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ABB 水同位素分析仪加入原子能机构的“水同位素分析实验室间比对”

日期: 2020-02-20
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1 概要

国际原子能机构(IAEA)同位素水文实验室最近组织了一次水同位素比对(WICO), 以各种技术进行国际实验室天然水稳定同位素测定(δ18O和δ2H)的能力评估。ABB LGR的水同位素分析仪(TIWA)也加入了此次比对。

ABB LGR 测量了8个未知水样;IAEA 通过4个双进样口同位素比质谱仪国际标准实验室的共识,确定样品的指定同位素值,并在参与和结果报告后进行披露。TIWA的δ18O和δ2H读数分别在标准水样指定值的0.06‰和0.6‰之内,并在测量值和指定值的不确定性范围内。TIWA测量的贫化水、富集水以及盐水的δ18O和δ2H分别在指定值的0.05‰和1.2‰之内,并且在指定值的不确定性范围内。

最后,利用ABB LGR光谱污染诊断技术,确定被甲醇污染的水样。尽管污染程度很高(未经过任何预处理),但TIWA测量的δ18O和δ2H值经过校正后分别在未污染值的0.26‰和0.3‰之内。结果表明ABB LGR的TIWA可以测量各种水样,包括受污染的、贫化的、富集的水以及盐水。


2 实验方法

IAEA WICO测试包括5个核心样品和3个可选样品,这些样品均取自天然水源。样品描述如表1 所示。根据ISO13528,通过专家实验室方法的共识确定WICO样品δ18OVMSOW和δ2HVMSOW的指定值。δ18OVMSOW和δ2HVMSOW的指定值是由4个双进样口同位素比质谱仪国际标准实验室的结果建立起来的。详细信息可从IAEA的同位素水文实验室获得。

ABB 水同位素分析仪加入原子能机构的“水同位素分析实验室间比对”


ABB LGR 利用水同位素分析仪(TIWA)的液态水模式盲测WICO样品(样品同位素 值对于WICO团队以外的所有人都是未知的)。TIWA可同时测量一个水样的δ2H,δ17O 和δ18O值。根据USGS46,USGS47和USGS48标准测量了自然同位素范围中(WICO 1-5 和WICO8)的水样。贫化水样(WICO6)根据USGS46USGS47和SLAP2来测量。富集 水样(WICO7)根据USGS47,USGS48 和ABB LGR 的内部工作标准ES1来测量。


标准指定值如表2 所示。USGS 标准的δ18O 和δ2H 指定值由USGS提供,而δ17O值取自以前发表的值。SLAP2 的δ18O 和δ2H指定值由IAEA 提供,δ17O 值也取自以前发表的值。ABB/LGR 的ES1根据VSMOW2和Sercon Medium Enriched标准来测量。


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一个样品测量10次,降低了同位素值变化范围大而引起的记忆效应,提高了测量精 度。测量样品与标准样品以2:1交错进行,除盐水样品WICO8(样品和标准样品1:1交错进行,以延长注射器寿命)外,每个标准测量之间进行2次样品测量。利用此方式, 每天可以测量40-45个样品。每个WICO样品重复测量30-60次以评估TIWA 的准确性,精确性和重复性。


TIWA 输出的文件数据用ABB LGR的后分析软件来分析。光谱污染修正已集成在后分析软件中可以立即出标记处受污染样品(如下所示)。其他的改进还包括内部对照样品的测量能力、进样量(线性)校正、多种拟合方法以及已建立的LIMS系统的集成。对于WICO 分析,利用了许多新功能,包括进样量校正,校正标椎间的拟合以及内部控制监测。


3 结果

3.1 未污染水样的测量

图1显示了WICO 1的30个独立δ18O和δ2H测量结果。平均测量值非常精确,与误差线内的指定值(代表每次测量1σ的精度)非常吻合。


ABB 水同位素分析仪加入原子能机构的“水同位素分析实验室间比对”

表3总结了天然的,未受污染水(WICO1-4)的测量值。与指定值相比,TIWA测定 的δ2H,δ18O和氘盈余的精度分别为0.6‰,0.06‰和0.5‰。WICO 样品的指定δ17O值未提供,所以无法进行比较。

测量值的精度和指定值是相似的。然而,TIWA可快速的同时测量3个指标(δ2H,δ17O 和δ18O),与同位素比质谱仪相比,维护成本较低。


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3.2 WICO 5 的测量和校正

后分析软件包括光谱污染修正(SCI),之前已详细描述。SCI 可用于表征TIWA响应曲线后,标记和丢弃受污染的样品,还可用于校正光谱污染的测量值。

此过程广泛用于植物和酒样品中,后分析软件可清晰的标记WICO 5受污染的样品。 

更具体地,大的窄带度量和最小的宽带度量进一步表明污染物是甲醇。

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用先前描述的方法校正WICO 5的测量值可解决酒精污染。更具体地,将已知同位素比的天然水用甲醇污染,产生了受污染水样—WICO 5,其测得的窄带指标输出跨度相对较小。如图3所示的散点图,Y轴表示测量值与已知的δ之间的差异,X 轴表示测得的窄带度量值。δ2H和δ18O重复此步骤。数据的最佳拟合函数:此情况下为双指数。

创建的函数可以对WICO 5测得的同位素值进行计算调整。WICO 5测量多次,该函数用于每次测量,校正平均测量值得到最终的结果。对于WICO 5 δ2H,原始测量值为-100.1‰,校正以后为-114.0‰。指定值为-114.3‰。

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表4 显示了WICO 5测量的和校正后的同位素比率。尽管甲醇污染较高,校正后的测量值与指定值一致性较好。宽带吸收器也显示了类似的质量结果。

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3.3 WICO 6-8 样品的测量

请注意,这些结果强调需要使用SCI来确定样品没有受到污染。如果没有使用SCI,则会得到错误的原始测量值。

高度贫化的WICO 6 样品的测量结果如表5所示。如上所述,使用不同的标准涵盖必要的同位素范围。尽管同位素贫化,TIWA 提供极好的结果,表明样品和样品之间的记忆效应可适当减轻。

富集的WICO 7 样品的测量结果如表5所示。当时尚无国际水参考材料,因此将ABB LGR 的内部工作标准与USGS 标准结合使用。测量值与指定值相符,在规定的误差范围内。样品之间的记忆效应不会对结果造成误差。最后,由海盐构成的WICO 8也包含在表5中。测量结果与指定值相吻合,没有证据表明盐会影响TIWA的使用。然而需要注意的是,测量含盐样品时,应该频繁清洗进样块, 实施内部控制,确保进样块足够清洁。

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4 结论

在国际235个实验室盲测中,ABB LGR的水同位素分析仪在测量天然的、富集的、贫化的以及盐化水中δ2H 和δ18O表现出高精度和高准确度。此外,我们证明了使用光谱污染修正(SCI)软件,可准确并精确地测量受污染的水样。该仪器还可以实现液态水和气态水两种测量模式的切换,可用于植物水源和水分利用模式、土壤水的输送和补给机制、地下水机制、水汽输送等研究,满足科学家们的实验需求。同时,它还具有远程控制功能,可以通过远程登录实时共享数据,并进行仪器诊断。

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