同位素取样方法.doc

目 录1 适用范围适用范围 22 取样方案的设计取样方案的设计 22.1 对拟研究问题的分析与理论准备 22.2 环境同位素方法选择 32.3 采样点线的布置与时间安排 43 常用环境同位素分析水样采集常用环境同位素分析水样采集 53.1 野外取样准备 5野外作业准备 6取样瓶要求 63.2 不同水样采集技术要求 7降水样品的采集 7地表水样品的采集 7非饱和带水样品的采集 8地下水样品的采集 8地热样品的采集 84 样品采集数量、保存时间样品采集数量、保存时间 95 取样方法、程序与步骤取样方法、程序与步骤 105.114C 水样采集 105.2 降水同位素分析采样技术步骤 135.3 地下水中的18O 和2H 分析样 145.4 氚样品采集 141 / 215.5 水中溶解无机碳的13C 取样 145.6 硫酸盐样的采取 145.7 间接测年示踪剂 CFC分析水样的采集 156 水样采集注意事项水样采集注意事项 17表 2-1 可用于地下水测年的环境同位素 4表 4-1 样品采集数量、保存时间 9表 5-1 野外碱度测定值与取样体积的关系 14图 5-1 锥形沉淀器示意图 11图 5-2 玻璃瓶采集 CFC 分析水样方法一示意图 16图 5-3 玻璃瓶采集 CFC 分析水样方法二示意图 17附表 1：同位素取样标签样式附表 2：环境同位素分析送样单样式附表 3：野外取样记录表样式1 适用范围适用范围本导则适用于中国地质调查局全国地下水资源与其环境问题调查评价项目所属工作内容开展同位素水文地质研究的方案设计和样品采集过程规范化.环境同位素在水文地质中的应用研究在我国已有 20 多年的历史,其成果极大地丰富了水文地质研究内容,推动了现代水文地质学的发展.但到目前为止,还没有一个较统一的和基本的应用指导原则,直接影响了研究成果质量与成果评价.对希望利用环境同位素技术解决专门水文地质问题的人来说,无论是熟悉了这门技术,还是初次使用,面临的首要问题都是取样方案的合理设计和样品采集问题.针对全国地下水资源与其环境地质问题调查评价项目的总体思路、目标任务和阶段安排,在强调有效、经2 / 21济和可操作的前提下,遵照确保样品的代表性、可靠性、可比性、系统性和科学性原则,特制定环境同位素水文地质研究方案设计与样品采集导则,随着工作的进一步开展,将经进一步完善后,形成应用指南.术语说明：IAEA国际原子能机构.CFC氟利昂.2 取样方案的设计取样方案的设计取样方案的设计是指就某一具体的水文地质问题而制定的环境同位素样品采集计划,主要内容包括：对拟研究问题的分析与理论准备,环境同位素方法选择,采样点、线的布置与采样时间安排.2.1 对拟研究问题的分析与理论准备对拟研究问题的分析与理论准备环境同位素技术是通过对物质在原子核层次记录的信息的提取分析来追索物质运动过程的.具体地说,就是利用放射性同位素的计时性和稳定同位素的分馏性开展研究工作.在过去的 30 年里,环境同位素在测定地下水年龄,测定地下水温度,示踪地下水运动与示踪地下水化学成分的形成过程等方面都显示出了比常规技术更有效、针对性更强和极少受环境干扰的特点.要设计好环境同位素技术应用方案,就需要学习环境同位素基本知识与其相关理论,重点是掌握其要点和应用的限制条件.例如,为了资料处理学习和掌握溶质运移理论是有益的,收集和分析国内外典型的已有环境同位素研究成果可帮助设计构思,对拟解决问题区的各种水的与地层相关环境同位素资料进行收集、分析是提高应用效率和工作质量的重要步骤,且有助于对具体方法的选择.方案设计需针对具体问题来做.一般来说,研究问题越明确应用效果就越好.对拟解决问题进行分析,应努力寻找常规方法难以解决问题的根本原因或给出待解决问题的几种可能结论,进而提出几种基本推测,概化出几种模式,并反复比较这些模式的差异所在矛盾焦点.例如,确定地下水补给面积,可根据地形、地貌条件、地质、水文地质条件提出几种基本看法或推测模式,为设计提供设想.根据这些基本看法或推测模式来部署设计方案,要重视基础地质条件的分析,应时刻牢记我们要解决的是水文地质问题.针对全国地下水资源与其环境地质问题调查评价项目,环境同位素应着重于对地下水循环更新变化过程的分析,重点应放在地下水年龄测定与相关元素同位素组成变3 / 21化研究,特别是应加强地下水、地表水相互关系研究.首先在八大区片分别建立不同水同位素调查研究剖面,以此为基础,展开深入研究工作.2.2 环境同位素方法选择环境同位素方法选择视所要解决的问题,根据同位素特点和局限性选择有关的环境同位素.例如,要测定地下水的形成年龄可参照表 2-1 选择.目前,我国地下水测年使用最多的环境同位素有3H 和14C 两种放射性同位素.一般说来,用3H 可测定 1952 年以来补给水的年龄.而用14C 可测定 3 万年以来形成的地下水年龄.有些模型年龄或平均滞留时间所确定的范围这里不推荐.在大平原深层水的研究可选择14C 和36Cl 相结合方法. 对测定地下水温度来说,研究者可根据温度可能的变化范围和特点,选择适当的同位素温度计,鉴于测温不是项目研究的主要内容,这里不推荐具体方法,研究者请参考有关文献.研究地下水运动,可选择水的氢氧同位素,而研究地下水化学成份的形成包括地下水污染调查,需要选择水的氢氧同位素和相关溶解盐元素的同位素.例如,对水中硫酸盐的形成进行研究,即可匹配硫酸盐的硫同位素等.研究地表水地下水相互作用可选择氢氧稳定同位素与其相关元素的同位素,需要具体问题具体分析,根据具体情况进行选择.国内外的研究经验表明,处于同一水体系中的共生同位素往往可提供水体系演化的统一具有内在联系的规律性信息,可明显提高应用研究效果.因此,对于复杂问题,在方法选择时,经常联合运用.常用的同位素组合有：D 和18O 组合、13C 和14C 组合、3H 和14C 组合等.已有的研究工作表明,同位素与水化学配套平行取样,往往可以提供互补信息.表 21可用于地下水测定年龄的环境同位素可用于地下水测定年龄的环境同位素同位素半衰期或过程起源测年域质量限制3H12.31宇宙射线热核试验反应堆1952 年以来 性能理想通常适用不同来源、模型选择、时间域短、资料系列3H-3He12.31宇宙射线热核试验反应堆1952 年以来 直接测定转换周期方法理想高灵敏质谱计3He 的地壳成因14C5730宇宙射线热核试验地壳31047104普遍适用复杂的化学和同位素系统,水动力混合36Cl3.06105宇宙射线热核试验地壳2106亲水的,适用于古老地下水,受化学作用影响小,适用.A0的确定不同来源加速质谱计234/238U2.5105铀系元素链5105适用非常古老 A0的确定4 / 21衰变地下水化学作用解释18O稳定的自然 105一般适用非平衡分馏32Si105宇宙射线热核试验地壳1000衔接3H,39Ar和14C,存有问题.A0值确定样量达 10m3计数时间长39Ar269宇宙射线地壳2000不受化学作用影响可与14C作对比,适用分离过程复杂样品达 10m3计数时间长81Kr2.1105宇宙射线5105适用古老水待研究4He聚积速度稳定的105待完善非持恒2.3 采样点线的布置与时间安排采样点线的布置与时间安排在理论分析可能的前提下,根据具体问题要求,设计经济上可行且可操作的取样方案.1取样点的代表性直接影响成果质量.例如,雨水样的分析结果往往随机变化和季节变化特点较明显,其数值有时相差 12 个数量级.为了分析地下水的补给问题,仅收集一次降水或少量几次降水,代表性就较差.一般应收集全月降水,月末取混合样,也就是降雨量的加权值对地下水研究更有用.为对地区性雨水线进行统计研究,取样点要尽可能考虑对关键高程点的控制.在初期或资料较少的情况下,可用浅层地下水化验结果统计分析,亦可采用一些小泉水样的分析结果进行统计.地下水样品的代表性问题更重要.一般来说：沿地下水流向的水样、同一点不同深度的水样与同一点不同时间所采的水样都具有较好的可对比性.结合地下水的动态变化设计水样有利于解决地下水样的代表性问题.2取样点的密度,它不仅决定于区域同位素地球化学条件,而且决定于研究问题的尺度、程度和阶段,同时还受到同位素分析方法,以与同位素分布统计规律与经济条件的制约.对于区域水文地质调查来说,世界降水同位素资料和全国大气降水同位素分析资料都是确定取样点密度可参考的依据.而根据分析结果总结出的高程效应、纬度效应、大陆效应、温度效应和雨量效应等可作为设计取样点空间分布密度和时间间隔的依据.将具体同位素分析方法与其同位素分布的统计规律有机结合,可使取样密度接近最佳.对大、中比例尺的调查或研究点上的工作,应尽可能采用定深取样技术.例如,在矿区地下水的调查中,可在不同开采水平、不同出水点取样,实践证明,可收到良好效果.3点、线的布置形式.采样点往往呈线状剖面线布置,一般平行于地下水流向或垂直于地表水体走向布置.通常沿地下水流线或同一含水层的样品或同一剖面线相同深度的样品利于比较.解决小比例尺区域水文地质问题,往往采用网状布控取样点.4取样的时间间隔取决于待解决问题的要求.一般说来,松散孔隙地下水和坚硬岩石裂隙水不包括岩溶水一年取一次样即可.系列样有利于排除抽水干扰与其误差.对具有明显季节性变化的取样点,可有选择地取丰、枯对比样.对季节变化较大的岩5 / 21溶水取样点,建议每月采一次样或每个季度采一次样,且一直坚持 1-3 年.对大型岩溶水盆地,通常需要 35 年的采样分析,才能得出较可靠的结论.根据我国条件,对有明显动态变化的岩溶水,至少应取丰、枯季对比样.值得注意的是我国北方岩溶水具有明显的动态滞后特点,相应地应按涨落情况安排采样时间.某些小河流、小水库、小湖泊、小泉点以与浅层地下水等,采样要考虑季节变化特点.5样点的布置应注重系统性,包括不同水的样品的对应,不同同位素的匹配,同位素与水化学以与与现场易变物理化学指标测定平行进行.同时还应注重与将来资料的解释方法相配套.和项目总体要求相适应.3 常用环境同位素分析水样采集常用环境同位素分析水样采集3.1 野外取样准备野外取样准备根据设计与技术要求采集同位素分析样品.为了确保样品质量,在野外样品采集时应确保代表性水样同位素成分不产生分馏.大多数同位素分馏是在水样采集、运输、保存过程中,经由蒸发或扩散引起的.可通过科学的采样方法和质量可靠的水样瓶来减小这种影响.通常情况下,野外采样应建立在相应的室内研究基础之上.包括对降水样品,应研究气象与变化图、气团运移方向等气象数据；对于地表水样品,应研究更新速率与其变化；对于各类地下水品样,应研究其地质条件与钻孔资料等.3.1.1 野外作业准备1野外记录本记录数据要完整,还可通过采样前尽可能全的填写采样单作为补充或准备详细记录见取样表和相关野外调查卡片要求.2利用 GPS 系统、地图、航片等确定取样点的地理坐标.3测定潜水位埋深、采样深度、采样井泉条件、雨量计条件、地表水排泄水位条件、气象条件等.4记录相关物理化学指标有助于同位素分析资料的解译.5对于需长距离运输的样品,为了防止空运时水样结冰造成样瓶破裂,水样装瓶至 23 为宜.不需要长途运输的样品一般要装满瓶.6所有的水样必须贴上防水标签.并要求与野外记录相一致. 6 / 217取样瓶桶,根据取样量和取样种类准备；8相关药品要按具体要求采购质量可靠的药品,在国内建议用#、#等大型国企制药厂的产品,且应注意供货渠道要可靠性.9现场分析用小型玻璃器皿等；10照相机记录取样点和取样过程 ；3.1.2 取样瓶要求水样品的采集、运输、保存过程中使用适当的水样瓶很关键.水样瓶和它的封口必须选用适当的材料并设计成能阻止水分蒸发和扩散的样式,以避免蒸发和扩散损失.1玻璃瓶是最好的保存器皿,只要它的瓶塞不影响其安全性能,至少可保存 10年.2用高密度聚乙烯瓶采集 2H 和测定水样,可保存数月时间.3小口瓶最为理想.4要求利用带密封装置的取样瓶.5新样瓶需要通过注水和称量的方法进行长达数月的水量损失测试,质量可靠,才可利用.6需要长时间保存的水样超过数月,应采取相应密封保护措施.3.2不同水样采集技术要求不同水样采集技术要求3.2.1 降水样品的采集降雨和降雪的取样方法通常遵照科学的取样程序来进行.例如,取样时间间隔可能按天、星期、月来进行.在所有情况下,都需要记录下降水量以便于计算同位素成分的月、年加权平均值.日常的降雨采样是能否获得最多信息和最少蒸发的关键.各样品可保存在不同的样瓶中.当仅仅需要每月的平均成分时,每天的样品可以集中装在一个 5 升或更大的存贮瓶或桶中.按周或月采集的水样,所取的标准体积的水有蒸发的可能；因此,同位素成分将被改变.可用一定的预防措施来减小这种影响.包括雨量计的物理修正和在采样瓶底部加7 / 21少许矿物油加以保护,这些油将浮在所采降水样的上部以减小蒸发.并要求对所使用的方法进行定期检验.用雨量计采取雪样应特别注意.雪样应在降雪后最短时间内采集,升华、重结晶、部分融化、降雨落在降雪上以与由风吹使降雪扰动都会改变降雪最初的同位素含量.通常雪样是通过水浴加热采样器或加入一定数量的热水来融化的.这会导致水样的蒸发或加热时水蒸气凝结到雪水中,从而改变同位素成分.在这种情况下该样品不能用于同位素比值测试.可用的方法是把密封的采样器放在环境温度下让雪样慢慢融化.将融化样装瓶密封用于分析.3.2.2 地表水样品的采集一般来说,采集地表水样分析稳定同位素时,除去要注意蒸发和污染外, 若取样设备和经费允许,湖水样应在近水面位置和深部同时采取,根据水体垂向上的结构结合其它的物理和化学资料,便可解释其测试结果.河、溪水样应在河流中间或其流动部分中采集.没有与流动河水充分混合的水样就可能受蒸发、污染等,而影响样品的代表性.因此应避免靠近岸边采滞留水样.水库水样要尽可能在水库中心取样,有条件时要采集剖面样,分析随深度变化的同位素组成.在河流交汇处取样应特别注意：两条河流的不完全混合将导致在交汇处下游一定距离内河水样品的同位素比值是一个变值.可用经验关系式计算河、溪交汇处下游的水混合长度,以确定取样位置,对于大型河流其混合长度可达数十公里.3.2.3 非饱和带水样品的采集土壤水分的 2H 和 18O 剖面分布资料记录了地下水的补给信息.土壤样品不能用取样盒和岩心管来保存和运输,必须用高密度的塑料瓶袋密封以避免蒸发.水样可通过下述方法来提取：真空蒸馏、微蒸馏、沸腾蒸馏、压榨法和离心法采集.也可利用测渗计和土壤水取样器采样.方法的选择取决于含水量和颗粒大小,注意通过离心、压榨、测渗计和土壤水取样器方法提取的水样可以用于化学和同位素分析,而真空蒸馏提取的是纯水,只能用于同位素分析.3.2.4 地下水样品的采集对所有的地下水采样来说,应尽可能地描述钻孔水文地质条件,充分利用地球物理、地球化学研究成果与钻井记录资料.这些信息可用来确定含水层的主要补给特征.天然泉由于常年流动,是采集地下水样品的理想场所,采样应注意靠近排泄点以保证减小大气污染和气体逸出.8 / 21对于抽水井和生产井较容易在地表采样,观测井和侧压管取样则存在一些特殊的问题.钻孔中的静水会产生蒸发引起同位素组成的变化.取样前应对钻孔抽水清洗直至抽出的水量近似等于井筒内水体积的两倍,或者其 Eh、溶解氧、pH 等达到稳定状态.然而这种常规方法,在一定情况下,由于抽水形成的降落漏斗会接受其它水源的补给,使取得的同位素资料复杂化.总之,从井中采集样品应该考虑：1收集成井资料测井、试井和成井,确认井泵类型和放置深度.2确定进水带、尽可能排除其它层水的混入.3静态井观测井在取样前应清洗,在取样过程中,泵或水斗应该尽可能接近花管带.4正在使用的供水井不需要清洗,可在井口采集,如果在供水系统的某处水龙头采样,必须查明水处理类型以与储水装置.3.2.5 地热样品的采集应从地热田中同时采取蒸汽和液相样品,以便于计算蒸汽/水比值.这在已开发的地热田中相对容易,因为已采用了旋风分离器分离气相和液相,但是在未开发的地热田则较困难.对于热汽田的热汽需经凝结取样,必须确认所有的汽体都已凝结.此外,对热水特别要注意识别泉源,尽可能在泉附近取样.4 样品采集和保存时间样品采集和保存时间不同试验室对样品的数量要求有很大不同,下表仅供参考,采样之前应调查待送样试验室对样品的具体要求,一般实验室要求列表如下：表 41样品采集数量、保存时间同位素分析方法分析精度样品数量现场测试与保存样品有效时间水样18OIRMS0.110mLb-pl1 年2HIRMS110mLb-pl1 年3H直接 LSC8TU20mLb-pl衰减,t1/2=12.31 年浓缩 LSC0.8 TU250mLb-pl丙烷合成0.1 TU1000mLb-gl氦-内增长,IRMS0.1 TU50mLb-gl溶解无机碳13CIRMS0.1510mg HCO3pH,过滤,b-gl,NaN2,4几个月IRMS0.1525 mg BaCO3pH,过滤,fp-,b-pl1 年14CLSC0.3pmC0.5-3g Cfp-,b-pl1 年碳吸收 LSC5 pmC1-3g C汽提碳吸收溶液无限期9 / 21GPC0.3 pmC3-5g Cfp-,b-pl1 年溶解有机碳13C氧化成 CO2-IRMS 0.1520mg CpH,过滤,b-gl,NaN2或 HCl无限期14CAMS0.5 pmC5mg C离子交换树脂树脂内小于一个月溶解硫34SIRMS0.320mg BaSO4过滤,fp-无限期18OIRMS0.50.1g SO4过滤,fp-无限期溶解硫34S化合成 SO2-IRMS0.325mg CdS过滤,fp-无限期溶解氮与氨15N转化成 N2-IRMS0.24mg N用 HCl 酸化成 pH=23 个月18O转化成 CO2-IRMS0.52.5mg NO3用 HCl 酸化成 pH=23 个月卤化物37ClIRMS0.11-10mg Cl-b-pl无限期36ClAMS10-151-10mg Cl-b-pl无限期溶解铀234U/238U 光谱测量0.051-5gU过滤,用 HCl 酸化几个月TIMS0.011gU过滤,用 HCl 酸化几个月溶解气体HeIRMS10-850mL H2O铜管采样设备几个月39ArGPC3dpm cm-315m3 H2O汽缸无限期85KrGPC3 dpm cm-3100L H2O汽缸衰减, t1/2=10.72 年 CH4IRMS0.110mmol CH4玻璃注射器,隔膜瓶扩散,1 个月H2IRMS110mmol H2玻璃注射器,隔膜瓶扩散,几天碳酸盐矿物13CIRMS0.110mg13C 和18O 单独提取测量18OIRMS0.110mg-硫化物硫酸盐矿物34SIRMS0.325mg CaSO4或FeS2-18OIRMS0.525mg CaSO4-说明：IRMS：同位素比值质谱样品转化成气体AMS：加速器质谱LSC：液体闪烁仪计数GPC：气体均衡计数主要用于内部气体TIMS：热离子化质谱b-pl：塑料瓶,最好是密封瓶盖的高密度聚乙烯HDPE或者聚丙烯PPb-gl：密封瓶盖塑料,不是橡胶衬垫或锥体盖的玻璃瓶pH：对于13C 和14C 数据的解释是必要的Filt：过滤到 0.45g,适宜野外.对于开采井和泉通常不需要过滤.由于存在大气 CO2和 O2污染的可能,对于取样量大的14C 以与硫化物应避免过滤.fp-试剂：在野外现场利用特殊沉淀剂从水中沉淀样品.NaN2：叠氮化钠,抗菌剂4：冷藏到测试为止,建议减少生物活动、通过塑料保护容器防止气体扩散.10 / 215 取样方法、程序与步骤取样方法、程序与步骤5.114C 水样采集水样采集IAEA 实验室需要 2.5 克碳对水的环境同位素进行14C 分析我国的大多数实验室要求 3-5 克碳.因此,对于含有 250ppm 重碳酸盐的水溶液,一般采集 60L 的水样就够了.如果碳含量少于 250ppm,则需要更多的与其含量成比例的水样.为了避免运输大量的水样,推荐已被采用的碳酸盐沉淀方法取样.取样做碳年龄鉴定所需水的体积取决于水中重碳酸盐和碳酸盐的含量.分析需要2.5 克碳,对应的碳酸盐和重碳酸盐则大约是 12.5 克,所需要的最少水量可参照下列关系式计算：取样体积12500mg/L碳酸盐和重碳酸盐的量使用 pH 值为 8.3 的碳酸盐和 pH 值为 4.3 的重碳酸盐碱度滴定来确定,由于任何硅酸盐、硼酸盐、氢氧化物或其它强碱阴离子也在滴定范围之内,这将会得出一个偏大的碱度值,导致所计算的水样体积偏小,因此,一般取样量要多于计算所需值的 25.水样可以采集在任何干净的气密容器中,应该采取的主要预防措施是在14C 取样时尽量避免暴露在空气中,因为空气中的 C02会污染14C 分析沉淀物,将会导致鉴定的年龄偏小.干净桶、玻璃或聚乙烯瓶与其容器可用于取样,装过酸的瓶子在使用之前应认真清洗,因为微量的残余酸会产生二氧化碳气体使样品中的碳酸盐减少.现场沉淀 可以在沉淀器中直接采样并在野外进行现场沉淀,在这种情况下,只需把一个一升的包含沉淀物的水样瓶从野外取样点送到实验室.碳-14 分析的取样步骤之一是用一个容积约为 60 升的桶状容器从水样中沉淀碳酸盐,这个过程非常简单,但应注意有关细节,尤其要注意与空气隔绝,调整 pH 值使重碳酸盐转变成碳酸盐后,加入氯化锶或氯化钡使水溶液中形成硫酸锶与碳酸锶或硫酸钡与碳酸钡的混合沉淀物.正常情况下,这是一种细颗粒沉淀物,需要几小时才能完全沉淀.铁盐和聚丙烯酰胺是良好的絮凝剂,加入后能促使粗颗粒聚合体的形成,从而缩短沉淀时间,一些水能产生絮状聚合体,必须使用虹吸管转移到几个样瓶中.下面是由 IAEA 提供的使用锥型沉淀器取样的步骤：1具有坚固、水平的底座上安装沉淀器.2用所取水样的水冲洗沉淀器.11 / 21图 51 锥形沉淀器示意图3在圆锥体的底部拧紧一个一升的聚乙烯广口瓶.4把水样注入沉淀器至其颈部,确保没有来自软管、水桶外部物质的混入.5加入 5 克硫酸亚铁FeS047H20,搅动使其溶解并分布均匀.注意：如果水样中含有溶解 H2S,不要加硫酸亚铁,否则易生成黑色 FeS沉淀, 在处理过程中将引起一些问题.6加入 50mL 不含碳酸盐的饱和 NaOH 溶液,充分搅动,用 pH 计或 pH 试纸测定水样碱度,如需要请加入更多的 NaOH 直至 pH 值12 为准.应避免把 NaOH 溶液暴露在空气中.7把 200 克 BaCl2或 170 克 SrCl2完全溶解在约 800 毫升水样中,留 30mL 备查是否完全沉淀,其它加入取样容器中,盖严容器并搅动 5 分钟,将逐渐有大量沉淀形成.8加 40mL 聚丙烯酰胺溶液,盖严容器,每几分钟慢慢搅动一分钟,共搅动 3 分钟,如果沉淀是粒状的,它将快速沉入样品瓶,用搅拌棒使沉淀物沿漏斗壁滑入瓶中.9在不搅动的情况下,通过在沉淀器的顶部加入预留的30mLBaCl2或SrCl2溶液来检查是否完全沉淀,如果有暗色物质出现则表明需要进一步沉淀,需加入更多的 BaCl2或 SrCl2,同时可能需要加入 NaOH 溶液并搅动,确保完全沉淀.10如果由于沉淀物的絮状特性使其不能在一小时内完全沉入样品瓶中,把塑料管从沉淀器的低部插入样品瓶,并慢慢地把沉淀物吸到另一个样品瓶中.这将促使更多的沉淀物通过漏斗进入样品瓶中.用手轻轻拍打漏斗壁,将有助于沉淀物下沉.继续把沉淀物吸到其它的瓶子中,直到漏斗内无沉淀物为止.这种絮状沉淀物一夜之间将在瓶子中沉淀下来.如果需要更多的瓶子采集其它样品,可先把同一样品的各瓶中的清水倒掉,再把沉淀物合并到一个瓶中.ll当全部沉淀物都从漏斗中取出后,用固定在搅拌棒底端的橡皮塞子塞住漏斗颈部以封闭漏斗底部.移去装有沉淀物的瓶子,盖紧并贴上标签,标签应标明日期、样品编号、井号、取样位置与其它特殊情况.12用搅拌棒松开橡皮塞子以倒空沉淀器,充分冲洗并排干.13根据附加测试项目确定水是否完全注满一个 lL 的塑料瓶并盖严盖子.14运输前应填写并检查贴好标签.12 / 21-试剂溶液的准备：试剂溶液的准备：1、硫酸亚铁；对每次沉淀提供单独的 5g 装小瓶子.2、NaOH 溶液：把约 650g 的 NaOH 溶解在 800ml 煮沸过的去离子水中.把这种饱和溶液注满容器并盖好盖子,保存 2-3 周,使在这种溶液中不溶解的 Na2C03沉淀出来.把上部的清液轻轻地倒出并保存起来,避免空气中的 C02溶入.3、SrCl26H2O 或 BaCl26H2O 粉：在每个容器中装入 200g BaCl2或 170g SrCl2,使用前将其溶解在 800mL 水样中,留约 30mL,其它加入沉淀器中.4、聚丙烯酰胺溶液：将 5 克聚丙烯酰胺溶于 1000mI 的煮沸蒸馏水中.把这种饱和溶液注满容器并盖好盖子,保存备用.若取样品多,按需要配置相应量.前述的步骤用于最原始、偏远条件下14C 样品的采集.为了更好地用放射性碳测定结果来合理计算水的年龄,建议现场完成重碳酸盐滴定,现场测定水的 pH 值和游离CO2.在运输条件安全且不会打破水样瓶的情况下,建议用两升的玻璃瓶代替塑料瓶取样,提供室内试验测试.5.2 降水同位素分析采样技术步骤降水同位素分析采样技术步骤为了从雨水中获得可靠的同位素数据,有必要要求按下面描述的详细的取样过程取样.首先,因为蒸发将会严重影响水样的同位素成分,所以应尽量避免蒸发.因此,如果要获得降水的逐月累积样品,每月末取样前所累积在取样器中的雨水应用石蜡油一种液体石蜡保护以防止蒸发.因此,使用密封瓶保存、运输、储存用于降水样品是很关键的.这里建议采用国际原子能组织提供的高密度聚乙烯瓶请与国际原子能组织 IAEA 联系获取,该瓶储存同位素样品数月后的密闭性和坚固性被证明是有效的.由 IAEA 提供的这种瓶子体积有 0.5L用于氚分析和 50mL用于稳定同位素分析两种,这两种体积被认为是同位素分析的最佳体积.下面是必须遵守的步骤：1每一个样品必须是最近一个月的累积样,即从这月的第一天持续到这月的最后一天.在雨样收集器旁边安装一个雨量计,用来记录每月的降雨量.在没有雨量计的情况下,每月的降雨量可用如下方法确定：用刻度量筒测定器皿中所采集的雨水总量,除以取样器皿漏斗的面积,其结果代表了用毫米表示的降水量,只有知道了相应的降水量,才能计算降水的同位素加权平均值.2雨水通过一个置于塑料容器中的漏斗来收集,它被称为雨样采集器约 5L容量,这个雨样采集器整个月置于开阔的地方.该容器可重复使用,但必须是实验室中十分干净的塑料容器.建议用有内置接口的容器以便于月末采样,否则应按附图所示改装容器.采样器应用铝箔或聚苯乙烯泡沫塑料完全包裹,以避免沿其壁面蒸发.在雨样采13 / 21集器中要加入石蜡油,以避免雨水的蒸发,水面上的石蜡油厚度应为 0.5cm.漏斗的顶部不应与油层的顶面接触.这套装置应用围栏保护并高出地面约 1m.3月末在装瓶送检前,应摇动雨样采集器使雨样充分混合,但也不能剧烈摇晃雨样采集器,以避免油与水形成乳剂,否则,分离它们将是相当困难的,同时,在装瓶之前,水面的油层必须保留.可打开采集器底部的接口如果有的话用 IAEA 塑料样瓶采集样品,采样后应立即贴上标签.为了减少样品暴露于大气的时间以避免蒸发,上述的操作应尽可能快地完成.4每月末采样后,下一月采样前,雨样采集器应该重新烘干.5应使用 IAEA 提供的样瓶,并确保双重塞子的安全密闭性.样品被送往实验室分析时,样瓶中不应有尖物锐体,这些都可能刺穿塑料瓶.反映取样点位置、高程以与特定月份降水量的资料应和样品一同提供给实验室.如果可能的话,附近气象站记录的地表月平均大气温度也应收集.5.3 地下水中的地下水中的18O 和和2H 分析样分析样取原水样 50-100 mL,无特殊要求,注意密封.5.4 氚样品采集氚样品采集采样器或泵,尽量不与空气接触.用样品彻底冲洗样瓶,完全注满并盖严.防止蒸发,无过滤要求.取原水样 200-500 mL.5.5 水中溶解无机碳的水中溶解无机碳的13C 取样取样取样体积由水中溶解无机碳的浓度决定.野外碱度测定能够给出该浓度.测定碱度大约需要 5mg 的 HCO3-.下述的取样体积是一个保守的量,并且允许重复分析.表 51 野外碱度测定值与取样体积的关系碱度mg/L HCO3-取样体积mL10500501001005020025水样瓶：使用密封盖子的琥珀玻璃或重塑料瓶,优先使用硅隔膜塞以允许在实验14 / 21室中用注射器抽取.另一个选择是采用具有足够体积以容纳至少含有 5mg 碳的水样的圆柱形双伐钢容器或玻璃容器.如果在取样过程中不发生气体逸出,也可以使用特制取样器或井下抽取法,必须避免与空气的交换.样品须保存在阴凉的地方,并且至多在取样后几天内进行分析.如果样品的保存期超过一至两周,或预期具有高的 DOC 含量12mgC/L,则应加入叠氮化钠.在干净且冲洗过的水样瓶底部放入缓冲物,以避免飞溅但允许溢流.如果用直通式双伐取样器,至少淹没两个体积后再关闭.如果需要的话.在取样之前给取样瓶中加入少量的 NaN2.取好样封闭并置于阴凉处保存.5.6 硫酸盐样的采取硫酸盐样的采取样品数量取决于水中硫酸盐的浓度,需大约 20mg 的 BaSO4.用于从低浓度水中沉淀出硫酸盐的容器.用于输运、清除碳酸盐与硫酸盐残渣的 20mL 瓶子.准备氯化钡试剂级的 BaCl22H2O 、稀盐酸与 pH 试纸,过滤系统0.45与用于碱度与硫酸盐测定的野外分析箱.一般地说,1L 或更少体积的水样已经足够,硫酸盐可以在实验室中提取.在野外沉淀硫酸盐含量较低的地下水可免除大量水样的运输.在 S042-和 HCO3-含量未知的情况下需进行测定.对于 SO42-浓度很低的水样,建议使用离子交换树脂例如,Bio-RadAG-1-X8 阴离子交换树脂.这些树脂必须根据制造商说明来准备.样品应进行过滤0.45把 pH 值降至45 以避免 BaCO3的共沉淀作用.加入氯化钡.注意：氯化钡是毒性物质,不要吸入.让其沉淀 36 小时,然后轻轻倒出或滤出清水并把沉淀物转至运输瓶中.5.7 间接测年示踪剂间接测年示踪剂 CFC分析水样的采集分析水样的采集当采集地下水样分析其 CFCs 时,水样通过与大气有高的 CFC 浓度接触而被污染是重要问题.这是因为地下水与暴露于空气中的水相比,通常有较低的 CFC 浓度.例如,1950 年大气中 CFC-11 的浓度比现在低 400 倍.一些地下水或许根本不含有CFCs,因此它们对大气的痕量污染是很敏感的.因此,在采集未受污染水样、特别是年龄老的地下水样时应特别注意.水样分析结果表明如果运用恰当的话,下述的采样方法不会引起样品的污染,并且水样储存数月也不会导致测得的 CFC 浓度变化.15 / 21方法方法 1：用玻璃瓶采集间接测年示踪剂 CFC 分析水样A在野外用一个 50mL 的带有金属箔衬塞子的玻璃瓶采集水样,该金属箔衬塞子密封性很好,在金属箔衬表面吸附的 CFCs 和空气很容易被水冲走.步骤：步骤：把空的玻璃瓶和塞子放进一个金属桶内,这个金属桶必须高于玻璃瓶.用于分析 CFC 的地下水样通过一个适当的管子直接通到玻璃瓶的底部,而其他的塑料管不合适取样.当金属筒注满水时,溢流应持续至少 5 分钟,直到驱走样瓶中所有的空气.在这种情况下,取样开始之前,玻璃瓶的内表面和塞子吸附的气体和 CFCs 应被大量的水冲洗干净.溢流之后,从玻璃瓶中取出管子,在水中用塞子盖紧玻璃瓶.应确认在水中玻璃瓶被盖紧,此时金属桶仍在用水冲洗,从而避免样品被空气污染.密封的玻璃瓶被运输到实验窒分析.如果可能的话,用胶带固定塞子和玻璃瓶,防止运输过程中塞子的松动和样品渗漏.图 52玻璃瓶采集 CFC 分析水样方法一示意图注意：注意：一次可以在一个金属桶内放多个玻璃瓶采取平行样.然而瓶子应该依次被充分冲洗,以确保每个瓶子内表面吸附的空气和 CFCs 被冲净.方法方法 2 2：用玻璃瓶采集 CFC 分析水样在野外用一个带有玻璃塞子的细颈玻璃瓶采集水样.将密封的玻璃瓶浸入一个装有和玻璃瓶中的水相同的金属容器中.这些带有环状气密橡皮塞子的金属容器通常是用来储存食物的,这是为了样品在运输过程中不受污染.步骤：步骤：将全部玻璃瓶和金属容器放入一个金属桶内.用于分析 CFC 的地下水样通过一个尼龙或聚四氟乙烯管子b直接通到玻璃瓶c的底部.当金属桶充满水时,让水继续溢流,在这种情况下,取样开始之前,整个桶内表面吸16 / 21附的 CFCs 将被大量的水冲洗干净.溢流之后,用塞子d盖紧样瓶c,并用连接夹e固定.然后将玻璃瓶c浸没于金属容器f中,金属容器用盖子g 带有环形边缘密封并用夹子固定.把密封的金属容器运送到实验室进行分析.注意：注意：金属容器和瓶子的密封过程应在水下进行,同时水应保持流动,以避免空气污染水样对 CFC 测定,用玻璃瓶采集样品的方法不允许样品和空气接触.图 53玻璃瓶采集 CFC 分析水样方法二示意图a金属水桶； b管子；c细颈玻璃瓶；d玻璃塞子；e连接夹；f.金属容器；g带有环形橡皮密封围的盖子； h.夹子；6 水样采集注意事项水样采集注意事项1取样容器要预处理酸洗,取样时要用源样水涮洗 35 次,然后取样,夏天取样不宜太满.2重重要样品应取双样或取备份样.17 / 213样品要严防蒸发,以免产生分馏.4样品要严防污染,尤其要防止现场处理时的污染.5配合取样,要测定气温、水温和水的 pH 值、Eh、电导率等物理化学指标.6对高盐度水样应附上简单分析结果或矿化度资料,或者注明高盐水.7如果不是长期开采井, 一般开泵 3045 分钟后取样,开采井水样最好在抽取35 分钟后,再取动水样；地表水样要严防取表层样,最好取 30cm 以下样,一般岸边和中心存在差异,取样点受限,可取等量混合样.8样品要与时贴标签,注明取样点编号、取样时间、取样地点、取样层位等必要信息,最好用防水双标签.9包装、运输应确保样品安全.10样品应与时送实验室分析.附录：附录：1同位素取样标签样式同位素取样标签样式附表 1：全国地下水资源与其环境问题调查评价项目同位素取样标签全国地下水资源与其环境问题调查评价项目同位素取样标签样品编号取样时间取样地点取样类型分析项目现场处理取样人备注：可注明有关取样点信息：坐标,素描,地层,构造,天气情况,现场测试物理化学指标等.2环境同位素分析送样单样式环境同位素分析送样单样式附表 2：全国地下水资源与其环境问题调查评价项目环境同位素分析样品送样单全国地下水资源与其环境问题调查评价项目环境同位素分析样品送样单项目代号： 日期：单位：负责人：分析项目序号样品编号a取样日期年 月 日类型b瓶号18OD3H13C14C其它成分18 / 21注：1.标签上的代码应该和被列在表格上的样品代码一致.2.GWB-地下水钻孔 ；GWD-地下水壕沟,浅井 ；GWS-泉；SLA-湖泊；SRE-水库；SRI-河流；SPR-降水.3野外取样记录表样式野外取样记录表样式附表 3：全国地下水资源与其环境问题调查评价项目同位素野外取样记录表全国地下水资源与其环境问题调查评价项目同位素野外取样记录表单位： 项目代号： 负责人： 日期：坐标现场资料序号样品编号含水层取样深度经度纬度地面标高电导率 S/cm温度pH碱度 mg/l12345678910注：1从含水层、湖泊和水库采集的样品,取样深度栏必须填写过滤器位置、深度与深度范围.2如有可能,用 GPS 系统定位,否则应从 1：50000 地形图上读取.3如果有可能,请对研究区含水层的岩性进行简单描述.1 / 21