Picarro 水同位素分析儀應(yīng)用合集（一）

在海水和鹵水等高含鹽量水穩(wěn)定同位素測試過程中，鹽積聚可能會影響基于激光的光譜分析系統(tǒng)的精度、漂移和記憶效應(yīng)。Picarro鹽襯管可輕松快速地安裝到Picarro高精度汽化器中。當(dāng)注入溶解性總固體(TDS)高的水樣在汽化器室內(nèi)汽化時(shí)，襯管網(wǎng)格能夠捕獲高達(dá)80%的鹽沉淀物。這顯著減少了汽化器中鹽的積聚，從而將海水分析的運(yùn)行時(shí)間延長到24小時(shí)。這種插件可在幾分鐘內(nèi)拆除、清潔和重新安裝。（如下圖所示）

經(jīng)證明，Picarro水同位素分析儀系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)地測量海水（含鹽量高達(dá)3.46%）和高含鹽量水樣品 (339.4 g/L)。

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加拿大戴爾豪斯大學(xué)海洋學(xué)系科學(xué)家們提供多組實(shí)驗(yàn)室間比較的結(jié)果，評估CRDS技術(shù)對海水同位素（δ¹⁸O）的測量精度與準(zhǔn)確度，以及利用CRDS技術(shù)對水同位素（δ¹⁸O）測量同IRMS測量的一致性，此外，還討論了鹽分對CRDS儀器的影響以及解決方案。對大西洋東北深海長時(shí)間的監(jiān)測對比發(fā)現(xiàn)，四個(gè)年份不同實(shí)驗(yàn)室間檢測的同位素平均值偏差僅為0.03‰，但單個(gè)實(shí)驗(yàn)室的測量精度與平均精度要高于同一樣品不同實(shí)驗(yàn)室間的測量精度，這主要是因?yàn)椴蓸臃绞降牟町惣胺治鰯?shù)據(jù)集的差異決定，并不是水體自身變化。

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華盛頓大學(xué)Andrew J. Schauer等學(xué)者采用Picarro L2140-i 超高精度液態(tài)水同位素分析儀，在原測樣方法的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行改進(jìn)，通過減少樣品注射次數(shù)和延長每個(gè)注入樣品的分析時(shí)間來獲得更高的¹⁷O和¹⁷O-盈余測量精度，為簡單的和連續(xù)測量δ¹⁸O δ¹⁷O δD和¹⁷O-盈余提供了可能。

通過改進(jìn)Picarro L2140-i的測量方法，使原本¹⁷O-excess確保精度在15 per meg能提高到8per meg；這個(gè)質(zhì)的提升可以為更多的科研學(xué)者們解決質(zhì)譜儀做¹⁷O-盈余繁雜，需要將樣品寄到國外實(shí)驗(yàn)室并支付高額的測樣費(fèi)用的煩擾。

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上圖為了幫助展示¹⁷O-盈余是如何表現(xiàn)出來的，可以用不同斜率的過程矢量圖。在這個(gè)例子中，來自Luz和Barkan(2010)，展示了¹⁷O-盈余的海洋水蒸氣起源。在海洋附近形成的水汽(100%濕度)將遵循平衡分餾，斜率為0.529，使¹⁷O相對于全球大氣降水線略有減少?，F(xiàn)在擴(kuò)散到干燥的空氣中，斜率下降到~0.518。這導(dǎo)致水蒸氣中的¹⁷O-盈余，這將隨著氣團(tuán)的相對濕度而演變。

在潮濕的熱帶和亞熱帶地區(qū)，¹⁷O-盈余是調(diào)查過去和現(xiàn)在的水文地質(zhì)循環(huán)的重要而獨(dú)特的示蹤方法，該研究展示了位于東亞季風(fēng)區(qū)一個(gè)海島上兩年的降水¹⁷O-盈余記錄，并重建了水汽源區(qū)域的相對濕度。結(jié)果表明，亞熱帶島嶼降水¹⁷O-盈余在很大程度上是由海洋蒸發(fā)過程中的擴(kuò)散分餾決定。沖繩島上¹⁷O-盈余表現(xiàn)出明顯的季節(jié)因素。根據(jù)降水¹⁷O-盈余，使用簡單的蒸發(fā)模型，即可重建海洋水氣源區(qū)域中經(jīng)海表溫度歸一化的相對濕度，與觀測到的相對濕度表現(xiàn)出很好的一致性。

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上圖為沖繩降水氧同位素比和氣象數(shù)據(jù)的關(guān)系圖：

（a）月降水δ¹⁸O和δ¹⁷O加權(quán)平均值

（b）細(xì)線為每周降水¹⁷O-盈余，粗線為每月降水¹⁷O-盈余的加權(quán)平均值

（c）氣象站記錄的每月相對濕度

（d）氣象站記錄每月降水量（藍(lán)線）和氣溫（紅線）

國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）的Len Wassenaar通過測試得知，僅需要修改進(jìn)樣程序，即可使得CRDS技術(shù)的¹⁷O-盈余測量精度從只達(dá)到10-15per meg，改進(jìn)為可與質(zhì)譜法相比甚至更好的精度。

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北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院使用Picarro L2140-i液態(tài)水同位素分析儀，用于地下水年代學(xué)、水文學(xué)穩(wěn)定同位素檢測與示蹤研究。

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伯爾尼大學(xué)氣候和環(huán)境物理系開發(fā)了一種新方法，從石筍中提取微升量的水，并進(jìn)一步分析其水同位素。包裹體水可通過粉碎約1克方解石樣品來提取，其中釋放的水（~0.5–5微升）直接用干氮吹掃至Picarro L2140-i分析儀直接測定水同位素，無需預(yù)先處理水分子。后期將這一新方法應(yīng)用于瑞士西北部汝拉山Milandre洞穴的兩塊石筍M6和M8上。在此之前，對當(dāng)?shù)亟邓投囱ǖ嗡M(jìn)行了徹底的水同位素監(jiān)測，以了解最終在洞穴流體包裹體中發(fā)現(xiàn)的水同位素的意義。

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伯爾尼大學(xué)開發(fā)的測量流程。石筍樣品破碎后，釋放的水被直接吹掃到Picarro分析儀。

中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所通過使用液態(tài)水同位素分析儀（Picarro L2120-i）測定100ml水樣的同位素成分，實(shí)驗(yàn)表明雨水的同位素比率表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化，雨季的值較低，旱季的值較高。δ¹⁸O與環(huán)境變量（降雨量和溫度）的周期特征對比表明，2012-2018年期間，研究區(qū)降雨量和溫度與雨水δ¹⁸O值呈負(fù)相關(guān)，雨季的d-excess（平均值19.5）低于旱季的d-excess（平均值21.38）。旱季開始和結(jié)束時(shí)的極少量降雨事件具有較高的同位素特征值，而雨季頻繁的大雨通常具有更低的值。

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云南大學(xué)田立德實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)韓姣姣博士，以麗江地區(qū)的森林類型云南松為研究對象，使用Picarro L2130-i水同位素分析儀通過對大氣水汽、降水、土壤及植被等水體同位素的原位觀測，開展地表蒸散發(fā)過程研究，結(jié)合箱室法估算了植被蒸騰占蒸散發(fā)的比率(T/ET)。研究成果為高寒森林生態(tài)系統(tǒng)水文循環(huán)研究提供了新的思路，并為森林生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)乃至古同位素檔案研究提供了潛在的應(yīng)用價(jià)值。

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上圖為麗江站的地理位置(a)，麗江站在云貴高原的位置(b)和觀測點(diǎn)的景觀照片(c)

由中國科學(xué)院青藏高原研究所、中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院、中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所64名科考隊(duì)員組成的“巔峰使命”珠峰科考浮空艇綜合科考團(tuán)隊(duì)。使用我國自主研發(fā)的極目一號III型浮空艇平臺搭載了包括Picarro L2130-i水汽同位素分析儀在內(nèi)的多種分析儀器與設(shè)備，到達(dá)海拔9032米的高度，獲得了珠峰地區(qū)大氣水汽傳輸和溫室氣體垂直變化過程關(guān)鍵科學(xué)數(shù)據(jù)，為揭示西風(fēng)傳輸影響下的青藏高原環(huán)境變化提供了重要科學(xué)依據(jù)。

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為了探討陸地天氣尺度降水事件的定量重建（如極端降水等），來自中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所、西安地球環(huán)境創(chuàng)新研究院和中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所的多位研究者共同開展了對陸生蝸牛殼體進(jìn)行了超高分辨δ¹⁸O的分析測試，同時(shí)利用Picarro L2130-i液態(tài)水同位素分析儀獲得了日常降水的氧同位素結(jié)果；對比發(fā)現(xiàn)兩者在細(xì)節(jié)和整體趨勢上的波動均高度相關(guān)，表明蝸牛殼體可用于研究和重建天氣時(shí)間尺度上的降雨變化，實(shí)現(xiàn)對區(qū)域天氣尺度降水事件的“一對一”定量重建。

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