DZ/T 0064.77-2021《地下水质分析方法 第77部分：18O的测定 CO2-H2O平衡-气体同位素质谱法》标准全文与要点

标准基本信息

• 标准编号：DZ/T 0064.77-2021
• 标准名称：地下水质分析方法 第77部分：18O的测定 CO2-H2O平衡-气体同位素质谱法
• 发布日期：2021年2月22日
• 实施日期：2021年7月1日
• 发布机构：中华人民共和国自然资源部
• 代替标准：DZ/T 0064.77-1993

  标准简介

  DZ/T 0064.77-2021规定了用CO2-H2O平衡-气体同位素质谱法测定地下水中氧稳定同位素（18O）的方法，是地下水同位素分析系列方法标准之一。氧同位素组成（δ18O）是研究地下水补给来源、补给高程、蒸发作用、水岩相互作用和水体混合的重要示踪指标，广泛应用于水文地质、水文地球化学和环境同位素研究。本方法与DZ/T 0064.78（氘的测定 金属锌还原-气体同位素质谱法）配套使用，构成地下水氢氧稳定同位素测定的完整方法体系。

  方法原理

  在25摄氏度恒温条件下，天然水样中的氧同位素与已知同位素组成的标准CO2气体之间通过下列交换反应达到平衡：
  CO2 + H2O 的氧同位素交换平衡
  平衡后CO2气体的氧同位素组成发生改变，其变化量取决于水样的氧同位素组成。将平衡后的CO2气体经冷冻剂脱水、液氮收集后，用气体同位素质谱仪测定其18O/16O比值，与标准气体比较即可计算水样的δ18O值。该方法利用同位素交换平衡原理，通过测定CO2而非直接测定水，规避了水样直接进质谱的困难，是国际通用的水样氧同位素测定方法。

  检测能力与数据处理

• 结果表示：δ18O以相对于国际标准VSMOW（维也纳标准平均海洋水）的千分差表示，报出值给出一位小数
• 检出与精度：方法适用于常规地下水氧同位素组成测定（天然水δ18O一般在-55.73‰至-0.15‰区间），多实验室协同试验给出了重复性限与再现性限（如r=0.0002m+0.565、R=-0.00014m+0.6458，m为质量分数）
• 标准物质：采用水中氧同位素有证标准物质进行校准，国际上常用的氢氧同位素标准物质包括V-SMOW、SLAP2、GISP及我国的标准物质（GBW04458～GBW04461系列）。

  试剂与仪器要点

• 试剂：高纯CO2气体（纯度不小于99.999%）、无水乙醇、液氮、干冰等
• 仪器：气体同位素质谱仪，应具备双进样系统，灵敏度S大于10安培每帕、分辨率M/ΔM大于95、测量精度EP小于0.04‰；CO2气体制备装置（真空系统）；恒温振荡水浴（控温精度±0.1摄氏度）；注射器（2毫升）与反应瓶（50毫升）等。

  试验步骤要点

  1. 真空系统准备：检查真空管路密封性，涂抹真空油脂，系统抽真空至4×10⁻¹帕以下
  2. 注样与脱气：向反应瓶注入约2毫升水样，用干冰-乙醇冷冻剂（-70摄氏度）冷冻水样10分钟，抽真空至1帕，解冻脱气以除去水中溶解气体，再重复冷冻一次
  3. 平衡反应：向反应瓶注入约50千帕高纯CO2气体，置于25±0.1摄氏度的恒温振荡水浴中平衡3小时，使CO2与水充分交换
  4. 气体收集：平衡结束后将反应瓶连接至气样管，用液氮收集CO2气体
  5. 质谱测定：将收集的CO2导入气体同位素质谱仪，测定氧同位素比值并计算δ18O值。

     质量保证和控制要点

• 标准物质校准：每批样品按头、中、尾分布插入水中氧同位素有证标准物质，校准仪器漂移并核查数据质量
• 平行样：平行双样比例不少于15%，平行样测定结果的标准偏差应不大于0.1‰
• 质量管理：样品分析全过程应符合DZ/T 0130《地质矿产实验室测试质量管理规范》中同位素分析部分的规定
• 特殊样品处理：含悬浮物或沉淀的水样可经0.45微米滤膜过滤后测定。

  规范解读与应用要点

  氧同位素测定是地下水科学研究的高端检测项目，应用本方法时应注意：
  第一，平衡条件是数据准确的核心。平衡温度必须稳定控制在25±0.1摄氏度，平衡时间3小时必须保证，温度波动或平衡不充分会直接引入系统偏差。第二，真空度是防止大气污染的关键，真空系统泄漏或真空度不足会使CO2混入大气氧，导致δ18O值失真，操作中应严格检查管路密封。第三，脱水要彻底，平衡后CO2气体中混入水汽会严重影响质谱测定，应严格执行冷冻脱水步骤。第四，标准物质的使用是量值溯源的基础，每批样品都应插入标准物质核查，测定结果相对于VSMOW报出，保证不同实验室、不同批次数据可比。第五，质控要求（平行样不少于15%、偏差不大于0.1‰）是数据质量的硬约束，达不到时应查找原因并重测。

  适用读者

  本规范适用于地质实验室、科研院所从事水样稳定同位素分析的技术人员，水文地质、工程地质与环境地质调查单位，以及开展地下水补给来源研究、水循环演化分析、地热资源评价和矿泉水资源评价的科研人员，是地下水氧同位素测定的标准方法依据。

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