L2130-i/L2140-i 測水中穩定同位素的精度測量與準確度優化

Picarro應用系列——

海水和高含鹽量水中穩定同位素的精度測量與準確度優化

摘要：Picarro鹽襯管是一種使用簡便、價格經濟的附件，能夠保護Picarro同位素分析儀系統免受汽化器中鹽積聚的影響。

水穩定同位素分析系統

Picarro水穩定同位素分析系統 (下圖) 用于分析離散水樣品，由自動采樣器(A0325)、高精度汽化器(A0211)和L2130-i或L2140-i光腔衰蕩光譜(CRDS)水同位素分析儀組成。這是一種比同位素比值質譜儀(IRMS)更經濟、更易用、測樣速度更快的解決方案，能夠在水文學、海洋科學和古氣候學等一系列研究應用中實現精準的同位素測量。

鹽襯管附件

在海水和高含鹽量水穩定同位素測試過程中，鹽積聚可能會影響基于激光的光譜分析系統的精度、漂移和記憶效應。Picarro鹽襯管是一種價格經濟的不銹鋼網插件，可輕松快速地安裝到Picarro高精度汽化器（右圖）中。當注入溶解性總固體(TDS)高的水樣在汽化器室內汽化時，襯管網格能夠捕獲高達80%的鹽沉淀物。這顯著減少了汽化器中鹽的積聚，從而將海水分析的運行時間延長到24小時。這種插件可在幾分鐘內拆除、清潔和重新安裝。

經證明，Picarro水同位素分析儀系統能夠精準地測量海水（含鹽量高達3.46%）¹ 和高含鹽量水樣品 (339.4 g/L)²。

實驗驗證：

測試1：安裝和未安裝鹽襯管時的去離子水

記憶效應測試圖顯示，在汽化器中安裝和未安裝鹽襯管時，都需要注入相同數量的樣品來消除δ¹⁸O中99%和δ²H中98%的記憶效應。是否安裝鹽襯管基本不影響注樣性能。

測試方法1：

　　對具有已知低同位素數值的A樣品進行連續76次注樣，然后對具有高同位素數值的B品進行連續76次注樣。每個圖的100%數值（計算得出的記憶效應=1.00）由終30次注樣(47–76)的平均值計算得出。該計算方法大限度地減弱了早期注樣的記憶效應并保持相對大的樣本尺寸。

　　記憶效應（高-低）：已知低同位素數值的A樣品的測量值(d₁m)與B樣品的計算值 (d₂c) 之間的差值除以A樣品的計算值(d₁c)與B樣品的計算值(d₂c)之間的差值得出的百分比數值。記憶效應百分比=(d₁m–d₂c)/(d₁c–d₂c)x100%。

記憶效應（低-高）：已知高同位素數值的B樣品的測量值(d₂m)與A樣品的計算值(d₁c)除以B樣品的計算值(d₂c)與A樣品的計算值(d₂c)之間的差值得出的百分比數值。記憶效應百分比=(d₂m–d₂c)/(d₂c–d₁c)x100%。

表1（下表）顯示，連續160次注樣測量具有已知同位素數值的去離子水樣品。在安裝和未安裝鹽襯管時δ¹⁸O和δ²H的精度和漂移都是相同的，安裝鹽襯管時δ²H會更好一些。

測試 2：安裝鹽襯管時4%的海水溶液

表2（下表）顯示，連續160次注樣測量鹽度為4%的海水樣品。精度和漂移雖然會差于安裝鹽襯管時去離子水的測量值，但仍然保持在水同位素系統規格范圍內或非常接近這些規格。

三、測試 3：安裝鹽襯管時的記憶性能評估

記憶效應測試圖（下圖）顯示了δ¹⁸O和δ²H的兩種低鹽度水樣之間的百分比差值。對于低鹽度水，安裝鹽襯管時的記憶性能保持穩定。記憶效應測試圖（右下）顯示了δ¹⁸O和δ²H的兩種海水樣品之間的百分比差值。對于鹽度為4%的海水，在共計200次注樣（連續運行約30小時）后記憶性能開始下降。這表明需要清潔和更換鹽襯管。

測試方法2：

　　在兩個低鹽度水樣與兩個海水樣品之間交替進行10次注樣。對于δ¹⁸O和δ²H的低鹽度水樣品（左上）與δ¹⁸O和δ²H的海水樣品（右上），顯示每10次注樣的第4次注樣之間的百分比差值。

Picarro 鹽襯管附件清潔建議事項

　　鹽襯管會捕獲高達80%的鹽沉淀物（按重量計），以保護汽化器室免受鹽積聚的影響。這確保了記憶效應、精度和漂移規格要求。Picarro建議在每24小時的海水分析后對鹽襯管進行清潔和更換，以防止水同位素分析儀系統性能因汽化器中發生鹽積聚而下降。

　　與清潔汽化器室所需的時間（大約24小時）相比，清潔和更換鹽襯管會大限度地縮短停機時間（幾分鐘）。建議執行以下清潔步驟：

1. 執行與更換汽化器隔墊相同的程序從汽化器中拆下鹽襯管；

2. 將鹽襯管浸泡在熱水中達5分鐘，使鹽積聚物溶解；

3. 使用去離子水沖洗鹽襯管；

4. 對鹽襯管進行干燥處理；

5. 如果仍然可以看到鹽顆粒，則重復1步驟。

　　如果主要清潔程序未*溶解掉鹽殘留物，則嘗試以下操作。

選擇 1：將鹽襯管放入去離子水浴中進行超聲波清潔。

選擇 2：將鹽襯管浸泡在溫和的酸性溶液（pH值約為2）中達3分鐘，并用去離子水進行沖洗。

文章摘錄：

1 S.A. Walker et al., Oxygen isotope measurements of seawater: A comparison of CRDS and IRMS, Limnology and Oceanography: Methods

2 Grzegorz Skrzypek and Douglas Ford, Stable Isotope Analysis of Saline Water Samples on a CRDS Instrument, Environmental Science & Technology

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