四极质谱计测量天然水平氘氢丰度比技术研究

第! "卷 第%期 ! " " #年 ) 月
同!位!素
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四极质谱计测量天然水平氘氢丰度比
李雪松 ! 张子斌 ! 韦冠一 ! 张海涛 ! 翟利华
" 西北核技术研究所 $ 陕西 西安 !# # ( " " ! <
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号为 @ ZK " < < " (!@ ZK " < < " <
图 >! 高温铬还原水样制氢流程
?@ ?! 实验条件 进样方法 ’ 采用 ] 型石英管与四极质谱计 进样 系 统 串 联 ! 控 制 压 强 定 体 积 进 样! 定压进样 时压强控制波动幅度为 B(C &
B ?@ A! 降低 4 2B 的干扰 A 对 4
轰击电子的 能量和 =% > 形成的因素主要有两个 ’ =! 分子的 密 度 & 氢 原 子 的 结 合 能 为 <8 # !6 7! 氢原子电 离 能 为 ( 氢分子的电离能为 %8 ’6 7!
四极质谱计测量天然水平氘氢丰度比 ! 第 % 期 !!!!!!!!!! 李雪松等 ’
!#" # 所以氢分子共价键很容 易 被 拆 开 形 ( E8 <6 7( 成氢原子 =# 再经过电子轰击形成 => # 吸附 =!
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同 ! 位 ! 素 !!!!!!!!!!!!!!!!! 第 ! " 卷!
"%# 不确定度 "8 & )8 & "[( "\E ! (C ( 金属还原剂及使用条件 ’ 德国进口 T ! 反应 -
学院气体地球化 学 重 点 实 验 室 均 使 用 磁 质 谱 计 在低分辨率下分析天然水平氘氢丰度比 ! 前者采 用 A:U 以双样比较法 $ ) ’ 磁质 谱 计 进 行 测 量 ! "# 处理数据 ! 得到 B"8 后者采 EC 测量不确定度 & ! 分辨率为 用 A:U $ ! # ( 磁质谱计的低 分 辨 通 道 $ % 进 行 测 量! 以线性拟合法处理数据得到 ! ! "
>! 实验材料
仪器型 号 及 使 用 环 境 温 度 ’ @:A < " "型四 极质谱计 ! 德国 2 $ % X 2公司制造 ! ! )B"8 < Y& 实验水样 ’ 国 家 一 级 标 准 水 样 一 套 四 个! 编 &? 丰 度 分 别 为 (8 E E #[( " ( (8 < E #[( " ( (8 ! ’ %[( "\< (
种措施的同 时 # 必 须 满 足 信 噪 比 条 件$ 实 验 中# 选定电 子 轰 击 能 量 为 % 进样压强为! "6 7# " " $ X / ?@ C! 数据处理 > "为 = > 离 子 流 强 度 % 相 关 量 定 义 $)! = ! !
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$ $ $ F 2G , 6 $ 3 + . H =:9@H I $ J I .$KL 2@ , / . $ I H =:9@ = / I $ 4 / + H =: 2F I $ N , / ; M
之比可以推 导 出 实 际 氘 氢 丰 度 比 & 对 于 低 分 辨
> 质谱 计 ! 干 =?> 的 质 谱 峰 上 存 在 =% > 和%= 6
扰 & 本实验采用 水 样 制 氢 ! 氢 纯 度 "& 空气 &C !
\’ % 中的 = 量级 ! 6摩尔含量为 ( " = 6的同位素丰
度为 ( 因 此 所 制 备 样 品 中 的%= "\< 量 级 ! 6含 量
摘 要 !自制了高温铬还原制氢装置 ! 探索了降低复合氢离子 =% > 对氘化氢离子 =?> 干扰的方法 % 以氘丰度 为天然水平的国家一级标准水样中的两个样品作 为 标 准 $ 另 外 两 个 样 品 作 为 测 试 样 品$ 在 @:A < " "四极质 谱计上探索了等氢分子离子 =! > 线性校正测量值 的 方 法 % 利 用 双 标 准 外 标 氘 氢 丰 度 比 差 值 校 准 系 数 的 方 法对两个标准水样进行了测量 $ 结果与国家标准值偏差为 B"8 最终评估测量相对不确定度为"8 (C $ )C % 关键词 !四极质谱 ! 氘氢丰度比 ! 天然水平 ! 标准水样 中图分类号 ! " # D ’ E #8 ’ %!! 文献标识码 &:!! 文章编号 & ( " " " $ # E ( ! ! " " # " % $ " ( ! & $ " ’
( 密度计法和落滴法
) !*
(
%* < $ E* 红外光谱 法 ) ( 气 相 色 谱 法) 等% 化 学 反 应 界
面质谱法是近年来发展起来的新方法 $ 该技术尚
’* 处于应用初 级 阶 段 ) %国际上普遍采用质谱法
收稿日期 ! ! " " # $ " % $ " &!修回日期 ! ! " " # $ " ’ $ ( ! 作者简介 !李雪松 " $ 男" 汉族 # $ 湖北钟详人 $ 硕士 $ 从事质谱分析 ( & # ’! #
) (* # $ )* 对天然水平的 氘 氢 丰 度 比 进 行 准 确 分; 第一种是高分辨率磁 质谱计 $ 能够分辨 =% > 和 =?> $ 如 A:U $ ! # (磁 质谱 计 ! 第 二 种 是 配 备 能 有 效 抑 制 =% > 的 特 殊 离子源 磁质谱 计 $ 如 A:U $ ! E % 磁质 谱计 % 在国 内$ 北京大学化学系稳定同位素实验室和中国科
" ’ ! " # $ % & ’ ( $ ) * ( $ + $ , $ ’" , . / ’ 0 #1 ’ . % * " / " 4 + 0 *# ( " ’ ( %$ 5 % + * 0# -! 2 3$
&:O ; 5 $ ) & # : ) 6 P I Q 6R I 4 NN I N4 6 S 6 / 4 , 6T I . 3 I O 6I 3S / O 64 +6 O , Q 6R / 4 6 -4 +N O + 6 .8 ; 5 M ; +=?> I 3O I 3 Q , 3 3 6 O 8 U R +3 / S 0 6 3+ 1 / 3 6 4 + 1 U N 6S 6 4 N + O 1 + 6 O , Q I . 4 N 6 I . 4 6 1 6 6 + 1=% > 4 ; 5 . / 4 I + . / 0 3 4 / . O / OR / 4 6 -3 / S 0 6 3R N I Q NN / P 6. / 4 , / 0 0 6 P 6 0 / 4 I ++ 1?/ . O=/ 63 6 4 / 33 4 / . O $ 5 > $ / O 3/ . O4 N 6+ 4 N 6 4 R +/ 3, . V . + R .3 / S 0 6 3/ 0 I . 6 / -Q / 0 I J / 4 I + .S 6 4 N + OR I 4 N6 , / 0=! I 3 W 5 3 4 , O I 6 O+ .@:A < " "W , / O , + 0 6S / 3 33 6 Q 4 + S 6 4 6 8 4 N 6O I 1 1 6 6 . Q 6Q / 0 I J / 4 6 OQ + 6 1 1 I Q I 6 . 4+ 1 5 5 4 N 6/ 4 I ++ 1?/ . O=I 3+ J 4 / I . 6 OJ 6 4 R 6 6 . 4 R +3 4 / . O / O 3 8 U N 6+ 4 N 6 4 R +3 4 / . O / OR / 4 6 3 / S $ 0 6 3/ 6S 6 / 3 , 6 OJ / 3 6 O+ .4 N 6S 6 4 N + O 3/ . O4 N 6Q + 6 1 1 I Q I 6 . 4 8U N 6S 6 / 3 , 6 O6 3 , 0 4 3N / P 6 5 B"8 (C J I / 3 4 +. / 4 I + . / 0 3 4 / . O / OP / 0 , 6 3 8: . O4 N 66 P / 0 , / 4 6 O6 0 / 4 I P 6, . Q 6 4 / I . 4 I 3"8 )C8 M & ! ! < " * & 3 $ , / O , + 0 6S / 3 33 6 Q 4 + S 6 4 6 / 4 I ++ 1?/ . O=! . / 4 , / 0 0 6 P 6 0 3 4 / . O / OR / 4 6 W 5 5 6= 生 物( !! 氢 同 位 素 分 析 技 术 广 泛 应 用 于 农 业 ( 医学 ( 岩矿分析和军事等领域 % 氘氢丰度比的测 量方法主要 有 质 谱 法