氧碳同位素测定用什么仪器
㈠ 用什么仪器或者方法测定水中的二氧化碳最准确
节选自国家标准《公共场所空气中二氧化碳测定方法 GB/T 18204.24-2000》
1、范围
本标准规定了公共场所空气中二氧化碳浓度的测定方法。
本标准适用于公共场所空气中二氧化碳浓度的测定。
第一法不分光红外线气体分析法
2、 原理
二氧化碳对红外线具有选择性的吸收。在一定范围内，吸收值与二氧化碳浓度呈线性关系。根据吸
收值确定样品中二氧化碳的浓度。
3、 试剂和材料
3.1变色硅胶：于12℃干燥2h
3.2无水氯化钙D分析纯。
3.3 高纯氮气D纯度99.99%。
3.4烧碱石棉D分析纯。
3.5塑料铝箔复合薄膜采气袋0.5L或1.0L。
3.6 二氧化碳标准气体（0.5%）贮于铝合金钢瓶中。
4、 仪器和设备
4.1 二氧化碳不分光红外线气体分析仪
4.2 仪器主要性能指标如下：
测量范围0-0.5%；0-1.5%两档。
重现性≦±1%满刻度
零点漂移：≦±3%满刻度/4h
跨度漂移：≦±3%满刻度/4h
温度附加误差（在10-80℃）≦±2%满刻度/10℃
一氧化碳干扰：1000ml/m3(1000 ppm）co≤±2%满刻度。
供电电压变化时附加误差：220v±10%≤±2%满刻度。
启动时间：30min
抽氧流量：>0.5L/min
响应时间D指针指示到满刻度的90%的时间<15s。
二氧化碳—挥发油的测定—挥发油测定法。
应用范围：
该方法采用挥发油测定法测定二氧化碳中挥发油的含量。
该方法适用于姜科植物温郁金Curcuma wenyujin Y.H.Chen et C.Ling的干燥根茎。
方法原理：
供试品于挥发油测定器中加水适量，加热至沸并保持微沸至5小时后，读取测定器中挥发油的量，计算其含量。
试剂：
无特殊试剂
仪器设备：
二氧化碳吸收器：1000mL（或500mL、2000mL）的硬质圆底烧瓶，上接挥发油测定器，挥发油测定器的上端连接回流冷凝管。以上各部均用玻璃磨口连接。测定器应具有0.1mL的刻度。全部仪器应充分洗净，并检查接合部分是否严密，以防挥发油逸出。
注：装置中挥发油测定器的支管分岔处应与基准线平行。
试样制备：
操作步骤：
称取供试品粉末（过二~三号筛，24—50目）适量（约相当于含挥发油0.5~1.0mL） （准确至0.01g）置烧瓶中，加水300～500mL与玻璃珠数粒，振摇混合后，连接挥发油测定器与回流冷凝管。自冷凝管上端加水使充满挥发油测定器的刻度部分，并溢流入烧瓶时为止。置电热套中或用其他适宜方法缓缓加热至沸，并保持微沸约5小时，至测定器中油量不再增加，停止加热，放置片刻，开启测定器下端的活塞，将水缓缓放出，至油层上端到达刻度0线上面5mm处为止。放置1小时以上，再开启活塞使油层下降至其上端恰与刻度0线平齐，读取挥发油量，并计算供试品中挥发油的含量（%）。
㈡ 干酪根有机质稳定碳同位素测定
方法提要
试样在流动氧同位素制样装置(或元素分析仪)中分解燃烧并进一步氧化，充分转化为CO2;经纯化后的CO2在气体稳定同位素质谱计上进行稳定碳同位素组成测定。
仪器和设备
气体同位素质谱计具双进样系统、三束离子接收器的稳定碳同位素比值质谱计，要求具备技术性能指标如下:
灵敏度S>1mA/Pa(0.1A/mbar)。
工作分辨率m/Δm>95(10%峰谷)。
丰度灵敏度(A.S)<5×10-6。
测量精度(E.P)<0.04‰。
流动氧有机质碳同位素制样装置(图72.10)，新型仪器不需要预先制样，故不需此装置。
图72.10 流动氧有机质碳同位素制样装置示意图
分析天平 感量 0.1mg。
机械真空泵 >0.5L/s。
热偶真空计 <10Pa。
加热炉温度控制仪 温控范围 20～100℃ (±2℃) 。
带真空活塞的玻璃真空系统。
试剂和材料
标准物质 碳同位素标准物质。
线状氧化铜 分析纯。
还原铜 分析纯。
三氧化二铬 分析纯。
四氧化三钴 分析纯。
无水高氯酸镁 分析纯。
无水乙醇 分析纯。
高纯氧 纯度优于 99.99%。
液氮 保存在杜瓦瓶中。
真空硅脂 7501 型。
分析步骤
(1) 离线分析
试样制备
燃烧试样。取试样 1～ 2mg 于试样舟中，放入流动氧有机质燃烧碳同位素制样装置(见图72.10) 的石英燃烧管中。通入高纯氧气，使气流经由活塞 9 进入冷阱 10 和 12 后，经由活塞 11 从流量计 16 排除，流量控制在 40～60mL/min 范围内。在下述温度条件下加热; 分解炉5，800℃; 氧化炉7，875℃; 银丝炉8，400～450℃。试样在氧气流中加热燃烧 3min 后，移开分解炉 5，继续通氧气 2min。燃烧生成的 H2O 在冷阱10(- 45～-60℃ )捕集而除去，CO2由冷阱 12 在低温 (-196℃) 下收集。
抽除氧气。调节三通活塞 9 和 11，使氧气流不进入冷阱 10 和 12，而经活塞 9 直接从流量计 16 放空。停止氧气通入。升高冷阱 12 的液氮液面。调节活塞 14、13 和 11，使冷阱 10、12 与机械泵 21 形成封闭体系，用机械泵 21 抽除氧气，至真空度约 1Pa 时，调节活塞 14 断开机械泵 21 与冷阱 10、12 的气路连接，停止抽氧。
CO2转移。转动活塞 13、15 使试样收集管 17 与冷阱 12 连通，并将试样收集管 17 在液氮低温下充分冷却，在冷阱 12 温度为 -45℃ (液氮 + 无水乙醇) 下将 CO2转移至试样收集管 17。当真空度达到约 6Pa，CO2转移结束。
抽除杂气。调节活塞13 和14，对收集有 CO2的试样收集管17 在液氮低温下用机械泵抽真空约 1min。关闭试样收集管上活塞 15，停止冷冻，取下试样收集管 17，备质谱分析。
质谱测定
开机。质谱计系统的真空度等指标达到仪器正常运行的要求。
预热。对灯丝发射部件、离子加速电压 (高压) 部件、磁铁电流部件通电预热 1h，使其处于工作稳定状态。
零”富集测试。在试样(SA)及标样(ST)两个储样器中置入同一工作标准气，测得δ13CPDB(‰)值与标准值的误差在±0.2‰之内，表明仪器工作正常，可作试样测试。
试样分析。在进样系统的试样SA一路引入试样CO2，标准ST一路引入工作标准钢瓶CO2气。调整储样器中试样的压力，使试样SA与ST离子流强度基本相同。设置仪器分析条件，进行试样分析。
2)在线分析
在元素分析仪与气体稳定同位素质谱计联机的状态下，按离线分析操作质谱计。称取适量标准物质(如GBW04407)加入元素仪进样口，启动在线分析。在对标准物质的3次分析结果均符合误差规定后，在同样分析条件下作试样分析。
结果计算
试样的碳同位素组成以其相对于标准物质中相应同位素比值的千分差表示，即:
岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术
式中:下角标SA表示待测试样，ST表示标准物质。
所测的碳同位素组成结果，不管用何种工作标准，都要将测定结果校准到相对国际标准PDB的值，按下述公式计算δ13CPDB(‰)值:
岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术
式中:δ13CSA-ST为试样相对于标准物质中碳同位素比值的千分差值;δ13CST-PDB为标准物质相对于国际标准PDB碳同位素比值的千分差值。
㈢ 碳同位素测定
沉积有机质、石油与天然气碳同位素分析方法
自然界中，生物的发育与沉积有机质是既有关联又相互区别的两个过程。现代科学早已证实，生物是生油母质的最基本来源，但并不能直接形成石油与天然气，生成油气的母质是死亡后的生物残体经沉积作用埋藏于地下沉积物中的有机质。
沉积有机质又可分为两大类: ① 不溶于有机溶剂和强酸等溶剂的有机碳，即岩石中除去碳酸盐、石墨中的碳以外的碳; ② 可溶于有机溶剂的有机质———氯仿沥青 “A”。
用沉积有机质的碳、氢同位素组成特点判断生烃母质类型、热演化的成熟度、有机质的来源，进行油气与烃源岩的对比等已成为有机地球化学、同位素油气地球化学研究中的重要组成部分。
在进行沉积有机质、石油等物质的碳稳定同位素分析之前，须将沉积有机质按照 《沉积岩中干酪根分离方法 (GB/T 19144—2003》抽提获得干酪根、饱和烃、芳香烃、沥青质等，然后才可进行碳同位素分析流程。石油的碳同位素分析可直接进行，但石油内饱和烃、芳香烃、胶质、沥青质等组分的碳同位素分析也需经地球化学方法抽提、制备才可进行。
沉积有机质的碳同位素分析经过一个多世纪的发展，尽管有许多不同的有机质分离方法，但进行同位素分析的主要步骤依然未变。
目前碳同位素测量方法普遍采用氧化法。该方法设备简单，操作方便，应用非常广泛，其优点为: ① 灵敏度高，试样用量小 (对沉积有机质的试样量要求仅为 1mg) ;② 精度和准确度高。
方法提要
首先将有机质氧化分解 (燃烧过程) ，然后排去其中的干扰物质，最后将纯化的 CO2气体送至同位素质谱仪检测。
仪器和装置
气体质谱计 (MAT -251EM、MAT -252、MAT -253) 。
玛瑙研钵。
铂金坩埚。
真空机械泵。
电离真空计。
热偶真空计。
可调变压器。
制样装置 有机质同位素分析制样装置的更新换代较快，其基本原理大致相同，见图87.9。
图87.9 有机质碳同位素分析装置示意图
通用分析装置主要由三部分组成，燃烧管、还原管和气体净化管，管内充填各种化学试剂。
燃烧管(800℃)由石英制成，温度须低于850℃，管内充填剂如图87.10所示。燃烧管的功能在于利用其中的各种化学充填剂加速将生成的CO转化为CO2。
图87.10 燃烧管内充填剂
还原管(250℃，不超过450℃)由石英玻璃制成。有机质经过燃烧后，除了CO2、水和氮氧化物之外，其他杂质气体已在燃烧管内同时被吸收(图87.11)。
图87.11 还原管内的充填物
试剂和材料
沉积有机质碳同位素分析是一项“模块化”的分析技术，所用试剂已大多随分析仪器配置，此处仅做简单介绍。
去离子水。
无水乙醇。
干冰。
液氮。
乙醇-液氮冷冻液由无水乙醇与液氮配制。
钢瓶氧气(工业纯)。
钢瓶氦气(分析纯)。
NBS-19国际标准物质(方解石)。
GBW004405国家标准物质(炭黑)。
四氟乙烯垫圈。
分析步骤
(1)沉积有机质、石油等制样
有机质在过量的氧气中燃烧，分解成为CO2和水:R(有机质)+O2→CO2+H2O
除了CH4一类简单的气体有机化合物之外，一般的燃烧过程都同时包含有机物的蒸发、分解和氧化，即在燃烧系统中要有足够的氧气和充分的时间使有机质反应。
除了氧气之外，燃烧系统中还应加入氧化剂。常用的氧化剂为氧化铜，在700℃以上氧化铜会分解出氧气，达到950℃时氧化铜就会结块，使氧化活性降低。氧化铜可以反复使用，但需要用氧气经常活化。在传统的有机质同位素制样仪器中，采用的是氧化镁-钨酸银-氧化锆的复合物。
燃烧系统中常用的催化剂为铂、钯等贵金属，但由于其对燃烧过程中氧气的进气速度要求较高(<5mL/min)，所以常常与其他氧化剂配合使用。
a.除去干扰杂质。沉积有机质在与氧气燃烧的过程中，会产生许多干扰碳同位素检测的杂质，必须除去。
a)硫化物。在干酪根、石油及煤中，存在着大量的含硫化合物，燃烧后形成各种硫的氧化物。所以应在燃烧系统中充填银网、银丝等银基化合物，使硫的氧化物生成硫酸银固体，从而达到分离的目的。
b)氮的氧化物。氮也广泛存在于沉积有机质中，与氧气燃烧时生成NO、NO2或N2O等气体。NO的溶点为-161℃，在液氮温度(-190℃)下依然可存在相对大的蒸汽压，因此不会被液氮冷阱封存，可由泵系统抽去;NO2的溶点为-9.3℃，所以与N2O3(NO·NO2)和CO2都被冷冻在液氮冷阱里，冻结以后又可能与CO2一起被收集在试样瓶里，会严重干扰试样CO2的质谱检测。可在燃烧系统中加入金属铜与之反应，即可除去生成的氮气。
c)卤素。有机质中的卤素化合物在燃烧时生成气体，在银或银化物表面形成卤化物，易于除去。氟化物不易分解，又会引起同位素分馏，用氧化镁可以有效地除去燃烧过程中产生的氟。
d)其他杂质。用加热至1000℃的高温可以除去有机质中碱金属与碱土金属在燃烧过程中形成的碳酸盐;燃烧中形成的碳化硼则需要升温至1300℃才可分解，有机质中的磷在燃烧时所形成的氧化物可用钨酸除去。
b.助燃气体与载气净化。当分析中使用纯度不高的助燃氧气和载气(氦气)时，必须除去其中可能包含的有机质、CO2和水。目前多采用银网在625℃条件下除去有机物，用碱石棉和氢氧化锂(商品名为Colorcarb，含有显色剂)除去CO2，用高氯酸钾吸附分析过程中产生的水分。吸附水分后的Mg(ClO4)2·6H2O易结块，应定时更换。
c.分析流程与要求。将纯化的沉积有机质试样装于铂金坩埚内，然后放入燃烧推杆的凹槽中，用氦气冲刷管内的空气;用磁铁将试样(燃烧推杆)推至800℃的高温燃烧区;关闭加热炉后分析装置将自动导入氦气，被氦气流带出的CO2气体冷冻在图87.9的冷阱E内，抽去He与N2，将纯化的CO2气体转移至样品瓶后送质谱仪测量。
沉积有机质组分的燃烧时间大致为1～5s，干酪根试样为60～180s，石油试样为20～30s;煤炭试样为120～300s，即可完全分解。整个分析流程约需10～15min。
(2)天然气的分析流程
虽然人类对天然气的同位素分析已有较长历史，但分离C1～C5以及天然气中所含的CO2的同位素分析技术及在气态烃(天然气)勘探中的应用是到20世纪80年代才见报道(James A T，etal.，1980)。
目前大多采用气相色谱分离和燃烧分离技术。
气体试样进入色谱仪后，被载气(He)带入色谱柱，试样的各组分在色谱柱中的保留时间不同，每一组分都有相对应的色谱峰，其峰高或面积的大小与相应组分的浓度成正比。
从色谱柱流出的不同轻烃组分逐一被导入CuO炉中，然后被氧化形成的CO2(气体试样中的CO2组分不必经过CuO炉)，被液氮冷阱收集后送质谱仪检测。
国内外不同实验室的气态烃分析仪器各不相同，但基本原理相同。
具体分析步骤为:①采用高纯氦(99.99%)作为载气，用(210℃)PorapaK-Q色谱柱分离混合气体，可以控制制样过程中本底CO2的量达到最小值(约1～3μL)。②优选色谱操作条件(柱温、程序升温速率、载气流速等)，使CH4、CO2、C2H8、iC4+nC4、iC5+nC5等组分出峰时间差6min左右。③CuO炉温恒定为800℃(可根据不同装置有小幅度变动)。④调制-30～-50℃的酒精+液氮冷阱，以备除去系统内的水分。⑤制样装置用机械泵抽真空至1.59Pa。⑥注入待分析的气体试样。一个分析流程需45～100min。
(3)质谱测量
经纯化并收集于样品管中的CO2气体在多接收气体同位素质谱计(如MAT-251EM，MAT-252或MAT-253)上分析碳同位素组成。采用双样比较方法直接测定样品相对参考气的碳同位素组成。碳有13C和12C两种天然稳定同位素，其丰度大致为1.11%和98.89%(Holden等，1983)。同时收集质量数为45(12C)、44(13C)两种离子，测定δ13C、δ18O值(在有机质碳同位素分析中，该值为燃烧时来自分析所用氧的同位素组成，不具科学研究意义)。测定时加速电压为10kV，磁场强度为5587T，使用的工作标准为GBW004405，由试样与标准物质(或参考气)不少于6次比较测量数据计算测定结果的平均值及其标准偏差。
试样相对碳同位素国际标准PDB的δ13C按下式计算:
岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术
本方法的准确度由与标准物质分析结果对比得出，对δ13C，一般好于±0.1‰。
(4)GC-C-MS在线碳同位素质谱分析
气相色谱(GasChromatography)-氧化燃烧炉接口(Combustioninterface)-质谱仪(MassSpectrometer)———GC-C-MS是20世纪80年代末期研制并在90年代完善的可实现在线同位素分析的新型质谱仪(图87.12)。
图87.12 GC-C-MS在线同位素质谱分析原理图(以Finnigan-MAT公司产品为例)
GC-C-MS技术能够实现气相色谱分离-试样制备(将烃类与脂肪酸等制备成CO2气体)-质谱检测的在线联机，用于分析微量(约10-3g量级)试样中数个至上百个化合物分子(包括生物标志化合物)的碳同位素组成。从理论上讲，该技术具有分析C7以上的每个烃类化合物分子(质谱峰)碳同位素组成的能力，被称为“单体烃碳同位素组成分析”(Indivial hydrocarbon carbon isotopic composition analysis)。该技术的推出，意味着液态石油烃(及脂肪酸类等)的碳同位素研究进入分子级水平，将在油气勘探研究中开辟一个崭新的领域。
GC-C-MS在线碳同位素分析技术较复杂，需要一些特殊的技术条件。
a.试样。饱和烃或原油可直接进样分析。进样量视原油的性质而定，油质轻则进样量少，反之应加大进样量，常规的进样量为0.2～1.0μL。饱和烃试样须用化学纯正己烷溶解后方可进样。对于轻烃含量很低的重质原油，也可采用饱和蒸汽进样。微量试样可用特殊方式进样(张文正，关德师，1997):将石英毛细管柱的前端绕一个“8”字形，放入液氮冷阱中，进样时，色谱仪不放空，试样气化后从气化室进入柱子，在柱子前端富集，15～20min以后，调大至40～60mL/min，保持5min(以气化室无剩余试样为准)后，取下液氮冷阱，色谱仪及其他各部分按正常分析程序启动运行。此法还可以用于C2以上气态重烃的直接富集。
b.气相色谱。采用25m(若采用50m柱则可以用于气体试样中单体烃的分离)石英毛细管色谱柱，内烃0.25mm固定相OV-1，气化室温度300℃(饱和烃，以Finnigan-MAT252为例，下同)，原油分析时可升至320℃，起始柱箱温度70℃，保持5min，程序升温2℃/min，nC18后改为3℃/min，最终柱箱温度320℃。
c.氧化炉接口。炉温可设置在800～940℃，用氮气作载气，还原炉炉温设定为600℃。
d.分析流程。启动GC-C-MS在线分析程序，检测、贮存分析过程中CO2质量数(44)、(45)、(46)离子流信号与相应的(44)、(45)、(46)/(44)同位素比值，经计算机数据处理获得所有检测到的CO2质谱峰的δ13数值。
e.质谱峰的确定。在整个在线试样分析过程中，电位仪记录CO2m/z44(或45、46)离子流质谱图。该谱图与相应色谱条件下获得的色谱图十分相似，因而标定了色谱图中各个峰的名称之后，就可以确定质谱图中各峰的名称。
f.分析结果与数据评价。良好的色谱分离是提高复杂混合物的单个化合物碳同位素分析精度的必要前提与关键。
色谱分离良好，质谱峰与峰之间无干扰(或干扰很小)，分析精度良好，平行分析误差一般小于±0.5‰，分析数据可靠。在常规分析中，1～6，8，9，10，12，15，17，19，23，24，27，28，29，32～34号质谱峰属于这类峰。
色谱分离相对较差，质谱峰之间有干扰，则平行分析误差一般小于±1‰。这种分析数据仅具参考价值，多为第7、11、14、18及20～22号峰。还有一种虽然与相邻的质谱峰之间分离得较好，但受到了化合物混合影响的混合峰，多为7、25、26、30、31号峰;这类峰的碳同位素组成特征在油源对比中也具有一定的意义。
注意事项
沉积有机质的碳同位素分析的关键技术是前处理，只有准确地获得了具有代表性的、高纯度的待测试样，才能合理反映地质信息，进行油气地质与勘探的应用，这也是目前石油地质界在同位素地球化学领域着力研究的目标。
参考文献
沉积岩中干酪根分离方法(GB/T19144—2003)［S］.2003.北京:中国标准出版社
王大锐.2000.油气稳定同位素地球化学.北京:石油工业出版社
魏菊英，王关玉.1988.同位素地球化学.北京:地质出版社
张文正，关德师.1997.液态烃分子系列碳同位素地球化学.北京:石油工业出版社
郑淑慧，郑斯成，莫志超.1986.稳定同位素地球化学分析.北京:北京大学出版社
朱柄泉，等.1998.地球科学中同位素体系理论与应用.北京:科学出版社
EmeryD，RobinsonA，等.王铁冠，王大锐，金振奎等译.1999.无机地球化学在石油地质学上的应用.
北京:石油工业出版社
本节编写人:王大锐(中国石油勘探开发研究院科技文献中心)。
㈣ 碳、氧同位素
4.3.1.1 碳、氧同位素组成特征
本书对西沙海域西琛1井礁相碳酸盐岩样品进行了碳、氧同位素测定（表4.3）。建立了碳、氧同位素与地层时代（深度）的关系，划分7个带（图4.7）。与主要矿物成分和氧化物成分分带性对应（图3.5、4.1）。
I带 井深802.17～619m，相当于下中新统下部。δ13C值在－0.28‰～2.73‰（PDB，以下同）之间，平均为1.26‰；δ18O值在－4.88‰～－0.52‰之间，平均为－2.67‰。
表4.3 西沙海域西琛1井礁相碳酸盐岩C、O同位素测定结果及计算的Z值、古盐度和古温度
续表
续表
续表
Ⅱ带 井深619～606m，相当于下中新统中部。δ13C值为3.05‰；δ18O值为3.98‰。
Ⅲ带 井深606～550m，相当于下中新统上部。δ13C值在－1.71‰～－0.49‰之间，平均为－1.07‰；δ18O值在－5.97‰～－3.17‰之间，平均为－4.92‰。
Ⅳ带 井深550～320m，相当于中中新统－上新统底部。δ13C值在1.16‰～3.16‰之间，平均为2.44‰；δ18O值在0.56‰～5.23‰之间，平均为2.88‰。
V带 井深320～230m，相当于中—下上新统。该带只有一块测试样品，δ13C值为－2.06‰，δ18O值为－7.78‰。
Ⅵ带 井深230～175m，相当于上上新统一下更新统底部。δ13C值在0.29‰～1.80‰之间，平均为1.06‰；δ18O值在－0.23‰～3.04‰之间，平均为1.21‰。
图4.7 西沙群岛西琛1井礁相碳酸盐岩δ13C、δ18O与深度的关系
Ⅶ带 井深在175m以上，相当于更新统－全新统。δ13C值在－2.65‰～0.13‰之间，平均为－1.91‰；δ18O值在－8.25‰～-5.26‰之间，平均为－7.84‰。该段顶部δ13C和δ18O有回返现象。
4.3.1.2 碳、氧同位素相关性分析
从前面的碳、氧同位素组成与深度关系图中可以看到，碳、氧同位素的变化具有明显的对应关系。说明碳、氧同位素之间具有一定的相关性。在δ13C和δ18O相关图上表现出明显的正相关关系，但不同层位相关程度有一定差别，可以分为3种情况（图4.8）。
图4.8 西琛1井C、O同位素相关性
（1）更新统－全新统 深度在175m以上，δ13C＞δ18O。δ13C与δ18O呈弱正相关关系，δ18O随δ13C增加变化幅度较小。
（2）中中新统－上新统 深度在550～175m，δ13C＜δ18O。δ13C与δ18O呈强正相关关系，δ18O随δ13C增加变化幅度较大。
（3）下中新统 深度在550m以下，δ18O一般为负值，δ13C低负到低正，但δ18O与δ13C呈正相关关系。
4.3.1.3 碳、氧同位素与碳酸盐矿物相的关系
前已述及，本次碳、氧同位素测定对象是礁相沉积的全岩样品，因此，测定结果是被测样品形成至今所经历的海水环境、淡水淋滤和成岩作用等多种条件的综合反应。而岩石的矿物成分是各种地质作用的直接产物，因此，碳、氧同位素组成与碳酸盐矿物相具有明显的相关关系。整体上看，铁白云石δ13C和δ18O呈正相关关系；方解石与δ13C和δ18O呈负相关关系（图4.9）。但δ18O与碳酸盐矿物相的相关程度比δ13C好些。
图4.9 δ13C、δ18O与方解石含量（Cc）的关系
㈤ 同位素测试仪器设备
现在常用的稳定同位素比值测量仪器为质谱计。质谱计的工作原理是利用质荷比不同的离子在磁场或电场中运动轨迹的不同来测量离子的质量和数量。离子源、分析器和检测器是所有质谱计的基本组成部分 (图87.1) ，但是在不同种类的仪器中设计各有不同。此外，不同类型的仪器还可包含部分特有的装置。
图87.1 同位素质谱计简图
离子源
质谱计的离子源是将试样中待测元素的同位素转化为用于测量的离子流的装置。其功能是: ① 通过电子轰击、加热或离子轰击等方法，将试样中待测元素的同位素转化为离子。② 在高压的作用下对离子加速，产生离子流。离子流中所有离子的动能均为:
岩石矿物分析第四分册资源与环境调查分析技术
式中: e'为离子电荷; V 为加速电压; m 为离子质量; U'为离子运动速度。
分析器
置于磁场或 (和) 电场中的一条管道。离子垂直磁力线飞入磁场，受到垂直于磁场及运动方向的力 F (洛仑兹力) 的作用。
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式中:B为磁场强度;e'为电荷;U'为离子运动速度。
由式(87.1)和式(87.2)，可导出:
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由上式可看出，在离子电荷相同的情况下，F是离子质量的函数。离子受力做弧形运动，重离子运动轨迹的曲率半径较轻离子的为大，质量不同的离子发生分离，为离子检测提供了条件。有些仪器采用电场分离或同时使用磁场与电场进行分离。
离子检测器
由狭缝、离子接收器及放大测量装置组成。狭缝的作用是只让散开的离子束中待测的部分通过。离子接收器常为一个中空金属筒(法拉第筒)，经一高阻接地。离子流通过时，在电阻上产生电压降。由电压降的大小可量度离子流强度。若离子流太小，则采用电子倍增器。
同位素比值测量一般采用双束或多束测量法，同时收集两种或多种待测同位素的离子流，直接测量同位素比值。
目前常用于同位素比值测量的仪器为气体同位素质谱计和热表面电离质谱计。近年来新开发的同位素分析仪器有离子探针质谱计、加速器质谱计和高分辨多接收激光等离子体质谱计。
87.1.1.1 气体同位素质谱计
气体同位素质谱计(IRMS)是对气体样品进行同位素测量的专用质谱计。除离子源、分析器和离子检测器外，它还含有专门的进样系统，有两种不同的进样方式。如果在进样气流中分子的平均自由程长于气体流经的管道，则称该气流为分子流。在分子流中，气体分子彼此不影响。这时，由于后面要谈到的动力同位素效应，轻组分流动速度比重组分的流动速度大，使得重同位素在气体中容易富集，引起质量歧视。另一种方式是黏性流进样。在黏性流中，分子自由程小，气体分子彼此影响，质量歧视大大减小。黏性流的正常气压为13.332kPa左右。目前黏性流进样方法使用更为普遍。
现代气体同位素比值质谱计都采用双进样系统，以便在尽可能短的时间内交替引入标准气体与待测气体，相互比较，提高测量精度。在气体同位素质谱计中，采用电子轰击离子源，即用电子轰击由进样装置进入离子源的气体分子，使之电离产生离子。然后在加速电压作用下形成离子流。
近年来，质谱计有很大改进，设计了微量进样系统，采用了多接收器，实现了计算机自动控制和数据自动处理。这些大大降低了测量过程中的人为因素影响，提高了测量速度和测量精度。气体同位素质谱计常用于氢、氧、硫、碳、氮、硅、氯等元素的同位素分析。对δD的测量精度可达0.2‰，对δ18O、δ13C和δ34S的测量精度可达0.02‰，可以测量两对以上的同位素比值。
连续流质谱(Continuous Flow MS)是在气体同位素质谱基础上发展起来的一种新型仪器。它的特点是用载气不停地将待测气样带入离子源，可减少试样的损失，提高分析速度和灵敏度，现在主要用于环境、生物等复杂试样和微量试样的同位素分析。
87.1.1.2 热表面电离质谱计
热表面电离质谱计(TIMS)是对固体试样进行同位素测量的专用质谱计。其特点是采用灯丝加热，使涂在样品带上的待测试样电离，产生离子流。热表面电离质谱计常用于Sr、Nd、Pb、B、Cl、Li等固体元素的同位素比值分析。
87.1.1.3 离子探针质谱计
离子探针质谱计(SIMS，又称二次离子质谱)的主要特点是它的离子源。与其他仪器不同，在离子探针质谱中是用一次离子轰击样品靶激发出二次离子，然后对二次离子进行同位素分析。这种仪器最大的优点是其极高的空间分辨率，由于一次离子的良好聚焦性能，它可以将激发点的直径控制在5μm以内。为了能对极小的试样进行同位素测量，对分析用的质谱计也做了特别设计。它往往使用双聚焦质谱仪，能够达到高分辨率(10000以上)，以将待测离子与杂质离子区分开。其接收器一般采用离子倍增器，以提高灵敏度。此外，离子探针质谱计还能分析一些用其他方法难以分析的同位素，如Fe和Os的同位素。
离子探针质谱出现于20世纪70年代，最早用于半导体微量杂质的分布研究，70年代后期开始用于氧同位素研究，80年代用于硫和铅同位素研究，目前已广泛用于B、C、O、Si、S、Mg、Ca、稀土、Sr、Pb、U等同位素分析。
当然，离子探针质谱也有其薄弱之处，即分析的精确度较常规方法仍有较大差距。
87.1.1.4 加速器质谱
加速器质谱(AMS)是利用加速器的原理对不同的离子进行分离。由于加速器的高分辨性能，加速器质谱能达到极高的灵敏度。这种仪器对于分析含量极低的同位素有特别的优势，因而特别适于10B、14C、26Al、32Si、36Cl等宇宙射线成因同位素的分析。近年来，随着该项技术的发展(加速器能量加大和灵敏度提高)，这种技术得到广泛应用，成为年轻年代学测定和研究侵蚀、沉积过程的重要手段。
87.1.1.5 多接收器激光等离子体质谱
多接收器激光等离子体质谱(MC-LA-ICP-MS)是在等离子体质谱计(ICP-MS)的基础上发展起来的一种新型质谱计。这种仪器最基本的特征是利用等离子体技术使试样电离，产生离子，进行同位素分析。由于等离子体技术的电离效应远好于表面电离法，有些用热表面电离质谱难以分析的元素(如Os、Fe)也可被电离进行同位素分析。这种技术无需对待测样品进行繁琐的预处理，可以同时测定多种元素的同位素，因而显著地提高了测试工作的效率。早期的ICP-MS多采用四级杆质谱，这种质谱分析速度快，但精确度不够高。新一代的仪器采用磁质谱，前面加上激光采样装置，离子接收部分采用多接收器。新的配置显著提高了测量的精确度和空间分辨率，成为新的有力的工具。MC-LA-ICP-MS的出现使多种重同位素的测试成为可能，这将大大拓宽同位素研究的范围，对同位素研究带来深远影响。
㈥ 水里的H,O,N同位素用什么仪器可测
可以采用飞秒技术的同位素仪器测定
㈦ 有什么仪器可以快速测定金属中的氧含量
可以用熔融萃取法，有专门的分析仪，如TC-436型（LECO生产的），有这种仪器的地方不多。
也可以用电镜中附带的能谱仪和波普仪来做，各高校和科研院所都有，但样品准备要麻烦一些。
㈧ 同位素测定需要什么仪器
根据同位素射线来确定检测的仪器常见的氚，碳14标记的化合物可以用液体闪烁计数仪来测定，碘的同位素放射伽玛射线可以用伽玛计数仪来检测，一般来说就是半衰期长的用液闪，短的用伽玛计数仪
㈨ 测定空气中氧含量的实验中用到的仪器有（ ）求答案
方法不同仪器不同，我这有个初中的实验很简单测量空气的含氧内量测定空气中氧气的容含量实验是采用将钟罩放入盛水的水槽中，通过红磷的燃烧来测定的。由于所用钟军过大，不易于课堂上演示操作，现象的明显性也受到影响。现改进如下。操作方法：1．在集气瓶上贴上一张纸条，将集气瓶容积从上至下五等分，在纸条上注明。2．在毛玻璃片上，固定一只小蜡烛，点燃后放入水槽中。3把集气瓶从蜡烛火焰上方迅速倒扣在毛玻璃片上，并将瓶口用水封住，蜡烛火焰慢慢熄灭。4．移开毛玻璃片，待水进入集气瓶中不再上升时，用毛玻璃片封住瓶口，取出，可观察到集气瓶中的水位线约在集气瓶容积的1／5处。