專利名稱：恒定氫氧穩(wěn)定同位素比值的水汽發(fā)生器及用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大氣學(xué)、水文學(xué)和穩(wěn)定同位素生態(tài)學(xué)，尤其是涉及大氣水汽穩(wěn)定同位 素儀器的標定技術(shù)。
背景技術(shù)：
由于同位素效應(yīng)的存在，H218O, HD16O和H216O已經(jīng)成為土壤、植被、大氣和海洋間不 同形式水分運動的最佳示蹤劑，已經(jīng)成為涉及大氣、水文和生態(tài)等多種學(xué)科的重要研究工 具。由于在自然界中輕同位素的相對豐度很高，而重同位素的相對豐度很低，因此同位素比 值通常采用S值來表示，δ = (R/Rstd-1) X1000%(1)其中R是180/160或D/H摩爾比，Rstd是標準物質(zhì)的180/160或D/H摩爾比，目前通常采 用維也納(Vienna)標準平均海水(V-SMOW)，其中 180/160 為 0. 0020052，D/H 為 0. 00015576。 以S形式表示的同位素比值的單位是千分之一(％。)。對氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)水δ 18O和δ D的同時測量能夠提供揭示大氣水源區(qū)域和相變 過程的重要信息。與液態(tài)和固態(tài)水S18O和SD的觀測相比，對水汽δ180和SD的觀測可 以在不同季節(jié)和天氣條件下進行，而不局限于有降水或降雪發(fā)生的天氣條件，因而可提供 比單純利用液態(tài)和固態(tài)水S 18O和δ D數(shù)據(jù)更多的關(guān)于大氣學(xué)、水文學(xué)和穩(wěn)定同位素生態(tài)學(xué) 等方面的信息。以往的大氣水汽δ 18O和δ D研究幾乎都依靠大氣水汽冷阱/同位素質(zhì)譜儀技 術(shù)(cold-trap/mass spectrometer method)，通常都包括兩個步驟樣品收集和樣品分 析，而這兩個步驟都是非常耗時費力的。特別是樣品收集的工作周期與大氣本身的水汽 濃度有關(guān)，在比較干燥的大氣條件下，樣品的采集時間往往需要更長的時間，從而導(dǎo)致在 這一期間原本變化的信號被失真的采集，樣品之間的可比性可能由于采集時間的不同而 產(chǎn)生次生誤差。近年來，調(diào)制式半導(dǎo)體激光吸收光譜(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS)技術(shù)的發(fā)展使得對大氣水汽δ 18O和δ D的原位連續(xù)觀測成為可 能。在TDLAS技術(shù)之后，離軸積分腔輸出光譜(Ofi-Axis Integrated Cavity Output Spectroscopy, 0A-IC0S)和波長掃描光腔衰蕩光譜(Wavelength-Scanned Cavity Ring Down Spectroscopy, WS-CRDS)技術(shù)的發(fā)展也使得對大氣水汽δ 18O和δ D的連續(xù)觀測成為 可能。但是，大氣水汽S 18O和δ D穩(wěn)定同位素觀測儀器的觀測精度受外界環(huán)境條件以及 激光光源自身變化的影響，通常具有明顯的非線性響應(yīng)問題。儀器的非線性響應(yīng)指儀器觀 測的具有恒定氫氧穩(wěn)定同位素比值(δ 18O和SD)的不同濃度的水汽結(jié)果應(yīng)該具有相同的 δ180和δ D，但是表現(xiàn)為不同的數(shù)值即非線性的響應(yīng)特征。因此，需要采用適當?shù)臉硕ㄔO(shè)備 和方法進行標定，觀測結(jié)果才能應(yīng)用。因此，可快速、準確的產(chǎn)生可跟隨自然大氣變化的上下區(qū)間兩個濃度，且具有恒定 氫氧穩(wěn)定同位素比值的水汽發(fā)生器及方法是實現(xiàn)大氣水汽S 18O和δ D穩(wěn)定同位素觀測儀 器連續(xù)或定期的標定并獲取高質(zhì)量數(shù)據(jù)的前提。傳統(tǒng)的大氣水汽冷阱/質(zhì)譜儀技術(shù)并不適
3于野外原位觀測條件下系統(tǒng)的性能評價或標定。主要有以下三個原因第一，大氣水汽冷阱 /質(zhì)譜儀技術(shù)耗時費力；第二，易受冷阱冷凝效率所引起誤差的影響；第三，也是最重要的， 所采集到的水汽樣品的結(jié)果只能等到質(zhì)譜儀分析后才能得到，而這對于野外原位連續(xù)觀測 試驗來說是非常不現(xiàn)實的。這將使原位連續(xù)觀測系統(tǒng)的性能無法在技術(shù)上予以保證。

發(fā)明內(nèi)容
為克服大氣水汽δ 18O和δ D穩(wěn)定同位素觀測儀器的非線性響應(yīng)問題，克服傳統(tǒng)的 大氣水汽冷阱/質(zhì)譜儀技術(shù)并不適于野外原位觀測條件下儀器的性能評價或標定的缺點， 開發(fā)了一種具有恒定氫氧穩(wěn)定同位素比值且可以跟隨自然大氣變化的兩個不同濃度的水 汽發(fā)生器及用途，可以用于大氣水汽穩(wěn)定同位素儀器的連續(xù)或定期的性能評價或標定，或 者可以直接用于連續(xù)水汽濃度的發(fā)生器。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種恒定氫氧穩(wěn)定同位素比值的水汽發(fā)生器，包括以下六個部分1)微量滴水裝置，包括液態(tài)水容器(11)和雙向或單向微量注水裝置(15)；2)蒸發(fā)裝置，包括蒸發(fā)瓶(21)、密封瓶蓋(22)和輔助密封設(shè)備(23)和(24)；3)加熱裝置，包括加熱器(31)和保溫板(32)；4)干空氣注入裝置，包括精準流量控制器(41)、除水分子篩(42)、三通接口(44) 和針閥(45)；5)恒定氫氧穩(wěn)定同位素比值的水汽出口，包括四通接口(52)、精準流量控制器 (53)和(55)以及三通接口 (54)；6)空氣混合裝置，包括風(fēng)扇(61)。所述的液態(tài)水容器(11)內(nèi)裝已知穩(wěn)定同位素比值的液體水，通過雙向或單向微 量注水裝置(15)，與兩個三通電磁閥(14)配合將已知穩(wěn)定同位素比值的液態(tài)水注入蒸發(fā) 瓶(21)內(nèi)的蒸發(fā)塊(17)上進行瞬間蒸發(fā)。所述的蒸發(fā)瓶(21)利用密封瓶蓋(22)密封，密封瓶蓋上有四個可密封的接口通 道，蒸發(fā)瓶(21)蓋上密封蓋(22)后再利用輔助密封裝置(23)和(24)進行輔助密封；將密 封后的蒸發(fā)瓶(21)放在加熱器(31)上，并利用保溫板(32)將封閉的蒸發(fā)瓶(21)進行加 熱和保溫。所述的干空氣通過精準流量控制器(41)后，經(jīng)過除水分子篩(42)后通過三通接 口(44)經(jīng)過密封接口(25)進入蒸發(fā)瓶(21)，部分無水干空氣通過三通接口(44)利用針閥 (45)分流提供給后面產(chǎn)生混合的水汽進使用；利用混合風(fēng)扇(61)將蒸發(fā)瓶(21)內(nèi)蒸發(fā)水 汽和干空氣進行充分混合，即獲得具有已知穩(wěn)定同位素比值的氣態(tài)水；已知穩(wěn)定同位素比 值的水汽通過四通接口(52)同時供給精準流量控制器(53)和(55)，而多余的水汽通過四 通接口(52)的第三個通路排入大氣；流過精準流量控制器(53)的水汽可以直接進入目標 儀器；流過精準流量控制器(55)的水汽與通過三通接口(54)的少量干空氣進一步混合從 而降低水汽濃度但仍具有恒定穩(wěn)定同位素比值的水汽標氣，可以直接進入目標儀器。所述的液態(tài)水容器(11)為玻璃或聚四氟乙烯容器。蒸發(fā)瓶(21)為玻璃瓶，密封 瓶蓋(22)為聚四氟乙烯材質(zhì)。加熱器(31)可以持續(xù)加熱，保持溫度在95 100°C之間。 干空氣注入流量利用精準流量控制器(41)和針閥(45)控制；混合后水汽流量利用精準流
4量控制器(53)和(55)控制。所有的通過水汽的管路連接都是利用聚四氟乙烯管連接。上述的水汽發(fā)生器在在發(fā)生具有恒定氫氧穩(wěn)定同位素比值的不同濃度的大氣水 汽同位素以及大氣水汽穩(wěn)定同位素儀器的標定上的用途。技術(shù)效果便于在野外安裝、拆卸，可以根據(jù)需要產(chǎn)生不同濃度的具有恒定氫氧穩(wěn)定同位素 比值的水汽，用于大氣水汽穩(wěn)定同位素儀器的標定，實現(xiàn)儀器的連續(xù)或定期標定。確定和定 義一種適宜野外條件的、能夠獨立的和及時的對該原位連續(xù)觀測系統(tǒng)性能進行客觀評價的 方法。


圖1是恒定氫氧穩(wěn)定同位素比值的水汽發(fā)生器的組裝示意圖。
具體實施例方式以下描述僅表示本發(fā)明的一種具體實施方式
，只是為了進一步對本發(fā)明進行說 明，而不是對本發(fā)明進行限制。恒定氫氧穩(wěn)定同位素比值的水汽發(fā)生器，包括六個部分第一微量滴水裝置，主 要包括液態(tài)水容器(11)以及雙向或單向微量注水裝置(15)；第二蒸發(fā)裝置，主要包括蒸 發(fā)瓶(21)、密封瓶蓋(22)和輔助密封設(shè)備(23)和(24)；第三加熱裝置，主要包括恒溫加 熱器(31)和保溫板(32)；第四干空氣注入裝置，主要包括精準流量控制器(41)、除水分 子篩(42)、三通接口(44)和針閥(45)；第五恒定氫氧穩(wěn)定同位素比值的水汽出口，主要 包括四通接口(52)、精準流量控制器(53)和(55)以及三通接口(54)；第六空氣混合裝 置，主要包括風(fēng)扇(61)。液態(tài)水容器(11)內(nèi)裝已知穩(wěn)定同位素比值(如δ 18O為-10. 00 %。和δ D 為-100. 0%。)的液體水，通過雙向或單向微量注水裝置(15) (PHD2000,harvard apparatus inc.)，與兩個三通電磁閥(14)配合將已知穩(wěn)定同位素比值的液態(tài)水注入蒸發(fā)瓶(21)內(nèi)的 蒸發(fā)臺(17)上進行瞬間蒸發(fā)；蒸發(fā)瓶(21)利用密封瓶蓋(22)密封，密封瓶蓋上有四個可 密封的接口通道，蒸發(fā)瓶(21)蓋上密封蓋(22)后再利用輔助密封裝置(23)和(24)進行 輔助密封；將密封后的蒸發(fā)瓶(21)放在加熱器(31)上，并利用保溫板(32)將封閉的蒸發(fā) 瓶(21)進行加熱和保溫；無水干空氣通過精準流量控制器41 (FMA 5400/5500, Omega)后， 經(jīng)過除水分子篩(42)后通過三通接口(44)經(jīng)過密封接口(25)進入蒸發(fā)瓶(21)，部分無 水干空氣通過三通接口(44)利用針閥(45)控制流量提供給后面混合產(chǎn)生的水汽進一步混 合使用；利用混合風(fēng)扇(61)將蒸發(fā)瓶(21)內(nèi)蒸發(fā)水汽和干空氣進行充分混合，即獲得具有 已知穩(wěn)定同位素比值(如S 18O為-10. 00%。和δ D為-100. 0%ο)的氣態(tài)水；已知穩(wěn)定同位 素比值的水汽通過四通接口(52)通過兩個精準流量控制器(53)和(55) (FMA 5400/5500, Omega inc.)，多余的水汽通過四通接口(52)排入大氣。流過精準流量控制器(53)的水汽 可以直接進入目標儀器，流過精準流量控制器(55)的水汽與通過三通接口(54)的少量干 空氣進一步混合從而降低水汽濃度但仍具有恒定穩(wěn)定同位素比值的水汽標氣，可以直接進 入目標儀器。液態(tài)水容器(11)內(nèi)裝已知穩(wěn)定同位素比值(如δ 18O為-10. 00 %。和δ D為-100.0%。)的液體水。液態(tài)水容器(11)的底端安裝一個兩通閥(13)控制液態(tài)水容器 (11)內(nèi)的液態(tài)水的流出。液態(tài)水容器(11)安裝時底端略高于雙向或單向微量注水裝置 (15)，以便液態(tài)水(12)可以通過重力作用的作用通過兩通閥(13)流出。通過雙向(或單) 向微量注水裝置(15)，與兩個三通電磁閥(14)配合，將已知穩(wěn)定同位素比值的液態(tài)水通過 密封瓶蓋(22)上可密封的接口通道注入蒸發(fā)瓶(21)內(nèi)的蒸發(fā)塊(17)進行蒸發(fā)。所有連 接都利用管路(16)進行連接。蒸發(fā)瓶(21)利用密封瓶蓋(22)密封，密封瓶蓋上有四個可密封的接口通道。四個 可密封的接口通道分別用于風(fēng)扇電源線進口，干空氣進口、液態(tài)水進口和混合水汽出口。蒸 發(fā)瓶(21)蓋上密封蓋(22)后再利用輔助密封裝置(23)和(24)進行密封。密封裝置(23) 為兩塊面積大于蒸發(fā)瓶(21)底部的金屬平板，一塊留有四個可以與密封瓶蓋(22)的四個 密封接口(25)相匹配圓孔的金屬平板，另外一塊是完整的金屬平板。用四個長螺絲(24) 和上下兩個金屬平板(23)將利用密封瓶蓋(22)密封的蒸發(fā)瓶(21)進一步壓緊密封。將密封后的蒸發(fā)瓶(21)放在平板的恒溫加熱器(31)上。加熱器(31)可以持續(xù) 加熱，保證滴入蒸發(fā)瓶的水汽瞬間蒸發(fā)。利用四塊保溫板(32)將蒸發(fā)瓶(21)封閉進行保 溫。利用軟布等材料密封保溫板(32)和金屬平板(32)的交接處進行保溫。利用精準流量控制器(41)控制進入蒸發(fā)瓶(21)的無水干空氣的流量。無水干空 氣需要經(jīng)過除水分子篩(42)進一步除水后，后通過三通接口(44)經(jīng)過密封接口(25)進入 蒸發(fā)瓶(21)。進入蒸發(fā)瓶(21)的無水干空氣直接注到蒸發(fā)瓶(21)的底部。部分無水干 空氣通過三通接口(44)利用針閥(45)控制流量提供給后面混合產(chǎn)生的水汽進一步混合使 用。所有連接都利用管路(43)進行連接。將混合風(fēng)扇(61)固定蒸發(fā)瓶(21)的底部，并靠近瓶壁。利用電源線(62)通過密 封瓶蓋(22)上可密封的接口通道進入蒸發(fā)瓶(21)內(nèi)給混合風(fēng)扇(61)供電。利用混合風(fēng) 扇(61)將蒸發(fā)瓶(21)內(nèi)蒸發(fā)水汽和干空氣進行充分混合，獲得具有已知穩(wěn)定同位素比值 (如 δ 18O 為-10. 00%。和 δ D 為-100. 0%。)的氣態(tài)水。蒸發(fā)瓶(21)內(nèi)混合風(fēng)扇(61)混合的已知穩(wěn)定同位素比值的水汽通過四通接口 (52)后分別通過兩個精準流量控制器(53)和(55)，利用精準流量控制器(53)和(55)控 制進入水汽流量。流過精準流量控制器(53)的水汽可以直接進入目標儀器。流過精準流 量控制器(55)的水汽與通過三通接口(54)的少量干空氣進一步混合從而降低水汽濃度但 仍具有恒定穩(wěn)定同位素比值的水汽標氣，可以直接進入目標儀器。無水干空氣進入蒸發(fā)瓶 (21)的流量要明顯大于通過精準流量控制器(53)和(55)的水汽流量。所有連接都利用管 路(51)進行連接。多余的水汽可以通過四通接口(52)排入大氣?；蛘?，多余的水汽可以 進入其它目標儀器是實現(xiàn)多個儀器的同時標定、或進一步與少量無水干空氣混合產(chǎn)生水汽 濃度梯度標氣、或進入水汽濃度分析儀監(jiān)測水汽濃度。本發(fā)明進一步提供一種恒定氫氧穩(wěn)定同位素比值的水汽發(fā)生器的用途液態(tài)水容器(11)內(nèi)裝已知穩(wěn)定同位素比值(如δ 18O為-10. 00 0Z00和δ D 為-100.0%。)的液體水(12)。液態(tài)水容器(11)的底端安裝一個兩通閥(13)控制液態(tài)水容 器內(nèi)的液態(tài)水的流出。液態(tài)水容器應(yīng)保持不完全狀態(tài)密閉以確保與大氣保持微弱的連通， 從而保證短期內(nèi)液態(tài)水蒸發(fā)導(dǎo)致的同位素分餾可以忽略不計。同時可以保證容器內(nèi)的液 態(tài)水流動不會產(chǎn)生負壓并維持正壓，以便液態(tài)水可以通過重力作用的作用通過兩通閥(13)
6流出。液態(tài)水容器(11)安裝時底端略高于雙向或單向微量注水裝置(15)。利用雙向微量 注水裝置(15)與三通電磁閥(14)配合可以實現(xiàn)連續(xù)的微量注水。通過雙向或單向微量注 水裝置(15)以1 14 μ L miiT1的速度將已知穩(wěn)定同位素比值的液態(tài)水通過密封瓶蓋上可 密封的接口通道(22)注入蒸發(fā)瓶(21)內(nèi)的蒸發(fā)塊(17)。蒸發(fā)瓶(21)內(nèi)的液態(tài)水將會瞬 間蒸發(fā)成氣態(tài)水，因此，氣態(tài)水與液態(tài)水具有相同的穩(wěn)定同位素比值。蒸發(fā)瓶(21)利用密封瓶蓋(22)密封，密封瓶蓋(22)上有四個可密封的接口通道 (25)。四個可密封的接口通道(25)分別用于風(fēng)扇電源線進口，干空氣進口、混合水汽出口 和液態(tài)水進口。蒸發(fā)瓶(21)蓋上密封蓋(22)后再利用輔助密封裝置(23、24)和進行密封。 密封裝置(23)為兩塊面積大于蒸發(fā)瓶底部的金屬平板(23)，一塊是留有四個與密封瓶蓋 (22)的四個可密封的接口通道(25)相匹配圓孔的金屬平板，另外一塊就是金屬平板。用四 個特制長螺絲(24)和上下兩個金屬平板(23)將利用密封瓶蓋(22)密封的蒸發(fā)瓶(21)進 一步壓緊密封。所有安裝完成時，可以封閉四個可密封的接口通道中的三個，利用另外一個 接高壓氣瓶，氣壓達到20psi后關(guān)閉氣瓶，檢查裝置是否漏氣即是否可以維護氣壓不變。將密封后的蒸發(fā)瓶(21)放在平板恒溫加熱器(31)上。加熱器(31)可以持續(xù)加 熱，保持溫度在95 100°C之間某一恒定溫度，保證滴入蒸發(fā)瓶(21)的水汽瞬間蒸發(fā)。利 用四塊保溫板(24)對蒸發(fā)瓶(21)進行保溫。同時利用軟布等材料將管路與蒸發(fā)瓶(21) 結(jié)合部位進行覆蓋保溫?？梢栽谄可w(22)處和瓶底處安裝兩個熱電偶監(jiān)測蒸發(fā)瓶(21)的 實際溫度。利用精準流量控制器(41)控制進入蒸發(fā)瓶(21)的99. 999%的無水干空氣的流 量。流量應(yīng)該大于設(shè)定的進入儀器的標定氣體流量，保持在300 2000ml min_3范圍內(nèi)。 無水干空氣需要經(jīng)過除水分子篩(42)進一步除水后，后通過三通接口(44)經(jīng)過密封接口 (22)進入蒸發(fā)瓶(21)。進入蒸發(fā)瓶(21)的無水干空氣直接注到蒸發(fā)瓶(21)的底部。部 分無水干空氣通過三通接口(44)利用針閥控(45)制流量提供給后面混合產(chǎn)生的水汽進一 步混合使用。將混合風(fēng)扇(61)固定蒸發(fā)瓶(21)的底部，并靠近瓶壁。利用電源線(62)通過密 封瓶蓋(22)上可密封的接口通道(25)進入蒸發(fā)瓶(21)內(nèi)給混合風(fēng)扇(61)供電。利用混 合風(fēng)扇(61)將蒸發(fā)瓶(21)內(nèi)蒸發(fā)水汽和干空氣進行充分混合，獲得具有已知穩(wěn)定同位比 值(如δ 18O為-10. 00%。和δ D為-100. 0%。)的氣態(tài)水。蒸發(fā)瓶(21)內(nèi)利用混合風(fēng)扇(61)混合的已知穩(wěn)定同位素比值的水汽通過四通接 口(52)后分別通過兩個精準流量控制器(53、55)，利用精準流量控制器控制(53、55)進入 水汽流量。這里以產(chǎn)生兩個跨度的標準校正氣(Si和S2)為例。定量的干空氣進入蒸發(fā)瓶 (21)與定量的液態(tài)水蒸發(fā)的水汽混合，混合后產(chǎn)生的濕空氣為校正氣S2，建議其水汽混合 比將高于儀器觀測的大氣水汽混合比的5%左右。水汽S2濃度可以根據(jù)液態(tài)水量和干空氣 量調(diào)節(jié)，產(chǎn)生不同濃度的水汽。流過精準流量控制器(53)的水汽S2可以直接進入目標儀器。流過精準流量控制器(55)的水汽與通過三通接口(54)的少量干空氣進一步混合 從而降低水汽濃度但仍具有恒定穩(wěn)定同位素比值的水汽標氣Si，建議其水汽混合比將低于 大氣水汽混合比的5%左右。水汽Sl也可以直接進入目標儀器。無水干空氣進入蒸發(fā)瓶 (21)的流量要明顯大于通過精準流量控制器(53、55)的水汽流量。多余的水汽可以通過四通接口(52)排入大氣?；蛘撸嘤嗟乃梢赃M入其它目標儀器是實現(xiàn)多個儀器的同時標 定、或進一步與少量無水干空氣混合產(chǎn)生水汽濃度梯度標氣、或進入水汽濃度分析儀監(jiān)測 水汽濃度。所有通過水汽的連接都利用聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene，簡稱Teflon) 管路進行連接。聚四氟乙烯管對H2180，HD16O和H2160沒有吸附作用，即不會導(dǎo)致同位素分 餾效應(yīng)的發(fā)生。大氣水汽δ 18O和SD標定的計算方法因為蒸發(fā)瓶內(nèi)液態(tài)水的瞬間蒸發(fā)，那 么校正氣S2和Sl與滴水泵的液態(tài)水具有相同的同位素比值(δ 18O為-10. 00%。和SD 為-100. 0%。)。利用恒定氫氧穩(wěn)定同位素比值的水汽發(fā)生器產(chǎn)生兩個濕度跨度的標定氣 (S2和Si)跟蹤外界大氣水汽濃度變化。零點標定可以直接利用通過分子篩的99. 999%的
干空氣直接供給。如前所述，大氣水汽δ 18O和δ D穩(wěn)定同位素觀測儀器的觀測精度受外界環(huán)境條件 以及激光光源自身變化的影響，因此無法準確地確定S18O和SD的真值?？陀^需要利用恒 定氫氧穩(wěn)定同位素比值的水汽發(fā)生器產(chǎn)生的標氣Si、S2和零氣進行在線標定，對觀測數(shù)據(jù) 進行校正可以得到大氣水汽S 18O和δ D的真值。大氣水汽δ 18O和δ D的校正分為兩個步驟。假設(shè)Xi為該系統(tǒng)第i個進氣口未校 正的水汽摩爾混合比(i = 1，2，3，4，分別為S1、S2、零氣和外界大氣)，而χ丨為未校正的微量 氣體(H218O或HD0)的摩爾混合比(i = 1，2，3，4，分別為S1、S2、零氣和外界大氣)。因此，如果Sl用作校正氣時，大氣水汽δ 18O或δ D可以表示為Rl=Rd & 二 &(2a)
X^ ~~ X ^ X ^ OC 2或者S2用作校正氣時，大氣水汽δ 18O或δ D也可以表示為，
IIR2=Rd 二(2b)這里Rd為液態(tài)水容器內(nèi)液態(tài)校正水180/160或D/H的摩爾比值。校正后的結(jié)果可 以轉(zhuǎn)換為δ符號表示，δ j = (R1ZR std-l) X1000%(3a)和δ 2 = (R2/R std-l) X1000%(3b) 其中R1和R2是180/160或D/H摩爾比，Rstd是標準物質(zhì)的180/160或D/H摩爾比，
vStd
18^ /16廠
目前通常采用維也納(Vienna)標準平均海水(V-SMOW)，其中180/160為0. 0020052，D/H為 0.00015576。以δ形式表示的同位素比值的單位是千分之一(％。)。為進一步的降低大氣水汽δ 18O和δ D穩(wěn)定同位素觀測儀器的非線性誤差，利用 \和S 2進行線性內(nèi)插來獲得真正的大氣水汽S 18O或SD，dv=Sx+f^\(x,-xx)(4)
(X2 -X1)
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權(quán)利要求
一種恒定氫氧穩(wěn)定同位素比值的水汽發(fā)生器，其特征在于包括以下六個部分1)微量滴水裝置，包括液態(tài)水容器(11)、雙向或單向微量注水裝置(15)和蒸發(fā)塊(17)；2)蒸發(fā)裝置，包括蒸發(fā)瓶(21)、密封瓶蓋(22)和輔助密封設(shè)備(23)和(24)；3)加熱裝置，包括加熱器(31)和保溫板(32)；4)干空氣注入裝置，包括精準流量控制器(41)、除水分子篩(42)、三通接口(44)和針閥(45)；5)恒定氫氧穩(wěn)定同位素比值的水汽出口，包括四通接口(52)、精準流量控制器(53)和(55)以及三通接口(54)；6)空氣混合裝置，包括風(fēng)扇(61)。
2.如權(quán)利要求1所述的水汽發(fā)生器，其特征在于所述的液態(tài)水容器(11)內(nèi)裝已知穩(wěn)定同位素比值的液體水，通過雙向或單向微量注 水裝置(15)，與兩個三通電磁閥(14)配合將已知穩(wěn)定同位素比值的液態(tài)水連續(xù)注入蒸發(fā) 瓶(21)內(nèi)的蒸發(fā)塊(17)上進行瞬間蒸發(fā)。
3.如權(quán)利要求2所述的水汽發(fā)生器，其特征在于所述的蒸發(fā)瓶(21)利用密封瓶蓋(22)密封，密封瓶蓋上有四個可密封的接口通道，蒸發(fā) 瓶(21)蓋上密封蓋(22)后再利用輔助密封裝置(23)和(24)進行輔助密封；將密封后的蒸 發(fā)瓶(21)放在加熱器(31)上，并利用保溫板(32)將封閉的蒸發(fā)瓶(21)進行加熱和保溫。
4.如權(quán)利要求3所述的水汽發(fā)生器，其特征在于所述的干空氣通過精準流量控制器(41)后，經(jīng)過除水分子篩(42)后通過三通接口(44)經(jīng)過密封接口(25)進入蒸發(fā)瓶(21)，部分無水干空氣通過三通接口(44)利用針閥(45)調(diào)節(jié)并分流提供給后面產(chǎn)生混合的水汽使用；利用混合風(fēng)扇(61)將蒸發(fā)瓶(21)內(nèi)蒸 發(fā)水汽和干空氣進行充分混合，即獲得具有已知穩(wěn)定同位素比值的氣態(tài)水；已知穩(wěn)定同位 素比值的水汽通過四通接口(52)同時供給精準流量控制器(53)和(55)，而多余的水汽通 過四通接口(52)的第三個通路排入大氣；流過精準流量控制器(53)的水汽直接進入目標 儀器；流過精準流量控制器(55)的水汽與通過三通接口(54)的少量干空氣進一步混合從 而降低水汽濃度但仍具有恒定穩(wěn)定同位素比值的水汽標氣，直接進入目標儀器。
5.如權(quán)利要求1-4任一所述的水汽發(fā)生器，其特征在于所述的液態(tài)水容器(11)為玻 璃或聚四氟乙烯容器。
6.如權(quán)利要求1-4任一所述的水汽發(fā)生器，其特征在于所述的蒸發(fā)瓶(21)為玻璃 瓶，密封瓶蓋(22)為聚四氟乙烯材質(zhì)。
7.如權(quán)利要求1-4任一所述的水汽發(fā)生器，其特征在于所述的加熱器(31)持續(xù)加 熱，保持溫度在95 100°C之間。
8.如權(quán)利要求1-4任一所述的水汽發(fā)生器，其特征在于干空氣注入流量利用精準流 量控制器(41)和針閥(45)控制；混合后水汽流量利用精準流量控制器(53)和(55)控制。
9.如權(quán)利要求1-4任一所述的水汽發(fā)生器，其特征在于所有的通過水汽的管路連接 都是利用聚四氟乙烯管連接。
10.如權(quán)利要求1-9任一所述的水汽發(fā)生器在發(fā)生具有恒定氫氧穩(wěn)定同位素比值的不 同濃度的大氣水汽同位素以及大氣水汽穩(wěn)定同位素儀器的標定上的用途。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種可以根據(jù)需要產(chǎn)生不同濃度的具有恒定氫氧穩(wěn)定同位素比值的水汽發(fā)生器及方法?？梢杂糜诖髿馑€(wěn)定同位素儀器的標定，實現(xiàn)儀器的連續(xù)或定期的性能評價或標定或者可以直接用于不同濃度水汽的發(fā)生器，便于在野外安裝和拆卸。本發(fā)明包括包括六個部分(1)微量滴水裝置；(2)蒸發(fā)裝置；(3)恒溫加熱裝置；(4)干空氣注入裝置；(5)水汽出口；(6)空氣混合裝置。
文檔編號G01N33/00GK101907618SQ20101022355
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月12日
發(fā)明者于貴瑞, 孫曉敏, 張心昱, 李旭輝, 李勝功, 溫學(xué)發(fā), 王建林 申請人:中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所