激光水穩定性同位素分析儀測定礦泉水中的δ2H、δ18O和δ17O

靳靜靜 李俊超 司炳成

(1.西北農林科技大學中國旱區節水農業研究院，楊凌 712100；2.陜西省土地工程建設集團有限責任公司，西安 710075)

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激光水穩定性同位素分析儀測定礦泉水中的δ2H、δ18O和δ17O

靳靜靜1李俊超2司炳成1

(1.西北農林科技大學中國旱區節水農業研究院，楊凌 712100；2.陜西省土地工程建設集團有限責任公司，西安 710075)

通過多次測定標準樣品，統計分析得出，LWA-45EP型激光水穩定性同位素分析儀具有很好的準確性和精密度，標準樣品的δ2H、δ18O和δ17O的測量值與真值之間達到極顯著相關， R>0.9999，測量精度為0.17 ‰ (δ2H)、0.06 ‰(δ18O)、0.05 ‰(δ17O)。采用該儀器對16種飲用礦泉水進行測定，結果表明水中氫氧同位素組成具有明顯的時空差異。

激光水穩定性同位素分析儀 氫氧同位素組成

1 引言

氫氧穩定同位素示蹤技術為自然界水分循環的研究提供了行之有效的方法[1]，其在確定陸地生態系統水分利用格局[2，3]、作物水源劃分等生態學、農業水文學方面具有重大作用。

目前，測氫氧穩定性同位素的方法有同位素比率質譜儀法(Isotope Ratio Mass Spectometor, IRMS)和激光光譜法。質譜儀因其體積較大，測試成本昂貴，操作復雜而限制了其廣泛應用。而激光同位素分析儀簡化了水分同位素分析過程，去除了分析前處理的化學轉化，體積小重量輕，攜帶便捷，可用于野外實時監測，成本低廉，操作簡單，快速高效。最重要的是激光同位素分析儀在分析純水中δ2H、δ18O和δ17O方面，其準確性和精密度已經接近IRMS法[4，5]。因此，近幾年得到廣泛應用。

本文根據多次測定的標準樣品數據，對LWA-45EP型激光水穩定性同位素分析儀(美國Los Gatos Research公司)的準確性和精密度進行統計分析。并使用該儀器對購買的16種礦泉飲用水進行了氫氧同位素組成分析。

2 試驗部分

2.1 儀器與試劑

LWA-45EP型激光水穩定性同位素分析儀(美國Los Gatos Research公司)兼具液態水和氣態水同位素連續測量功能，可同時測量水中同位素δ2H、δ18O和δ17O，配有LGR專利的光譜污染診斷技術；LC-PAL高速全自動進樣器[6]。

目前本實驗室使用的是美國LGR公司生產的工作標樣，其真值見表1。

表1 LGR公司生產的標準樣品的真值

2.2 樣品處理

用1 mL 醫用注射器吸取水樣1 mL，然后用13 mm直徑、0.45 μm孔徑的尼龍66的針筒式過濾器過濾，將過濾后的樣品加入美國Microliter公司生產的2 mL微量瓶中。樣品量一定要確保一致，統一加1mL，不能過多或過少。樣品加入前必須確保其溫度與當前室溫一致。1 mL 注射器、針筒式過濾器和2 mL 微量瓶上的隔墊都是一次性的，不能重復使用。

2.3 分析條件

該儀器的腔室溫度應保證在43℃～ 44 ℃之間，測量分析時溫度變化不能超過0.2 ℃/時。衰蕩時間Laser A保證在5.8 μs左右，Laser B在5.7 μs左右。測量分析時腔室應該為真空狀態，腔室壓力為0 Torr。每個樣品測量6針，為了去除進樣針的記憶效應，前2針不參與計算，只取后4針的平均值作為樣品的最終結果。

測樣時，每測量3個未知樣品必須測量1個標準樣品。標樣與樣品的測量順序舉例為：(1)LGR2B，S1，S2，S3，LGR3B，S4，S5，S6，LGR4B，S7，S8，S9，LGR5B，S10，S11，S12，LGR2B……。(2)以上從S1～S12等12個樣品共用1條校準曲線(LGR2B，3B，4B，5B生成)，以此類推，S13-S24等12個樣品是共用下1條LGR2B，3B，4B，5B生成的校準曲線。

校準標樣建議選擇3種(含3種)以上，可根據不同地區的樣品氫氧同位素組成自行選擇。根據黃土高原的地域特征，該地區的水同位素組成不會非常貧化或富集。因此，我們在測黃土高原的樣品時常選擇LGR3B，LGR4B和LGR5B這3種標準樣品。

3 結果與討論

3.1 儀器的準確性和精密度

儀器自開始正常測試分析起，統計了目前所有批次的標準樣品的測量值，計算其平均值及標準差，然后與真值對比分析。圖1表明，標準樣品的δ2H、δ18O和δ17O的測量值與真值之間達到極顯著相關， R>0.9999，說明該儀器方法具有非常好的準確性。表2結果得出，該儀器在分析標準樣品中δ2H、δ18O和δ17O方面，其標準差分別為0.14 ‰～0.26 ‰、0.04 ‰ ～0.09 ‰、0.04 ‰～ 0.06 ‰，平均為0.17 ‰、0.06‰、0.05 ‰，完全達到該儀器的測量精度1 ‰ (δ2H)、0.25 ‰(δ18O)、0.25 ‰(δ17O)要求[7]，說明該儀器的精密度很高。

表2 標準樣品的測量值與真值對比

3.2 實際樣品測試

采用該儀器對16種礦泉飲用水進行測定，結果表明(表3)，水源產地不同，水中的氫氧同位素組成變化差異很大，呈現從北向南，緯度從高到低依次富集。加拿大的冰川水及東北地區的泉水中的同位素分餾較小，其同位素值比較貧化，而來源于江西省的百歲山礦泉水中的同位素分餾明顯，其同位素值比較富集。這說明同位素分餾導致水中氫氧同位素組成具有明顯的時空差異。

表3 16種礦泉飲用水樣品測定結果表

4 結論

應用LWA-45EP型激光水穩定性同位素分析儀同時測定水中氫氧同位素值(δ2H、δ18O、δ17O)，方法簡便、快捷、準確性和精密度高，能夠滿足水中氫氧同位素組成測定的要求。

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[6] 理加聯合科技有限公司.http://www.li-ca.com/product/isotope/1324182356422.htm.

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Determination of δ2H，δ18O and δ17O in mineral water by laser water stable isotopes analyzer.

Jin Jingjing1, Li Junchao2, Si Bingcheng1

(1.InstituteofWaterSavingAgricultureinAridAreasofChina，NorthwestA&FUniversity，Yangling712100，China; 2.ShaanxiProvincialLandEngineeringConstructionGroupCo.,LTD,Xi’an710075,China)

The results showed that the laser water stable isotope analyzer (LWA-45EP) had good accuracy and precision.The standard samples of δ2, Hδ18O and δ17O had significant correlation between the measured value and the true value, R>0.9999. The measurement precision was 0.17 ‰ ( δ2H ), 0.06 ‰ ( δ18O ) and 0.05 ‰ ( δ17O ). The determination of 16 kinds of drinking mineral water showed that the hydrogen and oxygen isotopic composition had obvious differences of space and time.

laser water stable isotope analyzer; hydrogen and oxygen isotopic composition

國家自然科學基金項目(K305021308)

靳靜靜，女，1988年出生，碩士，助理實驗師，主要從事大型儀器設備管理，E-mail：jin.jingjing1028@163.com。

10.3936/j.issn.1001-232x.2016.06.007

2016-08-03