加速器质谱14C分析石墨制备技术研究进展

作     者：刘圣华 史慧霞 蒋雅欣 徐胜 刘冰冰 LIU Sheng-hua;SHI Hui-xia;JIANG Ya-xin;XU Sheng;LIU Bing-bing

作者机构：中国地质大学(北京)地球科学与资源学院北京100083 中国地质科学院水文地质环境地质研究所河北石家庄050061 天津大学表层地球系统科学研究院天津300072 

出 版 物：《岩矿测试》 (Rock and Mineral Analysis)

年 卷 期：2019年第38卷第5期

页      面：583-597页

核心收录：

学科分类：0709[理学-地质学] 0819[工学-矿业工程] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 070302[理学-分析化学] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 0817[工学-化学工程与技术] 0708[理学-地球物理学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0815[工学-水利工程] 0703[理学-化学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：中国地质科学院基本科研业务费项目(YYWF201517 SK201603) 

主　　题：加速器质谱 14C 石墨制备 微量样品 碳污染 

摘      要：加速器质谱(AMS)是进行14C同位素分析的主要技术手段,而高精度低本底加速器质谱14C分析主要受样品制备技术限制,因此探讨如何提高石墨制备的稳定性和控制碳污染降低本底将有助于产出高质量14C分析数据,突破14C测年上限(约5.0万年),进一步拓宽14C年代学和同位素示踪的应用范畴。本文详细阐述了催化还原法(H2/Fe法、Zn/Fe法和Zn-TiH2/Fe法)制备石墨样品的真空装置和主要工作原理,指出了微量样品石墨制备过程中同位素分馏、石墨产率、束流强度以及精密度与样品量之间存在严重的依赖关系及其抑制方法。着重探讨了石墨制备技术实验条件(还原剂、催化剂、温度等)的优化选择及其与石墨产率、同位素分馏、束流性能之间的内在联系,总结分析了碳污染来源并探寻合适的碳污染控制技术。目前的研究表明最佳实验条件为:H2/Fe法宜采用还原剂H2/CO2(体积比2~2.5),催化剂为源自氢还原单质铁粉(-325目球粒,Fe/C=2~5),温度500~550℃;Zn/Fe法宜采用还原剂Zn/C(质量比50~80),催化剂为源自氢还原单质铁粉(-325目球粒,Fe/C=2~5),Zn反应管温度400~450℃,Fe反应管温度500~550℃。碳污染来源于制备过程中的各个方面,除采用高温除碳的方式外还可采用适当的数学模型加以校正,但还需要更多详细的实验工作来加强现有认识,以期更好地消除碳污染对测试结果的影响。对测年目标组分不稳定的样品(如地下水中的溶解无机碳)应避免样品直接暴露于大气,以减少野外采样过程中现代大气CO2对测量结果的影响。