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，襯管網(wǎng)格能夠捕獲高達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行時間延長到24小時。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3.46%）和高含鹽量水樣品 (339.4 g/L)。

https://mp.weixin.qq.com/s/Z_l-JF_-F5MRMf6_ugWETQ

加拿大戴爾豪斯大學(xué)海洋學(xué)系科學(xué)家們提供多組實驗室間比較的結(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間的監(jiān)測對比發(fā)現(xiàn)，四個年份不同實驗室間檢測的同位素平均值偏差僅為0.03‰，但單個實驗室的測量精度與平均精度要高于同一樣品不同實驗室間的測量精度，這主要是因為采樣方式的差異及分析數(shù)據(jù)集的差異決定，并不是水體自身變化。

https://mp.weixin.qq.com/s/hON6kWQuH_x5sEwumgrLTw

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)上對其進行改進，通過減少樣品注射次數(shù)和延長每個注入樣品的分析時間來獲得更高的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驗室并支付高額的測樣費用的煩擾。

https://mp.weixin.qq.com/s/3jhsOLACg7my-vtm2bUw9w

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)的重要而獨特的示蹤方法，該研究展示了位于東亞季風(fēng)區(qū)一個海島上兩年的降水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。

https://mp.weixin.qq.com/s/Er9VQvzyCPW_JUs2E67GOw

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（藍線）和氣溫（紅線）

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

https://mp.weixin.qq.com/s/XzZ6FUKFcr9Y7fxQM1BU8g

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。

https://mp.weixin.qq.com/s/XoqK03MQ-EvKWk0uGcemYw

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。

https://mp.weixin.qq.com/s/XxL9_D_F576GV3znXBj_Gg

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，實驗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。

https://mp.weixin.qq.com/s/92tm4wIAFrChPJ2DJpL8Sg

云南大學(xué)田立德實驗團隊韓姣姣博士，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)保護乃至古同位素檔案研究提供了潛在的應(yīng)用價值。

https://mp.weixin.qq.com/s/vjtunN0dYe3H6j_Ieuk7Dw

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)精密機械與物理研究所64名科考隊員組成的“巔峰使命”珠峰科考浮空艇綜合科考團隊。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)。

https://mp.weixin.qq.com/s/H0Gtmb6sizk5mgrGoBZQBA

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行了超高分辨δ¹⁸O的分析測試，同時利用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間尺度上的降雨變化，實現(xiàn)對區(qū)域天氣尺度降水事件的“一對一”定量重建。

https://mp.weixin.qq.com/s/ABZY-baDGzmXFDi7Uya7Ng