH/KOH溶液，然后拔出第二注射器；
[0058]将第二注射器通过硅胶隔膜塞插入取样瓶底部，并注入SrCl2溶液；
[0059]同时拔出第一注射器和第二注射器，摇匀取样瓶，静置，使沉淀物沉积到所述取样瓶底部。
[0060]使用第二注射器通过硅胶隔膜塞向取样瓶内注入反应用溶液，同时通过第一注射器抽出等量的水，注射器的使用可以进一步防止空气中的CO2进入取样瓶中。
[0061]作为优选方案，步骤3的具体步骤包括:
[0062]用第三注射器吸入至少与取样瓶的容积相当的氮气，将第三注射器通过硅胶隔膜塞插入取样瓶上部；
[0063]将第四注射器通过硅胶隔膜塞插入取样瓶，抽出取样瓶中的上清液，留下沉淀物，然后拔出第三注射器和第四注射器。
[0064]在通过第四注射器抽出取样瓶中的上清液时，第三注射器内的氮气会在负压的作用下进入取样瓶，从而防止空气的进入。第三注射器吸入的氮气的体积与取样瓶的容积相当即可，可略大于取样瓶的容积。
[0065]作为优选方案，NaOH/KOH溶液的浓度为8-12mol/L。
[0066]作为优选方案，当储液容器注满地下水并溢流超过3分钟后，从取样瓶中取出管子。较长的溢流时间能够保证充分排出取样瓶中的空气。
[0067]实际应用本发明提供的取样方法时，取水量的多少可以根据需求确定，并相应确定取样瓶的容积、注射器及针头的规格、注入的NaOH溶液的浓度和体积、以及SrCl2溶液的量。
[0068]以取水量10ml为例，参考图1-3，对本发明提供的水中碳同位素取样方法的使用进一步详细说明如下:
[0069]1、如图1所示，把容积为10ml的取样瓶12及硅胶隔膜塞14放入到储液容器11中，储液容器11为圆柱形小水桶，直径20cm，高1cm，材料为聚乙烯。把导水管13—端伸入到取样瓶12底部，一端连接到水源，地下水进入到取样瓶12中，当取样瓶12充满水，水从取样瓶12流出进入储液容器11，直到储液容器11中的水满，溢流3分钟后，从取样瓶12中取出导水管13，用硅胶隔膜塞14在水下把取样瓶12盖紧密封，从水中取出取样瓶12。
[0070]2、如图2所示，把配有短针头(针头长13_)的小规格注射器21(5ml注射器)推到最底部，针头通过硅胶隔膜塞14插入取样瓶12中，深度为刚过水面。配有长针头(针头长61.5mm)的小规格注射器22(5ml注射器)针头通过硅胶隔膜塞14插入取样瓶12底部，注入lOmol/L的NaOH溶液lml，然后拔出；接下来，注射器22针头通过硅胶隔膜塞14插入取样瓶12底部，注入饱和SrCl2溶液3ml。取样瓶12中多余的水量会排到注射器21中，同时拔下注射器21和22。摇匀取样瓶3分钟，静置，SrCO3固体逐渐生成，并沉淀到取样瓶12底部。把取样瓶12带回实验室。
[0071]3、如图3所示，在实验室，用配有短针头(针头长13_)的大规格注射器31(100ml注射器)吸入氮气100ml，针头通过硅胶隔膜塞14插入取样瓶12上部；配有长针头(针头长61.5mm)的大规格注射器32(100ml注射器)针头通过硅胶隔膜塞14插入取样瓶12中的SrCO3固体的上部，将取样瓶12中的上清液抽出，只留下沉淀的SrCO3固体在取样瓶12中。在注射器32抽出上清液的过程中，由于负压的作用，注射器31中的氮气会进入到取样瓶12中。抽完后，拔出注射器32和31。
[0072]4、把取样瓶12放到冰箱中冷冻24小时，然后把硅胶隔膜塞14打开，迅速放到冷冻干燥机中干燥，直到干燥完毕，形成固体粉末。
[0073]本实施例的取样方法有效阻止了空气中CO2对原水样的污染，提高了从地下水中提取少量碳同位素样品时的快速性和准确性，适用于采用加速器质谱仪检测碳同位素，且所需的试验器材组成简单，野外携带方便，便于操作。
[0074]本发明的示例性实施例还提供一种水中碳同位素取样装置，包括:
[0075]储液容器，用于容纳用于取样的地下水；
[0076]取样瓶，取样瓶的高度小于储液容器的高度，且能够置于储液容器中；
[0077]管子，能够插入取样瓶中，用于将地下水导入取样瓶；
[0078]硅胶隔膜塞，用于密封取样瓶；
[0079]四个注射器，包括第一注射器、第二注射器、第三注射器和第四注射器，四个注射器用于在硅胶隔膜塞密封取样瓶时，通过硅胶隔膜塞插入取样瓶。
[0080]作为优选方案，取样瓶的容积为50-200ml。
[0081]作为优选方案，硅胶隔膜塞与取样瓶带有相互匹配的螺纹，从而硅胶隔膜塞能够通过螺纹紧固至取样瓶。
[0082]作为优选方案，取样瓶的容积为50_200ml，
[0083]作为优选方案，取样瓶是圆底离心管，取样瓶和储液容器由聚乙烯制成。
[0084]以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
【主权项】
1.一种水中碳同位素取样方法，包括以下步骤: 步骤1:在取样瓶中注满用于取样的地下水并在水下用硅胶隔膜塞密封所述取样瓶；步骤2:通过所述硅胶隔膜塞将碱溶液和用于碳酸盐沉淀的溶液依次注入所述取样瓶底部，同时从所述取样瓶上部抽出等体积的地下水，将所述取样瓶内液体充分混匀，然后静置，使沉淀物沉积到所述取样瓶底部； 步骤3:通过所述硅胶隔膜塞将所述取样瓶中的上清液抽出，留下沉淀物，同时注入与所抽出的上清液等体积的氮气； 步骤4:冷冻所述取样瓶至所述沉淀物冻结，然后打开所述硅胶隔膜塞，将所述取样瓶放入冷冻干燥机中干燥，直到形成固体粉末。2.根据权利要求1所述的水中碳同位素取样方法，其中所述步骤I包括以下步骤: 把空的所述取样瓶及硅胶隔膜塞放进储液容器中，所述储液容器的高度大于所述取样瓶的高度； 用于取样的地下水经过管子通入所述取样瓶，当所述储液容器注满所述地下水并溢流后，从所述取样瓶中取出所述管子； 在地下水中用所述硅胶隔膜塞盖紧所述取样瓶，然后从地下水中取出所述取样瓶。3.根据权利要求2所述的水中碳同位素取样方法，其中所述步骤2包括以下步骤: 将第一注射器排空，并通过所述硅胶隔膜塞插入所述取样瓶上部； 将第二注射器通过所述硅胶隔膜塞插入所述取样瓶底部，并注入NaOH/KOH溶液，然后拔出所述第二注射器； 将所述第二注射器通过所述硅胶隔膜塞插入所述取样瓶底部，并注入SrCl2溶液； 同时拔出所述第一注射器和第二注射器，摇匀所述取样瓶，静置，使沉淀物沉积到所述取样瓶底部。4.根据权利要求3所述的水中碳同位素取样方法，其中所述步骤3包括以下步骤: 用第三注射器吸入至少与所述取样瓶的容积相当的氮气，将所述第三注射器通过所述硅胶隔膜塞插入所述取样瓶上部； 将第四注射器通过所述硅胶隔膜塞插入所述取样瓶，抽出所述取样瓶中的上清液，留下沉淀物，然后拔出所述第三注射器和第四注射器。5.根据权利要求3所述的水中碳同位素取样方法，其中所述NaOH/KOH溶液的浓度为8-12mol/L。6.根据权利要求2所述的水中碳同位素取样方法，其中当所述储液容器注满所述地下水并溢流超过3分钟后，从所述取样瓶中取出所述管子。7.—种水中碳同位素取样装置，包括: 储液容器，用于容纳用于取样的地下水； 取样瓶，所述取样瓶的高度小于所述储液容器的高度，且能够置于所述储液容器中； 管子，能够插入所述取样瓶中，用于将所述地下水导入所述取样瓶； 硅胶隔膜塞，用于密封所述取样瓶； 四个注射器，包括第一注射器、第二注射器、第三注射器和第四注射器，所述四个注射器用于在所述硅胶隔膜塞密封所述取样瓶时，通过所述硅胶隔膜塞插入所述取样瓶。8.根据权利要求1所述的水中碳同位素取样装置，其中所述取样瓶的容积为50-200ml。9.根据权利要求1所述的水中碳同位素取样装置，其中所述硅胶隔膜塞与所述取样瓶带有相互匹配的螺纹。10.根据权利要求1所述的水中碳同位素取样装置，其中所述取样瓶是圆底离心管。
【文档编号】G01N27/62GK106053124SQ201610552163
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月13日
【发明人】杨丽虎, 宋献方
【申请人】中国科学院地理科学与资源研究所