冰芯包裹气体的稳定同位素和气体比值的高精度测量方法与校正

冰芯包裹气的稳定同位素和气体比值不仅可用于冰芯定年,也是反演古代大气组成及气候变化的重要指标,准确重建历史时期的气候信息对包裹气体同位素组成的测量精度和准确性有很高的要求。本文系统描述了冰芯包裹气体在实验室真空管线上提取、纯化,并在同位素质谱仪上测量的流程,详细介绍了氧、氮稳定同位素及其气体比值的校正方法。冰芯包裹气的稳定同位素和气体比值易受到多种过程的干扰,如现代大气污染、质谱仪的稳定性、气体比值不同引起的质量干扰等。针对以上问题,本研究在高真空条件下处理冰芯样品,利用零点校正检测仪器的稳定性,进行化学斜率校正消除气体比值不同对同位素值造成的质量干扰,并最终将所有数据以现代空气为标样进行均一化校正。经校正后的空气标样的氧、氮同位素值(δ^(18)O、δ^(15)N)和气体比值(δO_(2)/N_(2)、δAr/N_(2))的外部精度分别为±0.043‰、±0.044‰、±0.7‰和±0.7‰。本研究重点强调了化学斜率校正对氧、氮同位素值的影响,综合2020年1月—2022年10月期间3次离子源更换后的化学斜率数据表明,δ^(18)O-δN_(2)/O_(2)和δ^(15)N-δO_(2)/N_(2)的化学斜率量级范围分别为10^(-5)~10^(-3)和10^(-4)~10^(-3)。样品气体比值不同对氧、氮同位素值造成的干扰不容忽视,必须予以校正。基于本文描述的方法,成功实现了青藏高原崇测冰芯包裹气体同位素的高精度测量。经过校正后,崇测冰芯顶部200 m样品的冰芯包裹气δ^(18)O合并标准误差为±0.009‰,说明本文所描述的冰芯包裹气体的测量及数据校正方法具有可行性,对于未来青藏高原及南极冰芯的包裹气研究具有一定的应用前景。