激光水稳定性同位素分析仪测定矿泉水中的δ2H、δ18O和δ17O

靳静静 李俊超 司炳成

(1.西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院，杨凌 712100；2.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，西安 710075)



激光水稳定性同位素分析仪测定矿泉水中的δ2H、δ18O和δ17O

靳静静1李俊超2司炳成1

(1.西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院，杨凌 712100；2.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，西安 710075)

通过多次测定标准样品，统计分析得出，LWA-45EP型激光水稳定性同位素分析仪具有很好的准确性和精密度，标准样品的δ2H、δ18O和δ17O的测量值与真值之间达到极显著相关， R>0.9999，测量精度为0.17 ‰ (δ2H)、0.06 ‰(δ18O)、0.05 ‰(δ17O)。采用该仪器对16种饮用矿泉水进行测定，结果表明水中氢氧同位素组成具有明显的时空差异。

激光水稳定性同位素分析仪 氢氧同位素组成

1 引言

氢氧稳定同位素示踪技术为自然界水分循环的研究提供了行之有效的方法[1]，其在确定陆地生态系统水分利用格局[2，3]、作物水源划分等生态学、农业水文学方面具有重大作用。

目前，测氢氧稳定性同位素的方法有同位素比率质谱仪法(Isotope Ratio Mass Spectometor, IRMS)和激光光谱法。质谱仪因其体积较大，测试成本昂贵，操作复杂而限制了其广泛应用。而激光同位素分析仪简化了水分同位素分析过程，去除了分析前处理的化学转化，体积小重量轻，携带便捷，可用于野外实时监测，成本低廉，操作简单，快速高效。最重要的是激光同位素分析仪在分析纯水中δ2H、δ18O和δ17O方面，其准确性和精密度已经接近IRMS法[4，5]。因此，近几年得到广泛应用。

本文根据多次测定的标准样品数据，对LWA-45EP型激光水稳定性同位素分析仪(美国Los Gatos Research公司)的准确性和精密度进行统计分析。并使用该仪器对购买的16种矿泉饮用水进行了氢氧同位素组成分析。

2 试验部分

2.1 仪器与试剂

LWA-45EP型激光水稳定性同位素分析仪(美国Los Gatos Research公司)兼具液态水和气态水同位素连续测量功能，可同时测量水中同位素δ2H、δ18O和δ17O，配有LGR专利的光谱污染诊断技术；LC-PAL高速全自动进样器[6]。

目前本实验室使用的是美国LGR公司生产的工作标样，其真值见表1。

表1 LGR公司生产的标准样品的真值

2.2 样品处理

用1 mL 医用注射器吸取水样1 mL，然后用13 mm直径、0.45 μm孔径的尼龙66的针筒式过滤器过滤，将过滤后的样品加入美国Microliter公司生产的2 mL微量瓶中。样品量一定要确保一致，统一加1mL，不能过多或过少。样品加入前必须确保其温度与当前室温一致。1 mL 注射器、针筒式过滤器和2 mL 微量瓶上的隔垫都是一次性的，不能重复使用。

2.3 分析条件

该仪器的腔室温度应保证在43℃～ 44 ℃之间，测量分析时温度变化不能超过0.2 ℃/时。衰荡时间Laser A保证在5.8 μs左右，Laser B在5.7 μs左右。测量分析时腔室应该为真空状态，腔室压力为0 Torr。每个样品测量6针，为了去除进样针的记忆效应，前2针不参与计算，只取后4针的平均值作为样品的最终结果。

测样时，每测量3个未知样品必须测量1个标准样品。标样与样品的测量顺序举例为：(1)LGR2B，S1，S2，S3，LGR3B，S4，S5，S6，LGR4B，S7，S8，S9，LGR5B，S10，S11，S12，LGR2B……。(2)以上从S1～S12等12个样品共用1条校准曲线(LGR2B，3B，4B，5B生成)，以此类推，S13-S24等12个样品是共用下1条LGR2B，3B，4B，5B生成的校准曲线。

校准标样建议选择3种(含3种)以上，可根据不同地区的样品氢氧同位素组成自行选择。根据黄土高原的地域特征，该地区的水同位素组成不会非常贫化或富集。因此，我们在测黄土高原的样品时常选择LGR3B，LGR4B和LGR5B这3种标准样品。

3 结果与讨论

3.1 仪器的准确性和精密度

仪器自开始正常测试分析起，统计了目前所有批次的标准样品的测量值，计算其平均值及标准差，然后与真值对比分析。图1表明，标准样品的δ2H、δ18O和δ17O的测量值与真值之间达到极显著相关， R>0.9999，说明该仪器方法具有非常好的准确性。表2结果得出，该仪器在分析标准样品中δ2H、δ18O和δ17O方面，其标准差分别为0.14 ‰～0.26 ‰、0.04 ‰ ～0.09 ‰、0.04 ‰～ 0.06 ‰，平均为0.17 ‰、0.06‰、0.05 ‰，完全达到该仪器的测量精度1 ‰ (δ2H)、0.25 ‰(δ18O)、0.25 ‰(δ17O)要求[7]，说明该仪器的精密度很高。

表2 标准样品的测量值与真值对比

3.2 实际样品测试

采用该仪器对16种矿泉饮用水进行测定，结果表明(表3)，水源产地不同，水中的氢氧同位素组成变化差异很大，呈现从北向南，纬度从高到低依次富集。加拿大的冰川水及东北地区的泉水中的同位素分馏较小，其同位素值比较贫化，而来源于江西省的百岁山矿泉水中的同位素分馏明显，其同位素值比较富集。这说明同位素分馏导致水中氢氧同位素组成具有明显的时空差异。

表3 16种矿泉饮用水样品测定结果表

4 结论

应用LWA-45EP型激光水稳定性同位素分析仪同时测定水中氢氧同位素值(δ2H、δ18O、δ17O)，方法简便、快捷、准确性和精密度高，能够满足水中氢氧同位素组成测定的要求。

[1] Brooks J R, Barnard H R, Coulombe R, et al. Ecohydrologic separation of water between trees and streams in a Mediterranean climate [J]. Nature Geoscience, 2009,3: 100-104.

[2] Lee X H, Kim K, Smith R, et al. Temporal variations of the18O/16O signal of the whole-canopy transpiration in a temperate forest [J]. Global Biogeochemical Cycles, 2007, 21: GB3013.

[3] West A G, Hultine K R, Burtch K G, et al. Seasonal variations in moisture use in a pinon-juniper woodland [J]. Oecologia, 2007, 153: 787-798.

[4] Brand W A, Geilmann H, Crosson E R, et al. Cavity ring-down spectroscopy versus high-temperature conversion isotope ratio mass spectrometry: A case study onδ2H and δ18O of pure water samples and alcohol/water mixtures [J]. Rapid Communications in Mass Spectrometry, 2009, 23: 1879-1884.

[5] Gupta P, Noone D, Galewsky J, et al. Demonstration of high-precision continuous measurements of water vapor isotopologues in laboratory and remote field deployments using wavelength-scanned cavity ring-downspectroscopy ( WS-CRDS ) technology [J]. Rapid Communication in Mass Spectrometry, 2009, 23: 2534-2542.

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

[7] Natalie M S, Timothy J G, Lee X H, et al. Identification and correction of spectral contamination in2H/1H and18O/16O measured in leaf, stem, and soil water [J]. Rapid Communication in Mass Spectrometry, 2011, 25: 3360-3368.

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

国家自然科学基金项目(K305021308)

靳静静，女，1988年出生，硕士，助理实验师，主要从事大型仪器设备管理，E-mail：jin.jingjing1028@163.com。

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

2016-08-03