DZ/T 0064.78-2021《地下水质分析方法第78部分：氘的测定》全文与要点

分类：水文地质与环境地质时间：2026-9-23 11:00:00 浏览：140次评论：0

摘要：DZ/T 0064.78-2021《地下水质分析方法第78部分：氘的测定金属锌还原—气体同位素质谱法》由中华人民共和国自然资源部于2021年2月22日发布，2021年7月1日实施，代替DZ/T 0064.78-1993《金属锌还原法测定氚》，由自然资源部提出、全国自然资源与国土空间规划标准化技术委员会归口，本部分规定了金属锌还原-气体同位素质谱法测定地下水中氢同位素氘的方法，适用于地下水资源调查、评价、监测和利用等水样中氘的测定。方法原理是在400-420℃温度下，金属锌将水中氢还原为氢气，所得氢气在低温（液氮）下被活性炭吸附后，再升温到室温放出氢气并转移到气样管中，在质谱计上测定2H/1H比值，进而得出天然水样的δ2H。标准规定了仪器设备（气体同位素质谱仪具双进样系统、氢气制备装置真空系统图、10μL注射器）、仪器参数（灵敏度S>10A/Pa、工作分辨率M/△M>95、丰度灵敏度A.S<5×10⁻⁶、测量精度E.P<0.4‰）、试验步骤（气样制备：抽真空至10⁻²Pa、注入4.0μL水样、冷阱A冷冻、锌反应炉400℃反应30min、活性炭液氮吸附、气样管转移；质谱测定：双进样、零富集测试δD与标准值差≤1.0‰）、数据处理（δ2H相对于VSMOW的千分差）、质量保证和控制（标准物质头中尾分布、平行样≥15%标准偏差≤1‰）、特殊情况（含悬浮物或沉淀杂质样品用0.45μm滤膜过滤后取样）等要求，附录A给出标准的有关说明（水样100%转化是成败关键、锌反应炉温度必须控制在400-420℃、活性炭使用前加热脱气），附录B给出氢氧同位素标准物质认定值（V-SMOW、SLAP、GISP、GBW04458-04461），是地下水氘测定的经典标准方法。

关键字：气体同位素质谱地下水氘氢同位素同位素水文学金属锌还原

标准概况

DZ/T 0064.78-2021《地下水质分析方法第78部分：氘的测定金属锌还原—气体同位素质谱法》是DZ/T 0064《地下水质分析方法》系列标准的第78部分，由自然资源部2021年2月22日发布、2021年7月1日实施，代替DZ/T 0064.78-1993《地下水质检验方法金属锌还原法测定氚》。本部分由中华人民共和国自然资源部提出、全国自然资源与国土空间规划标准化技术委员会归口，本部分与DZ/T 0064.78-1993相比主要变化：标准名称改为"地下水质分析方法第78部分：氘的测定金属锌还原—气体同位素质谱法"；增加了警示内容、前言和规范性引用文件；增加了仪器工作条件参数和仪器操作内容；增加了使用标准物质的认定值；增加了质量保证和控制内容。

标准定位

本部分规定了金属锌还原-气体同位素质谱法测定地下水中氢同位素氘的方法，适用于地下水资源调查、评价、监测和利用等水样中氘的测定。氘（2H，D）是氢的稳定同位素，地下水δ2H是同位素水文学的核心示踪指标：用于研究地下水补给来源、补给高程、蒸发作用、与地表水的水力联系和水循环过程，是水文地质调查的同位素基础工作。

方法原理

在400-420℃温度下，金属锌将水中氢还原为氢气（Zn + H2O → 400-420℃ → ZnO + H2）。所得氢气在低温（液氮）下被活性炭吸附后，再升温到室温，放出氢气并转移到气样管中，在质谱计上测定2H/1H比值，进而得出天然水样的δ2H。

主要技术内容

仪器设备。 气体同位素质谱仪（具双进样系统的稳定同位素比值质谱计）、氢气制备装置（真空系统图：活塞1-6、15，接真空泵7，进样口8，冷阱A 9，锌反应炉10，冷阱B 11，活性炭吸收炉12，气样管13，压力计14）、10μL注射器。
仪器参数。 灵敏度S>10 A/Pa（0.1A/mbar）、工作分辨率M/△M>95（10%峰谷）、丰度灵敏度A.S<5×10⁻⁶、测量精度E.P<0.4（‰）。
试验步骤。 气样制备：将制样系统抽真空至10⁻²Pa，加热丝加热到100℃，锌反应炉加热到400℃；关闭活塞1、3，在冷阱A处套上液氮杯，用微量注射器从进样口注入4.0μL水样（或标样），水样被迅速冷冻到冷阱A中；5min后关闭活塞2；打开活塞1抽真空1min抽去进样时带入的杂气；将液氮杯移至冷阱B，加热冷阱A使水样气化并进入锌反应炉中，水蒸气在400℃下与金属锌反应生成氢气，未反应的水被冷冻到冷阱B中；重复操作直到水样完全反应（一般需要30min）；在活性炭吸收炉上套上液氮杯使生成的氢气被液氮低温冷冻的活性炭吸收，7min后用热偶真空计检查真空回收度估计产率；加热活性炭吸收炉至室温使氢气扩散到气样管中，平衡10min取下气样管送质谱计测定。质谱测定：质谱计进样系统、分析系统分别抽真空达到分析要求；灯丝发射部件、离子加速电压部件、磁铁电流部件通电预热1h使其工作稳定；"零"富集测试：样品（SA）及标样（ST）两个储样器中放进同一个工作标准气作"零"富集测试，测得δD结果与标准值相差≤1.0‰表明仪器工作正常；样品分析：样品（SA）一路引入样品H2，标准（ST）一路引入工作标准钢瓶H2气，调整储样器中样品的压力使样品SA与标准ST离子流强度基本相同，试样分析按编定程序由试样与标准物质（或参考气）不少于6次比较测定的数据计算平均值并算出标准偏差。
数据处理。 水样品氢同位素值（δ2H）测定通过可溯源至国际标准对应的工作标准物质的比较测量，将被测定氢同位素比值换算成相对于国际标准的氢同位素比值的千分差：δ2H = [(2H/1H)SA/(2H/1H)ST - 1]×1000‰；结果以δ2HVSMOW（‰）报出；氢同位素值取整数值。
质量保证和控制。 每批样品应插入标准物质进行准确度控制，标准物质及控制样应按照头、中、尾分布在每批试样中，测定结果应在标准物质认定值合成不确定度内，具体要求按DZ/T 0130中"同位素地质样品分析"部分的规定执行；每批样品按不少于15%的比例进行平行样分析，分析结果应满足标准偏差≤1‰。特殊情况：含有悬浮物或沉淀杂质的地下水样品可用0.45μm滤膜过滤后取样。

知识点总结

"锌还原+冷阱纯化+活性炭富集"的经典制样链。 本方法的制样核心是三步联动：锌反应炉400-420℃把水蒸气还原为H2（未反应水被冷阱B反复捕获送回反应炉，直到水样100%转化）；生成的H2被液氮低温冷冻的活性炭吸附富集（7min）；再升温室温释放氢气转移到气样管送质谱计——"反应-纯化-富集-转移"四环节构成闭合系统，真空度（10⁻²Pa）、温度（400-420℃）、时间（30min反应）是三个关键控制参数。
"水样100%转化"是制样成败关键。 附录A明确此法制样成败的关键在于水样要100%的转化，即使有极少量的水样未完全反应也不能得到满意的结果——锌还原反应是同位素分馏反应（轻同位素优先反应），未反应完的水会导致生成的H2同位素组成偏离原水样；锌反应炉温度必须控制在400-420℃（过高锌熔化堵塞毛细管、过低反应不完全），活性炭使用前必须加热脱气（防止吸附杂质气体污染氢气）。
双进样系统的"零富集测试"保证仪器状态。 质谱计具双进样系统（样品SA/标准ST两个储样器交替进样），测定前先做"零富集测试"：两个储样器放进同一个工作标准气，测得δD与标准值相差≤1.0‰表明仪器工作正常；样品分析时样品与标准交替进样不少于6次比较测定计算平均值和标准偏差——"交替测量+多次比较"消除仪器漂移，是稳定同位素比质谱测量的标准做法。
氘测定的两种方法互为补充。 第78部分（金属锌还原法）是经典离线方法（制样与测量分步），第89部分（在线高温热转换法）是现代在线方法（1350℃水碳反应、连续流质谱联用、通量高）。两种方法共同构成地下水氘测定的标准方法体系——传统实验室保留锌还原法设备，新建实验室多配置在线系统，方法选择取决于实验室装备和样品通量需求。