1.仪器与试剂
1)质谱仪。
本研究所用质谱仪为德国Finnigan公司生产的可调多接收热离子质谱仪(MAT-261),与之联机的计算机用于自动控制、收集数据和数据处理。
该仪器通过热表面电离从离子源产生离子,离子束经0.2mm宽的固定狭缝离开离子源,加速到具有10keV的能量,以26.5°的角度射入90°磁扇场,并以同样的角度射出。
这种装配可以使离散率增加一倍,使得23cm的分离系统具有与粒子轨迹半径为46cm的常规系统同等的离散效果。
收集器狭缝宽度为0.6mm,分辨率大约为500(定义10%的峰谷)。
2)离子交换柱。
实验用交换树脂是强碱型阴离子交换树脂AG-1×8(200~400目)或Dowex 1×8(200~400目)。
下部树脂床内径为5.5~6mm,高15mm,上部盛液管内径为10mm,高100mm,总容积5~6mL。
树脂柱用6mol/L HCl和亚沸蒸馏水(二次去离子水经亚沸蒸馏得到)交替再生3次,最后用混合酸(2mol/L HCl和1mol/L HBr以2:1混合)平衡酸度。
3)其他设备。本实验使用的是80-1型离心机,用于上柱前样品离心;水纯化系统:分别得到一次去离子水和二次去离子水,最后得到的水的电阻率可达18 10Ω;石英亚沸蒸馏器:用于蒸馏HCl、HNO、HBr和二次去离子水;振荡器:用于振荡土壤样品;器皿:本实验所用器皿均为聚四氟乙烯、聚乙烯或石英玻璃。
4)试剂:盐酸和硝酸均由工艺超纯试剂经石英亚沸蒸馏器蒸馏制备;氢溴酸由分析纯氢溴酸经石英亚沸蒸馏器2次蒸馏之后,再经强碱型阴离子交换树脂AG-1×8(200~400目)或Dowex-1×8(200~400目)交换制备;混合酸(由2N 盐酸和1N 氢溴酸以2:1混合),铅同位素标准物质NBS-981,一次去离子水,二次去离子水和亚沸蒸馏水;硅胶(光谱纯SiO和稀硝酸在超声波作用下配制成胶体溶液),磷酸(由优质纯磷酸经阳离子树脂交换纯化),饱和硼酸钠溶液(分析纯硼酸钠经亚沸蒸馏水重结晶)。
图5-5 铅的分离与纯化流程图
2.涂样及质谱分析
将铼带用无水酒精清洗干净,用点焊机将铼带点焊在灯丝支架上,将已点焊好的铼带支架插装在离子源转盘上,并装入烧带装置中,待抽真空至n×10Pa后按预定程序给灯丝供电,在3~5A电流下烧10~30min,以除去铼带表面及其本身所含的铅。
将已预烧好的灯丝转盘移入装样用的空气净化柜内,取下电离带位置上的所有灯丝,依次逐个往灯丝上滴加试样:用清洗干净的微量取样器吸取少量硅胶滴加在灯丝铼带的中心部位,给灯丝加上1A左右的电流以微热烤干硅胶;用微量取样器吸取1滴0.5%的硝酸溶液溶解试样,用清洗干净的微量取样器取出试样溶液滴加在已经烤干的硅胶上;继续加热灯丝使样液的水分蒸发干,再用微量取样器滴加一小滴饱和硼砂溶液(分析纯硼酸钠溶液经亚沸蒸馏水重结晶),蒸干;然后加大通过灯丝的电流驱赶试样中残余酸根,待不再冒白烟后,继续加大电流将灯丝烧至暗红色为止。
转动转盘换至另一灯丝位置,以同样的程序装下一个试样。
并以此将转盘上全部灯丝加满,装样结束后,往电离带位置上插装灯丝插件,检查灯丝带的几何位置,再装上屏蔽罩,最后将转盘装入质谱计离子源中,启动真空系统。
待质谱仪的真空达到要求(n×10Pa)后,打开通往分析管道的隔离阀,给蒸发带灯丝加上电流,缓慢升温。当灯丝温度达到1000~2000℃时,寻找Pb的离子流,并小心调节加到蒸发带上的电流,使离子流达到足够的强度(10~10A)并保持稳定,即可启动自动测试程序,测定铅同位素比值。
每个试样分析采集6~20组数据,每组数据取8~10次扫描数据的平均值。
由联机计算机给出由6~20组数据计算机样品铅同位素比值的平均值及其标准偏差。