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環境同位素水樣采集的要求和方法

(1) 14C水樣采集

IAEA實驗室在14C分析水的環境同位素需要2.5g碳(國內大部分實驗室需要3 ~ 5g碳)。因此,對於含250×10-6碳酸氫鹽的水溶液,壹般采集60L水樣就足夠了。如果碳含量小於250×10-6,則需要按其含量比例增加水樣。為了避免運送大量水樣,推薦采用已經采用的碳酸鹽沈澱法進行采樣。

碳年齡測定所需的水量取決於水中碳酸氫鹽和碳酸鹽的含量。分析需要2.5克碳,相應的碳酸鹽和碳酸氫鹽約為12.5克。所需的最小水量可參考以下關系式計算:

取樣體積(L)=12500(毫克)/(碳酸氫鹽濃度) (毫克/升)(7-1)

碳酸鹽和碳酸氫鹽的量通過p H值為8.3的碳酸鹽和p H值為4.3的碳酸氫鹽的堿度滴定來確定。由於任何矽酸鹽、硼酸鹽、氫氧化物或其他強堿陰離子也在滴定範圍內,這將導致更大的堿度值,從而導致計算的水樣體積更小。因此,取樣量壹般為計算所需值的25%以上。

水樣可在任何潔凈密閉的容器中采集,在14C采樣時主要的預防措施是避免暴露在空氣中,因為空氣中的CO2會汙染14C的分析沈積物,導致鑒定年齡年輕化。

可使用幹凈的桶、玻璃或聚乙烯瓶及其容器進行取樣,裝有酸的瓶子在使用前應仔細清洗,因為少量的殘酸會產生CO2氣體,以還原樣品中的碳酸鹽。

現場沈澱:可以直接在沈澱器中取樣,在現場進行現場沈澱。在這種情況下,妳只需要把壹個1 L的裝著沈積物的水瓶從現場采樣點送到實驗室就可以了。14C分析的取樣步驟之壹是將水樣中的碳酸鹽沈澱在容積約60L的桶形容器中。這個過程很簡單,但是要註意相關細節,尤其是與空氣的隔絕。在調節p H值以將碳酸氫鹽轉化為碳酸鹽後,加入氯化鍶或氯化鋇以在水溶液中形成硫酸鍶和碳酸鍶或硫酸鋇和碳酸鋇的混合沈澱。正常情況下,這是壹種細顆粒沈澱,需要幾個小時才能完全沈澱。鐵鹽和聚丙烯酰胺是良好的絮凝劑,能促進粗粒聚合物的形成,縮短沈澱時間。壹些水會產生絮狀聚合物,必須通過虹吸轉移到幾個樣品瓶中。

14C同位素的試劑溶液:

1)硫酸亞鐵(FeSO 4·7H2O);為每次沈澱提供單獨的5g小瓶。

2)氫氧化鈉溶液:將約650克氫氧化鈉溶解在800毫升煮沸的(除去CO2)去離子水中。用這種飽和溶液(含有未溶解的氫氧化鈉)裝滿容器,蓋上蓋子,保持2 ~ 3周,使這種溶液中未溶解的碳酸鈉沈澱出來。輕輕倒出上層清液並保存,防止CO2溶解在空氣中。

3)src L2·6H2O或BaCl2 6H2O粉末:在每個容器中放入200g BaCl2或170gSrCl2,使用前溶於800mL水樣(使用1L廣口瓶)中,剩余約30mL(以備後期檢查反應是否完成)。向沈澱器中加入其他物質。

4)聚丙烯酰胺溶液:將5g聚丙烯酰胺溶於1000mL沸騰蒸餾水中。用這種飽和溶液裝滿容器,蓋上蓋子,保存起來以備後用。如果采集了大量樣本,根據需要配置相應的數量。

上述步驟用於在最原始和偏遠的條件下收集14C個樣本。為了用放射性碳測定結果合理計算水的年齡,建議現場完成碳酸氫鹽滴定,現場測定水的p H值和遊離CO2。在運輸條件安全且水瓶不會破碎的情況下,建議用2L玻璃瓶代替塑料瓶采樣,並提供室內測試。

以下是IAEA提供的使用錐形沈澱器取樣的步驟:

1)將除塵器安裝在堅固的水平底座上(圖7-1)。

圖7-1錐形除塵器示意圖

2)用水樣中的水清洗沈澱器。

3)擰緊錐形杯底部的1L聚乙烯瓶。

4)將水樣註入沈澱器的頸部,以確保軟管和桶中沒有外來物質。

5)加入5g硫酸亞鐵(FeSO4 7H2O),攪拌使其溶解並均勻分布。

註意:如果水樣含有溶解的H2S(氣味!),不要加入硫酸亞鐵,否則容易生成黑色的Fe S沈澱,在處理過程中會造成壹些問題。

6)加入50毫升不含碳酸鹽的飽和NaOH溶液,充分攪拌,用pH計或p H試紙測量水樣的堿度。如有必要,加入更多的氫氧化鈉直至pH > 1;以12為準。應避免NaOH溶液暴露在空氣中。

7)將200gBaCl2或170gSrCl2完全溶解在約800mL水樣中(必要時可多溶解壹點),並留30mL備用。將其余加入取樣容器中,蓋緊容器並攪拌5分鐘,會逐漸形成大量沈澱。

8)加入40m L聚丙烯酰胺溶液,蓋緊容器,每隔幾分鐘緩慢攪拌1分鐘,攪拌3分鐘。如果沈澱物呈顆粒狀,會迅速沈入樣品瓶中,用攪拌棒沿漏鬥壁滑入瓶中。

9)在不攪拌的情況下,在沈澱器頂部加入儲備的(30mL)BaCl2或SrCl2溶液,檢查是否完全沈澱。如果有深色物質,說明需要進壹步沈澱,要多加BaCl2或SrCl2。同時,可能需要加入氫氧化鈉溶液並攪拌,以確保完全沈澱。

10)如果沈澱物因其絮狀性質在壹小時內不能完全沈入樣品瓶,將塑料管從沈澱器底部插入樣品瓶,慢慢將沈澱物吸入另壹個樣品瓶。這將導致更多的沈澱物通過漏鬥進入樣品瓶。用手輕敲漏鬥壁將有助於沈澱物下沈。繼續把沈澱物吸到其他瓶子裏,直到漏鬥裏沒有沈澱物。這種絮狀沈澱會在瓶中沈澱壹夜。如果需要多瓶采集其他樣品,可以先將同壹樣品每瓶的清水倒掉,再將沈澱物合並到壹瓶。

11)當所有沈澱物從漏鬥中取出後,用固定在攪拌棒底部的橡膠塞塞住漏鬥頸部,以封閉漏鬥底部。取出裝有沈澱物的瓶子,蓋緊並貼上標簽,標簽上應註明日期、樣品號、井號、取樣位置等特殊情況。

12)用攪拌棒松開橡膠塞,清空沈澱器,徹底沖洗並排空沈澱器。

13)根據附加試驗項目確定1L塑料瓶是否完全裝滿水,並蓋緊蓋子。

14)運輸前要填寫,檢查,貼標簽。

(2)地下水中18O和2H分析樣品

取50 ~ 50~100m L原水樣,無特殊要求,註意密封。

(3) 13C水中溶解無機碳的采樣

取樣體積由水中溶解無機碳的濃度決定。現場堿度測量可以給出該濃度。測定堿度需要5mg左右。以下取樣量為保守量,允許重復分析(表7-2)。

表7-2實測現場堿度與取樣體積的關系

水瓶:使用帶密封蓋的琥珀色玻璃或重塑料瓶,最好使用矽隔膜塞,以便在實驗室中用註射器抽取。

另壹種選擇是使用圓柱形雙閥鋼容器或玻璃容器,其容積足以容納含有至少5毫克碳的水樣。如果取樣時氣體沒有逸出,也可采用專用取樣器或地下抽取法,必須避免與空氣交換。

樣品必須保存在陰涼的地方,最多在取樣後幾天內進行分析。如果樣品儲存期超過壹至兩周,或預計DOC含量較高(碳含量為1 ~ 2 mg/L),應加入疊氮化鈉。

在幹凈洗過的水瓶底部放壹個緩沖墊,避免濺出,但允許溢出。如果使用直通雙閥取樣器,在關閉前至少應浸沒兩個體積。如有必要。取樣前,在取樣瓶中加入少量的N2鈉,密封樣品並儲存在陰涼處。

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