巖石脫氣高靈敏氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)合分析系統(tǒng)及使用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種巖石脫氣高靈敏氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)合分析系統(tǒng)，包括巖/礦樣品管、質(zhì)譜儀、高靈敏氣相色譜儀、樣品環(huán)。巖/礦樣品管連有冷阱，該冷阱分別連有高真空系統(tǒng)、質(zhì)譜儀；巖/礦樣品管與冷阱之間設(shè)有高真空閥Ⅰ、Ⅲ；高真空閥Ⅰ與Ⅲ之間設(shè)有一端連有氣體進樣口、另一端連有高真空電磁破碎器的管線Ⅲ；管線Ⅰ與高真空電磁破碎器之間設(shè)有高真空閥Ⅱ；管線Ⅰ與氣體進樣口之間設(shè)有高真空閥Ⅳ；冷阱與高真空系統(tǒng)之間依次設(shè)有薄膜壓力計、高真空六通閥、高真空閥Ⅶ、Ⅷ；高真空系統(tǒng)與質(zhì)譜儀之間設(shè)有高真空閥Ⅴ、Ⅵ；高真空六通閥分別與靈敏氣相色譜儀、樣品環(huán)、載氣輸入管相連。本發(fā)明還公開了該系統(tǒng)的使用方法。本發(fā)明樣品用量少、檢測靈敏度高。
【專利說明】巖石脫氣高靈敏氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)合分析系統(tǒng)及使用方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣體地球化學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及巖石脫氣高靈敏氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)合分析系統(tǒng)及使用方法。

【背景技術(shù)】
[0002]對巖石樣品(隕石、月球巖石和地球巖石/礦物)中所賦存的氣體組分(如H2、N2、
02、CO、C02、S02、H2S、CH4、C2H4、C2H6、C3H8、He和Ar等)的分析和研究，有利于探討這些氣體的成因、來源、化學(xué)特征、耦合共存機制及其所反映的環(huán)境和演化，對深刻理解地球和行星演化有重要科學(xué)意義。
[0003]在流體包裹體研究中，巖石礦物中流體包裹體揮發(fā)份的化學(xué)組成是多種流體包裹體研究中可以獲得的重要信息。在頁巖氣成因及其成藏規(guī)律的研究過程中，將頁巖樣品在真空中脫氣并提取其中的氣體，進而對其氣體組分等地球化學(xué)特性進行檢測分析，是一種方便的直接的研究方法。
[0004]巖石加熱脫氣和機械破碎脫氣常作為固體樣品中氣體的提取方法。氣體的化學(xué)組成常用氣相色譜法分析，質(zhì)譜法也是一種常用的化學(xué)組成分析工具。
[0005]如果巖石樣品較容易取得，或者巖石脫出氣體量較多，可以采用脫氣裝置脫氣后，收集氣體樣品，進行常規(guī)的氣相色譜或質(zhì)譜分析，研究其化學(xué)組成。對于巖石樣品不容易取得，或者巖石脫出氣體量較少的情況，如隕石、月巖、某些幔源巖或單礦物，要求用少量的樣品脫氣，并且盡可能全面分析脫出氣體的化學(xué)組成，常規(guī)的分析方法并不能滿足要求。
[0006]以往氣相色譜儀對非烴氣體的測量主要靠熱導(dǎo)檢測器，靈敏度較低，常需要較多的氣體量才能取得好的效果，且載氣組分無法檢測，某些化合物如氬和氧之間比較難以分離，通常須要采用多種實驗條件對同一個樣品進行分析，才能獲得較為全面的數(shù)據(jù)。質(zhì)譜分析法對烴類和非烴化合物靈敏度都較高，精度也較高，但是對于分子量相同或相近的質(zhì)譜峰或碎片離子難以有效地分離，采用數(shù)學(xué)方法處理獲得的結(jié)果，對于復(fù)雜的地質(zhì)樣品來說，其可靠性受到挑戰(zhàn)，尤其對于僅有幾個主要質(zhì)譜峰的微量氣體樣品的情況。
[0007]對于氣體樣品量比較多的情況(如氣體量>25°C、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下50ml)，采用氣相色譜法和質(zhì)譜法分別檢測,數(shù)據(jù)合并處理,能夠檢測出氣體的較全面的化學(xué)組成。而對于氣體樣品量比較少的情況(如氣體量<25°C、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下0.5ml)，采用氣相色譜法和質(zhì)譜法分別檢測、數(shù)據(jù)合并處理的方法時，氣體量又無法滿足要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種樣品用量少、檢測靈敏度高的巖石脫氣高靈敏氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)合分析系統(tǒng)。
[0009]本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是提供該巖石脫氣高靈敏氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)合分析系統(tǒng)使用方法。
[0010]為解決上述問題，本發(fā)明所述的巖石脫氣高靈敏氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)合分析系統(tǒng)，包括設(shè)置在加熱爐上的巖/礦樣品管、質(zhì)譜儀、高靈敏氣相色譜儀、樣品環(huán)，其特征在于:所述巖/礦樣品管的一端通過管線I連有冷阱，該冷阱通過管線II分別連有高真空系統(tǒng)、所述質(zhì)譜儀；所述巖/礦樣品管與所述冷阱之間的所述管線I上依次設(shè)有高真空閥1、高真空閥III;所述高真空閥I與所述高真空閥III之間的所述管線I上設(shè)有一端連有氣體進樣口、另一端連有高真空電磁破碎器的管線III ;所述管線I與所述高真空電磁破碎器之間的所述管線III上設(shè)有高真空閥II ;所述管線I與所述氣體進樣口之間的所述管線III上設(shè)有高真空閥IV ;所述冷阱與所述高真空系統(tǒng)之間的所述管線II上依次設(shè)有薄膜壓力計、高真空閥νπ、高真空六通閥、高真空閥珊；所述高真空系統(tǒng)與所述質(zhì)譜儀之間的所述管線II上依次設(shè)有高真空閥V、高真空閥VI ;所述高真空六通閥分別與所述靈敏氣相色譜儀、所述樣品環(huán)、所述載氣輸入管相連。
[0011]所述質(zhì)譜儀是指帶有電子倍增器和微孔進樣方式的質(zhì)譜儀。
[0012]所述樣品環(huán)中無填料。
[0013]所述高靈敏氣相色譜儀是指帶有脈沖放電檢測器的氣相色譜儀。
[0014]所述聞?wù)婵障到y(tǒng)中設(shè)有聞?wù)婵沼嫛?br> [0015]如上所述的巖石脫氣高靈敏氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)合分析系統(tǒng)使用方法，包括以下步驟:
⑴巖石或礦物樣品經(jīng)過碎樣、分離和清洗后，將粒徑< Imm的樣品稱重后裝入巖/礦樣品管內(nèi)；
⑵打開高真空閥1、高真空閥II1、高真空閥V、高真空閥νπ、高真空閥珊，關(guān)閉高真空閥
I1、高真空閥IV、高真空閥VI，打開高真空系統(tǒng)，對管線1、管線II抽真空；
⑶氣體進樣口用氣相色譜墊密封，打開所述高真空閥IV，當(dāng)真空度〈0.1Pa時，關(guān)閉所述高真空閥V和所述高真空閥VL從氣體進樣口注入25°C、I標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下0.1ml干燥空氣，記錄薄膜壓力計的壓強Ps ;完畢后關(guān)閉所述高真空閥IV，打開所述高真空閥V和所述聞?wù)婵臻yνπ ；
⑷當(dāng)真空度〈0.1Pa時，關(guān)閉所述高真空閥I，在30(Tl20(TC加熱所述巖石或礦物樣品，獲得巖石或礦物中釋放的氣體，該巖石或礦物中的氣體量在25°C、I標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下為1μ Tlrnl ；
(5)將冷阱置于_60°C，關(guān)閉所述高真空閥V、所述高真空閥VL打開所述高真空閥I，所述巖石或礦物中的氣體經(jīng)所述冷阱脫水后，記錄所述薄膜壓力計的壓強Pg ；
(6)打開所述高真空閥VI，由所述質(zhì)譜儀檢測所述巖石或礦物中的氣體的組分，得到H2、He、CH4, C0+N2+C2H4、C2H6, 02、H2S, Ar、C02+C3H8 及 SO2 的含量，完畢后關(guān)閉所述高真空閥VI ；
(7)關(guān)閉所述高真空閥珊，打開所述高真空閥VL部分氣體進入與高真空六通閥相連的樣品環(huán)，等待10s，使氣體成分達(dá)到平衡，關(guān)閉所述高真空閥νπ ；
⑶轉(zhuǎn)動所述高真空六通閥，使載氣由載氣輸入管經(jīng)所述樣品環(huán)進入所述高靈敏氣相色譜儀，由所述高靈敏氣相色譜儀檢測所述巖石或礦物中的氣體的組分，得到H2、N2, Ar+02、CO、CH4, CO2, C2H4, C2H6, C3H8的含量，完畢后轉(zhuǎn)動所述高真空六通閥，使其回到初始狀態(tài)；
⑶數(shù)據(jù)合并處理:
將所述步驟(6)所得的He、02、H2S、Ar和SO2的含量數(shù)據(jù)與所述步驟⑶所得的H2、N2, CO、CH4, C02、C2H4、C2H6, C3H8 的含量數(shù)據(jù)合并為 H2、He、CH4、CO、N2, C2H4, C2H6,02、H2S、Ar、CO2, C3H8及S02的含量13個組分?jǐn)?shù)據(jù)，該13個組分?jǐn)?shù)據(jù)即為所述巖石或礦物樣品脫氣的主要氣體組成；
(10)關(guān)閉所述高真空閥III，打開所述高真空閥V，當(dāng)真空度〈0.1Pa時，關(guān)閉所述高真空閥V，加熱所述冷阱，使其溫度> 100°c，記錄所述薄膜壓力計水蒸氣的壓強Pw ；
(ID氣體量的計算:
忽略所述氣體進樣口與所述高真空閥IV之間的體積，忽略所述冷阱溫度和環(huán)境溫度的影響，脫出氣體的量為25°C、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下0.lmlXPg/Ps ;水蒸氣的量估計為25°C、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下0.lmlXPw/Ps0
[0016]如上所述的巖石脫氣高靈敏氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)合分析系統(tǒng)使用方法，包括以下步驟:
⑴將巖石或礦物樣品預(yù)碎至1.5厘米以下稱重后，裝入高真空電磁破碎器(3)中；
⑵打開高真空閥I1、高真空閥II1、高真空閥V、高真空閥ΥΠ、高真空閥珊，關(guān)閉高真空閥1、高真空閥IV、高真空閥VI，打開高真空系統(tǒng)，對管線I1、管線III抽真空；
⑶氣體進樣口用氣相色譜墊密封，打開所述高真空閥IV，當(dāng)真空度〈0.1Pa時，關(guān)閉所述高真空閥V和所述高真空閥VL從氣體進樣口注入25°C、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下0.lml干燥空氣，記錄薄膜壓力計的壓強Ps ;完畢后關(guān)閉所述高真空閥IV，打開所述高真空閥V和所述聞?wù)婵臻yνπ ；
⑷當(dāng)真空度〈0.1Pa時，關(guān)閉所述高真空閥II，通過破碎所述巖石或礦物樣品獲得巖石或礦物中釋放的氣體，該巖石或礦物中的氣體量在25°c、l標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下為1 μ flml ；
(5)將冷阱置于_60°C，關(guān)閉所述高真空閥V、所述高真空閥VL打開所述高真空閥II，所述巖石或礦物中的氣體經(jīng)所述冷阱脫水后，記錄所述薄膜壓力計的壓強Pg ；
(6)打開所述高真空閥VI，由所述質(zhì)譜儀檢測所述巖石或礦物中的氣體的組分，得到H2、He、CH4、C0+N2+C2H4、C2H6、02、H2S、Ar、C02+C3H8 及 S02 的含量，完畢后關(guān)閉所述高真空閥VI ；
(7)關(guān)閉所述高真空閥珊，打開所述高真空閥VL部分氣體進入與高真空六通閥相連的樣品環(huán)，等待10s，使氣體成分達(dá)到平衡，關(guān)閉所述高真空閥ΥΠ ；
⑶轉(zhuǎn)動所述高真空六通閥，使載氣由載氣輸入管經(jīng)所述樣品環(huán)進入所述高靈敏氣相色譜儀，由所述高靈敏氣相色譜儀檢測所述巖石或礦物中的氣體的組分，得到H2、N2、Ar+02、CO、CH4、C02、C2H4、C2H6、C3H8的含量，完畢后轉(zhuǎn)動所述高真空六通閥，使其回到初始狀態(tài)；
⑶數(shù)據(jù)合并處理:
將所述步驟(6)所得的He、02、H2S、Ar和S02的含量數(shù)據(jù)與所述步驟⑶所得的H2、N2、CO、CH4、C02、C2H4、C2H6、C3H8 的含量數(shù)據(jù)合并為 H2、He、CH4、CO、N2、C2H4、C2H6、02、H2S、Ar、C02、C3H8及S02的含量13個組分?jǐn)?shù)據(jù)，該13個組分?jǐn)?shù)據(jù)即為所述巖石或礦物樣品脫氣的主要氣體組成；
(10)關(guān)閉所述高真空閥III，打開所述高真空閥V，當(dāng)真空度〈0.1Pa時，關(guān)閉所述高真空閥V，加熱所述冷阱，使其溫度> 100°c，記錄所述薄膜壓力計水蒸氣的壓強Pw ；
(ID氣體量的計算:
忽略所述氣體進樣口與所述高真空閥IV之間的體積，忽略所述冷阱溫度和環(huán)境溫度的影響，脫出氣體的量為25°c、l標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下0.lmlXPg/Ps ;水蒸氣的量估計為25°C、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下0.lmlXPw/Ps0
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
1、本發(fā)明中巖石礦物樣品或其它固體樣品在靜態(tài)高真空下脫氣，與低真空或載氣保護系統(tǒng)相比，減少了殘余/雜質(zhì)氣體干擾，靜態(tài)高真空管線的設(shè)計排除了漏入系統(tǒng)的空氣干擾，使得即使釋放氣體量在微升量級，仍然可以獲得可靠的分析數(shù)據(jù)。
[0018]2、本發(fā)明中由薄膜壓力計檢測氣體壓強，可以對巖石脫出氣體的總量進行定量，對脫出的水也可以定量。
[0019]3、本發(fā)明中的高靈敏氣相色譜儀是指帶有脈沖放電檢測器的氣相色譜儀，其中脈沖放電檢測器敏度很高，且屬于對大多數(shù)氣體都可以檢測的通用型檢測器，比以往的通用型檢測器(熱導(dǎo)檢測器)靈敏度高:Γ5個量級，微量氣體轉(zhuǎn)移到氣相色譜樣品環(huán)后，很容易就可以將氣體成分檢測出來。同時，該檢測器使得樣品量足夠少到可以分別引入氣相色譜儀與質(zhì)譜儀同時分析。
[0020]4、由于本發(fā)明中的高靈敏氣相色譜儀靈敏度高，因此，氣體可通過無填料進樣環(huán)導(dǎo)入氣相色譜儀直接分析，無需采用分子篩富集，從而避免了因分子篩吸附和解吸所造成的化學(xué)組成變化。
[0021]5、本發(fā)明中質(zhì)譜儀是指帶有電子倍增器和微孔進樣方式的質(zhì)譜儀，因此，有效提高了靈敏度。
[0022]6、本發(fā)明使用時，采用質(zhì)譜法與氣相色譜法檢測數(shù)據(jù)合并，因此，分離效果好，定量數(shù)據(jù)更可靠，尤其適應(yīng)于樣品來源困難或樣品量有限的固體樣品脫氣分析，如月巖、隕石和貴重礦物等。
[0023]7、本發(fā)明主要儀器設(shè)備高靈敏氣相色譜儀和帶電子倍增器的四極質(zhì)譜儀總價值不到100萬元，因此，可在多數(shù)實驗室獲得應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細(xì)的說明。
[0025]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2為本發(fā)明中載氣通過樣品環(huán)的狀態(tài)示意圖。
[0027]圖中:1 一巖/礦樣品管2—加熱爐3 —聞?wù)婵针姶牌扑槠?一冷講 5—質(zhì)譜儀 6—薄膜壓力計7—高靈敏氣相色譜儀8—高真空六通閥 9一樣品環(huán)10—高真空系統(tǒng)11 一聞?wù)婵臻yI 12 —聞?wù)婵臻yII 13一聞?wù)婵臻yIII 14一聞?wù)婵臻yIV 15一聞?wù)婵臻yV 16—高真空閥VI 17—高真空閥Vn 18—高真空閥VDI 19—管線I 20—管線II21—管線 III。

【具體實施方式】
[0028]如圖1所示，巖石脫氣高靈敏氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)合分析系統(tǒng)，包括設(shè)置在加熱爐2上的巖/礦樣品管1、質(zhì)譜儀5、高靈敏氣相色譜儀7、樣品環(huán)9。
[0029]巖/礦樣品管I的一端通過管線I 19連有冷阱4，該冷阱4通過管線II 20分別連有高真空系統(tǒng)10、質(zhì)譜儀5 ;巖/礦樣品管I與冷阱4之間的管線I 19上依次設(shè)有高真空閥I 11、高真空閥III13 ;高真空閥I 11與高真空閥III13之間的管線I 19上設(shè)有一端連有氣體進樣口、另一端連有高真空電磁破碎器3的管線III 21 ;管線I 19與高真空電磁破碎器3之間的管線III 21上設(shè)有高真空閥II 12;管線I 19與氣體進樣口之間的管線III 21上設(shè)有高真空閥IV 14 ;冷阱4與高真空系統(tǒng)10之間的管線II 20上依次設(shè)有薄膜壓力計6、高真空閥ΥΠ 17、高真空六通閥8、高真空閥珊18 ;高真空系統(tǒng)10與質(zhì)譜儀5之間的管線II 20上依次設(shè)有高真空閥V 15、高真空閥VI16 ;高真空六通閥8分別與靈敏氣相色譜儀7、樣品環(huán)9、載氣輸入管相連。
[0030]其中:
質(zhì)譜儀5是指帶有電子倍增器和微孔進樣方式的質(zhì)譜儀。
[0031]樣品環(huán)9中無填料。
[0032]高靈敏氣相色譜儀7是指帶有脈沖放電檢測器的氣相色譜儀。
[0033]聞?wù)婵障到y(tǒng)10中設(shè)有聞?wù)婵沼嫛?br> [0034]實施例1巖石脫氣高靈敏氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)合分析系統(tǒng)使用方法，包括以下步驟:
⑴巖石或礦物樣品經(jīng)過碎樣、分離和清洗后，將粒徑< 1_的樣品稱重后裝入巖/礦樣品管1內(nèi)；
⑵打開高真空閥I 11、高真空閥III 13、高真空閥V 15、高真空閥ΥΠ 17、高真空閥VIII 18，關(guān)閉高真空閥II 12、高真空閥IV 14、高真空閥VI 16，打開高真空系統(tǒng)10，對管線I 19、管線II 20抽真空；
⑶氣體進樣口用氣相色譜墊密封，打開高真空閥IV 14，當(dāng)真空度〈0.1Pa時，關(guān)閉高真空閥V 15和高真空閥VD17，從氣體進樣口注入25°C、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下0.lml干燥空氣，記錄薄膜壓力計6的壓強Ps ;完畢后關(guān)閉高真空閥IV 14，打開高真空閥V 15和高真空閥ΥΠ 17 ；⑷當(dāng)真空度〈0.1Pa時，關(guān)閉高真空閥I 11，在30(Tl20(TC加熱巖石或礦物樣品，獲得巖石或礦物中釋放的氣體,該巖石或礦物中的氣體量在25°C、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下為1 μ flml ；
(5)將冷阱4置于-60°C，關(guān)閉高真空閥V15、高真空閥ΥΠ 17，打開高真空閥I 11，巖石或礦物中的氣體經(jīng)冷阱4脫水后，記錄薄膜壓力計6的壓強Pg ；
(6)打開高真空閥VI16，由質(zhì)譜儀5檢測巖石或礦物中的氣體的組分，得到H2、He、CH4、C0+N2+C2H4、C2H6、02、H2S、Ar、C02+C3H8 及 S02 的含量，完畢后關(guān)閉高真空閥VI 16 ；
(7)關(guān)閉高真空閥VIII18，打開高真空閥ΥΠ 17，部分氣體進入與高真空六通閥8相連的樣品環(huán)9，等待10s，使氣體成分達(dá)到平衡，關(guān)閉高真空閥ΥΠ 17 ；
⑶轉(zhuǎn)動高真空六通閥8，使載氣由載氣輸入管經(jīng)樣品環(huán)9進入高靈敏氣相色譜儀7 (參見圖2)，由高靈敏氣相色譜儀7檢測巖石或礦物中的氣體的組分，得到H2、N2、Ar+02、CO、CH4、C02、C2H4、C2H6、C3H8的含量，完畢后轉(zhuǎn)動高真空六通閥8，使其回到初始狀態(tài)；
⑶數(shù)據(jù)合并處理:
將步驟(6)所得的He、02、H2S、Ar和S02的含量數(shù)據(jù)與步驟⑶所得的H2、N2、CO、CH4、C02、C2H4、C2H6、C3H8 的含量數(shù)據(jù)合并為 H2、He、CH4、C0、N2、C2H4、C2H6、02、H2S、Ar、C02、C3H8&S02 的含量13個組分?jǐn)?shù)據(jù)，該13個組分?jǐn)?shù)據(jù)即為所述巖石或礦物樣品脫氣的主要氣體組成；
(10)關(guān)閉高真空閥III13，打開高真空閥V 15，當(dāng)真空度〈0.1Pa時，關(guān)閉高真空閥V 15，力口熱冷阱4，使其溫度彡100°C，記錄薄膜壓力計6水蒸氣的壓強Pw ；
(ID氣體量的計算:
忽略氣體進樣口與高真空閥IV 14之間的體積，忽略冷阱4溫度和環(huán)境溫度的影響，脫出氣體的量為25°C、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下0.lmlXPg/Ps ;水蒸氣的量估計為25°C、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下 0.1ml XPw/Pso
[0035]實施例2巖石脫氣高靈敏氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)合分析系統(tǒng)使用方法，包括以下步驟:
⑴將巖石或礦物樣品預(yù)碎至1.5厘米以下稱重后，裝入高真空電磁破碎器3中；
⑵打開高真空閥II 12、高真空閥III 13、高真空閥V 15、高真空閥VII 17、高真空閥VDI 18，關(guān)閉高真空閥I 11、高真空閥IV 14、高真空閥VI 16，打開高真空系統(tǒng)10，對管線II 20、管線III 21抽真空；
⑶氣體進樣口用氣相色譜墊密封，打開高真空閥IV 14，當(dāng)真空度〈0.1Pa時，關(guān)閉高真空閥V 15和高真空閥VII17，從氣體進樣口注入25°C、I標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下0.1ml干燥空氣，記錄薄膜壓力計6的壓強Ps ;完畢后關(guān)閉高真空閥IV 14，打開高真空閥V 15和高真空閥VII 17 ；⑷當(dāng)真空度〈0.1Pa時，關(guān)閉高真空閥II 12，通過破碎巖石或礦物樣品獲得巖石或礦物中釋放的氣體，該巖石或礦物中的氣體量在25°C、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下為I μ riml ；
(5)將冷阱4置于-60°C，關(guān)閉高真空閥V15、高真空閥VII 17，打開高真空閥II 12，巖石或礦物中的氣體經(jīng)冷阱4脫水后，記錄薄膜壓力計6的壓強Pg ；
(6)打開高真空閥VI16，由質(zhì)譜儀5檢測巖石或礦物中的氣體的組分，得到Η2、He、CH4,C0+N2+C2H4、C2H6, 02、H2S, Ar、C02+C3H8 及 SO2 的含量，完畢后關(guān)閉高真空閥VI 16 ；
(7)關(guān)閉高真空閥VDI18，打開高真空閥VII 17，部分氣體進入與高真空六通閥8相連的樣品環(huán)9，等待10s，使氣體成分達(dá)到平衡，關(guān)閉高真空閥VII 17 ；
⑶轉(zhuǎn)動高真空六通閥8，使載氣由載氣輸入管經(jīng)樣品環(huán)9進入高靈敏氣相色譜儀7 (參見圖2)，由高靈敏氣相色譜儀7檢測巖石或礦物中的氣體的組分，得到H2、N2、Ar+02、COXH4,CO2, C2H4, C2H6, C3H8的含量，完畢后轉(zhuǎn)動高真空六通閥8，使其回到初始狀態(tài)；
⑶數(shù)據(jù)合并處理:
將步驟(6)所得的He、02、H2S, Ar和SO2的含量數(shù)據(jù)與步驟⑶所得的H2、N2、CO、CH4, CO2,C2H4、C2H6、C3H8 的含量數(shù)據(jù)合并為 H2、He、CH4、C0、N2、C2H4、C2H6、02、H2S、Ar、C02、C3H8 及 SO2 的含量13個組分?jǐn)?shù)據(jù)，該13個組分?jǐn)?shù)據(jù)即為所述巖石或礦物樣品脫氣的主要氣體組成；
(10)關(guān)閉高真空閥III13，打開高真空閥V15，當(dāng)真空度〈0.1Pa時，關(guān)閉高真空閥V 15，力口熱冷阱4，使其溫度彡100C，記錄薄膜壓力計6水蒸氣的壓強Pw ；
(11)氣體量的計算:
忽略氣體進樣口與高真空閥IV 14之間的體積，忽略冷阱4溫度和環(huán)境溫度的影響，脫出氣體的量為25°C、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下0.lmlXPg/Ps ;水蒸氣的量估計為25°C、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下 0.1ml XPw/Pso
[0036]以玄武巖樣品分段加熱低溫階段脫氣氣體組分分析為例，對使用方法進行詳細(xì)說明。
[0037]⑴玄武巖樣品粉碎樣到40目以下，用5%的鹽酸浸泡12小時，用蒸餾水在超聲波清洗器中清洗3次，在干燥箱中烘干，稱取0.5g，裝入巖/礦樣品管I內(nèi)。
[0038]⑵打開聞?wù)婵臻}I 11、聞?wù)婵臻}III 13、聞?wù)婵臻}V 15、晶直宇腕VII 17、晶直宇閥VDI 18，關(guān)閉高真空閥II 12、高真空閥IV 14、高真空閥VI 16，打開高真空系統(tǒng)10，對管線I 19、管線II 20抽真空。高真空系統(tǒng)10中裝有高真空計，可以指示系統(tǒng)的真空度。
[0039]⑶氣體進樣口用氣相色譜墊密封，打開高真空閥IV 14,當(dāng)真空度<10_3mbar(0.1Pa)時，關(guān)閉高真空閥V 15和高真空閥ΥΠ 17，用定量注射器從氣體進樣口注入25°C、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下0.lml干燥空氣，記錄薄膜壓力計6的壓強Ps ;完畢后關(guān)閉高真空閥IV 14，打開聞?wù)婵臻}V 15和聞?wù)婵臻}ΥΠ 17。
[0040]⑷當(dāng)真空度〈0.1Pa時，關(guān)閉高真空閥I 11，在400°C加熱巖/礦樣品管1并保持45min，獲得玄武巖樣品分段加熱低溫階段釋放的氣體，該巖石或礦物中的氣體量在25°C、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下為1μ flml。
[0041](5)將冷阱4溫度調(diào)節(jié)到_60°C，關(guān)閉高真空閥V 15、高真空閥ΥΠ 17，打開高真空閥I 11，氣體經(jīng)冷阱4脫水后，記錄薄膜壓力計6的壓強Pg。
[0042](6)打開高真空閥VI 16，由質(zhì)譜儀5檢測氣體的組分，得到H2、He、CH4、C0+N2+C2H4、C2H6、02、H2S、Ar、C02+C3H8&S02的含量，完畢后關(guān)閉高真空閥VI 16。
[0043]其中質(zhì)譜儀為德國Pfeiffer Vacuum公司生產(chǎn)的QMG220型四極質(zhì)譜儀,帶電子倍增器，帶微孔進樣閥。操作軟件為INFIC0N公司的QUADERA軟件。實施前，質(zhì)譜儀處于待機狀態(tài)。
[0044](7)關(guān)閉高真空閥珊18，打開高真空閥ΥΠ 17，部分氣體進入與高真空六通閥8相連的樣品環(huán)9，等待10s，使氣體成分達(dá)到平衡，關(guān)閉高真空閥ΥΠ 17。
[0045](8)轉(zhuǎn)動高真空六通閥8，使載氣由載氣輸入管經(jīng)樣品環(huán)9進入高靈敏氣相色譜儀7(參見圖2)，由高靈敏氣相色譜儀7檢測巖石或礦物中的氣體的組分，得到H2、N2、Ar+02、C0、CH4、C02、C2H4、C2H6、C3H8的含量，完畢后轉(zhuǎn)動高真空六通閥8，使其回到初始狀態(tài)(參見圖1)。
[0046]其中:高靈敏氣相色譜儀為上海華愛色譜技術(shù)有限公司生產(chǎn)的GC-9560-PDD型氣相色譜儀，帶脈沖放電檢測器(PDD)，載氣為高純氦。實施前，氣相色譜儀處于待機狀態(tài)。
[0047]⑶數(shù)據(jù)合并處理:
將步驟(6)所得的He、02、H2S、Ar和S02的含量數(shù)據(jù)與步驟⑶所得的H2、N2、CO、CH4、C02、C2H4、C2H6、C3H8 的含量數(shù)據(jù)合并為 H2、He、CH4、C0、N2、C2H4、C2H6、02、H2S、Ar、C02、C3H8&S02 的含量13個組分?jǐn)?shù)據(jù)，該13個組分?jǐn)?shù)據(jù)即為所述巖石或礦物樣品脫氣的主要氣體組成。
[0048]從這13個組分的體積百分含量之和與100%的偏差，可以估計總的測量誤差，通常采用歸一化處理方法，強制所有組分體積百分含量之和為100%。玄武巖樣品分段加熱低溫階段脫氣氣體成分中一般不含c4以上的高碳數(shù)氣體,c3氣體(c3h4、c3h6、c3h8)的含量很微，不影響Ar的質(zhì)譜數(shù)據(jù)。H2S和S02的質(zhì)譜碎片對02含量有影響，質(zhì)譜儀的操作軟件可以對這種影響予以扣除，H2S和S02的含量也很低。
[0049](1Φ關(guān)閉高真空閥III 13，打開高真空閥V 15，當(dāng)真空度〈0.1Pa時，關(guān)閉高真空閥V 15，調(diào)節(jié)冷阱溫度到100°C，記錄薄膜壓力計6水蒸氣的壓強Pw。
[0050](11)氣體量的計算:
忽略氣體進樣口與高真空閥IV 14之間的體積，忽略冷阱4溫度和環(huán)境溫度的影響，脫出氣體的量為25°C、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下0.lmlXPg/Ps ;水蒸氣的量估計為25°C、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下 0.lml XPw/Pso
[0051]換算到每g玄武巖分段加熱400°C階段氣體釋放量為(0.lXPg/Ps + 0.5)ml/g，水的釋放量為(0.1XPw/PsX PH2O^0.5)g/g，這里9_為251:、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的密度，為lg/ml。設(shè) Ps=200Pa，Pg=100Pa, Pw=20Pa，則氣體釋放量為(λ lml/g，水的量約為(λ 02g/g。
【權(quán)利要求】
1.巖石脫氣高靈敏氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)合分析系統(tǒng)，包括設(shè)置在加熱爐(2)上的巖/礦樣品管〔0、質(zhì)譜儀(5^高靈敏氣相色譜儀(了)、樣品環(huán)(9),其特征在于:所述巖/礦樣品管(1)的一端通過管線I (19)連有冷阱(4),該冷阱(4)通過管線II (20)分別連有高真空系統(tǒng)(川)、所述質(zhì)譜儀(5):所述巖/礦樣品管(1)與所述冷阱(4)之間的所述管線I (19)上依次設(shè)有聞?wù)婵臻yI (11〉、聞?wù)婵臻yIII(13)；所述聞?wù)婵臻yI (11)與所述聞?wù)婵臻y111(13)之間的所述管線I (19)上設(shè)有一端連有氣體進樣口、另一端連有高真空電磁破碎器(3)的管線111(20；所述管線I (19)與所述高真空電磁破碎器(3)之間的所述管線111(21)上設(shè)有高真空閥II (12)；所述管線I (19)與所述氣體進樣口之間的所述管線111(21)上設(shè)有高真空閥…(“)；所述冷阱(4)與所述高真空系統(tǒng)(10)之間的所述管線II (20)上依次設(shè)有薄月旲壓力計〔6〉、聞?wù)婵臻yVII (17〉、聞?wù)婵瞻送ㄩy〔8〉、聞?wù)婵臻y珊(18)；所述聞?wù)婵障到y(tǒng)(10)與所述質(zhì)譜儀(5)之間的所述管線II (20)上依次設(shè)有高真空閥^(巧)、高真空所述高真空六通閥(8)分別與所述靈敏氣相色譜儀(了)、所述樣品環(huán)(幻、所述載氣輸入管相連。
2.如權(quán)利要求1所述的巖石脫氣高靈敏氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)合分析系統(tǒng)，其特征在于:所述質(zhì)譜儀(5 )是指帶有電子倍增器和微孔進樣方式的質(zhì)譜儀。
3.如權(quán)利要求1所述的巖石脫氣高靈敏氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)合分析系統(tǒng)，其特征在于:所述樣品環(huán)(9)中無填料。
4.如權(quán)利要求1所述的巖石脫氣高靈敏氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)合分析系統(tǒng)，其特征在于:所述高靈敏氣相色譜儀(7)是指帶有脈沖放電檢測器的氣相色譜儀。
5.如權(quán)利要求1所述的巖石脫氣高靈敏氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)合分析系統(tǒng)，其特征在于:所述聞?wù)婵障到y(tǒng)(10)中設(shè)有聞?wù)婵沼嫛?br> 6.如權(quán)利要求1所述的巖石脫氣高靈敏氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)合分析系統(tǒng)使用方法，包括以下步驟: ⑴巖石或礦物樣品經(jīng)過碎樣、分離和清洗后，將粒徑? 1皿的樣品稱重后裝入巖/礦樣品管(1)內(nèi)； ⑵打開高真空閥I〔10、高真空閥111(13^高真空閥乂丨巧)、高真空閥訓(xùn)^了)、高真空閥珊(18),關(guān)閉高真空閥II (口)、高真空閥IV(“)、高真空^1/1( 16),打開高真空系統(tǒng)(10),對管線I (…)、管線II (20)抽真空； ⑶氣體進樣口用氣相色譜墊密封，打開所述高真空閥IV (14),當(dāng)真空度切.時，關(guān)閉所述高真空^^(15)和所述高真空從氣體進樣口注入251、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下0.11111干燥空氣，記錄薄膜壓力計(6)的壓強？8 ；完畢后關(guān)閉所述高真空閥IV (14),打開所述高真空閥V (15)和所述高真空閥VII (17)； ⑷當(dāng)真空度切.時，關(guān)閉所述高真空閥I (11),在30(^12001加熱所述巖石或礦物樣品，獲得巖石或礦物中釋放的氣體，該巖石或礦物中的氣體量在251^、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下為廣 11111 ； ⑶將冷阱(4)置于-601，關(guān)閉所述高真空閥V (15 )、所述高真空閥訓(xùn)(17 )，打開所述高真空閥I (11),所述巖石或礦物中的氣體經(jīng)所述冷阱(4)脫水后，記錄所述薄膜壓力計(6)的壓強； (6)打開所述高真空閥1/1(16),由所述質(zhì)譜儀(5)檢測所述巖石或礦物中的氣體的組分，得到4、抱、0！4、00+^+02?.02?。?? 02、昭、紅、(^+(?及302的含量，完畢后關(guān)閉所述高真空閥VI(16)； ⑴關(guān)閉所述高真空閥珊(18),打開所述高真空閥訓(xùn)(17),部分氣體進入與高真空六通閥(8)相連的樣品環(huán)(9),等待108，使氣體成分達(dá)到平衡，關(guān)閉所述高真空閥17)； ⑶轉(zhuǎn)動所述高真空六通閥(8),使載氣由載氣輸入管經(jīng)所述樣品環(huán)(9)進入所述高靈敏氣相色譜儀(7),由所述高靈敏氣相色譜儀(7)檢測所述巖石或礦物中的氣體的組分，得到！！2、~2、紅—02、⑶、吸、002? 02??！4? 02！！6?切8的含量，完畢后轉(zhuǎn)動所述高真空六通閥(8),使其回到初始狀態(tài)； ⑶數(shù)據(jù)合并處理: 將所述步驟(6)所得的抱、02、??！23、紅和302的含量數(shù)據(jù)與所述步驟⑶所得的4、隊、⑶、】4、002、切4、切6、03！18的含量數(shù)據(jù)合并為只2、拖、0！4、⑶、％、切4、切6、02、昭、紅、002?切8及302的含量13個組分?jǐn)?shù)據(jù)，該13個組分?jǐn)?shù)據(jù)即為所述巖石或礦物樣品脫氣的主要氣體組成； 00)關(guān)閉所述高真空閥111(13),打開所述高真空閥V (15),當(dāng)真空度〈0丨時，關(guān)閉所述高真空閥V (15),加熱所述冷阱(4),使其溫度? 1001，記錄所述薄膜壓力計(6)水蒸氣的壓強~ ； (11)氣體量的計算: 忽略所述氣體進樣口與所述高真空閥:^(14)之間的體積，忽略所述冷阱(4)溫度和環(huán)境溫度的影響，脫出氣體的量為251、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下0.；水蒸氣的量估計為.251、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下0.11111 X？界外8。
7.如權(quán)利要求1所述的巖石脫氣高靈敏氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)合分析系統(tǒng)使用方法，包括以下步驟: ⑴將巖石或礦物樣品預(yù)碎至1.5厘米以下稱重后，裝入高真空電磁破碎器(3)中； ⑵打開高真空閥II (口)、高真空閥口“口^高真空閥乂丨巧乂高真空閥訓(xùn)^了^高真空閥珊(18),關(guān)閉高真空閥I〔10、高真空閥…(“)、高真空打開高真空系統(tǒng)(10),對管線II (20),管線111(21)抽真空； ⑶氣體進樣口用氣相色譜墊密封，打開所述高真空閥IV (14),當(dāng)真空度切.時，關(guān)閉所述高真空閥V (15)和所述高真空閥訓(xùn)(17),從氣體進樣口注入251、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下.0.11111干燥空氣，記錄薄膜壓力計(6)的壓強？8 ；完畢后關(guān)閉所述高真空閥IV (14),打開所述高真空閥V (15)和所述高真空閥VII(17)；⑷當(dāng)真空度切.1？3時，關(guān)閉所述高真空閥II (12),通過破碎所述巖石或礦物樣品獲得巖石或礦物中釋放的氣體，該巖石或礦物中的氣體量在251^、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下為1 9廣11111 ；⑶將冷阱(4)置于-601，關(guān)閉所述高真空閥V (15?、所述高真空閥訓(xùn)(17),打開所述高真空閥II (12),所述巖石或礦物中的氣體經(jīng)所述冷阱(4)脫水后，記錄所述薄膜壓力計(6)的壓強； (6)打開所述高真空閥1/1(16),由所述質(zhì)譜儀(5)檢測所述巖石或礦物中的氣體的組分，得到4、抱、0！4、00+^+02?.^ 02、昭、紅、002^03！18及302的含量，完畢后關(guān)閉所述高真空閥VI(16)； ⑴關(guān)閉所述高真空閥珊(18),打開所述高真空閥訓(xùn)(17),部分氣體進入與高真空六通閥(8)相連的樣品環(huán)(9),等待108，使氣體成分達(dá)到平衡，關(guān)閉所述高真空閥17)； ⑶轉(zhuǎn)動所述高真空六通閥(8),使載氣由載氣輸入管經(jīng)所述樣品環(huán)(9)進入所述高靈敏氣相色譜儀(7),由所述高靈敏氣相色譜儀(7)檢測所述巖石或礦物中的氣體的組分，得到??！2、~2、紅—02、⑶、吸、002? 02?。?? 02?。??切8的含量，完畢后轉(zhuǎn)動所述高真空六通閥(8),使其回到初始狀態(tài)； ⑶數(shù)據(jù)合并處理: 將所述步驟(6)所得的抱、02、??！23、紅和302的含量數(shù)據(jù)與所述步驟⑶所得的4、隊、⑶、】4、002、切4、切6、03！18的含量數(shù)據(jù)合并為只2、拖、0！4、⑶、％、切4、切6、02、昭、紅、002?切8及302的含量13個組分?jǐn)?shù)據(jù)，該13個組分?jǐn)?shù)據(jù)即為所述巖石或礦物樣品脫氣的主要氣體組成； . 00)關(guān)閉所述高真空閥111(13),打開所述高真空閥V (15),當(dāng)真空度〈0丨時，關(guān)閉所述高真空閥V (15),加熱所述冷阱(4),使其溫度? 1001，記錄所述薄膜壓力計(6)水蒸氣的壓強~ ； (11)氣體量的計算: 忽略所述氣體進樣口與所述高真空閥IV (14)之間的體積，忽略所述冷阱(4)溫度和環(huán)境溫度的影響，脫出氣體的量為251、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下0.；水蒸氣的量估計為.251、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下0.11111 X？界7？8。
【文檔編號】G01N30/88GK104407089SQ201410746067
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月9日
【發(fā)明者】李立武, 曹春輝, 賀堅, 邢藍(lán)田, 李中平, 杜麗 申請人:中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心