Изотопы кислорода и водорода природных вод СССР
Методическое пособие - Геодезия и Геология
Другие методички по предмету Геодезия и Геология
ческий метод. Он применялся многими исследователями для решения задач, не требовавших высокой точности определений, и подробно описан И.Киршенбаумом [44]. Недостатком метода применительно к анализу изотопного состава природных вод является необходимость вести электролиз до конца, что для большинства случаев практически делает его непригодным, хотя и И.К.Маасс [Maass I. К.. 1962 г.] применила этот метод для изучения вариаций изотопного состава кислорода в кристаллизационных водах карналлитов^ Методы облучения не нашли применения из-за малых выходов продуктов реакции и необходимости изготавливать мощные излучательные установки.
Г. Юри и др. [84] предложили для определения изотопного состава кислорода в воде использовать реакцию изотопного обмена кислорода между водой и СО2:
С16О2 + Н218О С16О18О + Н216О. (3)
Этот способ был применен С. Эпштейном и Т. Майедой [78], В. Дансгаардом [76] и другими для изучения вариаций содержания 18О в природных водах. Техника изотопного анализа кислорода с использованием этого метода подробно описана И.Киршенбаумом [44] и в упомянутых оригинальных работах. Она заключается в уравновешивании СО2 в системе сообщающихся сосудов с образцами воды при 25,3простым встряхиванием с последующим масс-спектрометрическим анализом двуокиси углерода после полного обмена. Навеску воды берут 10-25 г [78]. Недостатком метода являются длительность приготовления проб, обусловленная опасностью неполного обмена, и необходимость использования для анализа относительно большого количества воды. Дж. ОНил и С. Эпштейн [ОNeil J., Epstein S., 1966 г.] разработали метод изотопного анализа кислорода в миллиграммовых количествах воды.
А. И. Бродский и др. [1962 г.] для изотопного анализа тяжелокислородной воды предложили персульфатный метод выделения кислорода. Метод основан на реакции воды с персульфатом калия, которая в щелочной среде протекает с выделением кислорода из воды, но не из персульфата и не сопровождается кинетическим изотопным эффектом. В дальнейшем этот метод был нами усовершенствован и применен для анализа изотопного состава кислорода природных вод [6].
МЕТОДИКА ПОДГОТОВКИ ПРОБ ДЛЯ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОГО ПРЕЦИЗИОННОГО ИЗОТОПНОГО АНАЛИЗА
Кислород воды. Выше были рассмотрены ряд химических соединений, используемых для масс-спектрометрического анализа изотопного состава кислорода, и методы их приготовления.
Показано, что из существующего многообразия различных соединений кислорода наилучшим для поставленной цели является молекулярный кислород. С химической точки зрения он также удобен, поскольку может быть выделен как из горных пород и метеоритов, так и из воды в свободном виде. Анализ методов выделения кислорода из воды показывает, что персульфатный метод весьма перспективен как для достижения высокой точности измерений, так и по простоте химических процедур и быстроте приготовления проб. Между тем следует признать, что большинство исследователей до сего времени предпочитают использовать двуокись углерода, приготовленную методом уравновешивания. Этот метод более универсален, традиционен и хорошо разработан. Не останавливаясь на деталях последнего, описанного в ряде цитируемых работ, ниже несколько подробнее остановимся на применяемом нами так называемом персульфатном методе. По нашему мнению, для активно и в различных направлениях работающих научных лабораторий использование двух или даже трех методов вполне оправданно. К этому зачастую и стремятся исследователи, разумеется, исходя из своих внутрилабораторных возможностей.
Водород воды. В настоящее время для количественного выделения водорода из природных вод применяют две методики с использованием в качестве металлов-восстановителей урана или цинка. Большинство исследователей используют реакцию разложения воды до газообразного водорода на горячем уране (~750), впервые предложенную Д. Бигеляйзеном и др. [Bigeleisen J., 1952 г.]. В СССР этот метод используется Ю.Б.Селецким, В.Д.Поляковым и др. [32, 53]. Способ имеет ряд преимуществ. Уран обладает высокой реакционной способностью и в установках с прямоточными вариантами позволяет получать данные с хорошо воспроизводимыми результатами. Видимо, именно это свойство урана было использовано В.М.Терстеном [Thyrston W. М„ 1970 г.] для постройки масс-спектрометра, работающего в автоматическом режиме. Однако имеются и отрицательные стороны. К ним мы относим: а) необходимость в проведении многократных промывок системы разложения воды введением ряда порций исследуемого образца до установления стабильного отношения D/H. Последнее не всегда строго контролируется из-за возможного образования карманов в стеклянных кранах со смазкой, ловушках и других элементах вакуумного тракта. Реализовать же надежную и быструю дегазацию пробы воды предыдущего образца в связи с сильными ее адсорбционными свойствами даже при целиком пригреваемой системе весьма трудно; б) необходимость достаточно высокой квалификации обслуживающего персонала для подготовки установки к измерениям пробы и ее анализа. Кроме того, следует предпринимать меры предосторожности при работе с металлическим ураном. И последнее, на что следовало бы, по нашему мнению, обратить внимание применительно ко всем способам выделения водорода и кислорода из природных вод. Поскольку исследуемые воды могут содержать различные компоненты химического, органического, газового и других составов, минерализация которых может изменяться от долей граммов на литр до 500-60