氦為元素周期表中的零族元素，因其化學(xué)性質(zhì)不活潑，不參與各種化學(xué)反應(yīng)過程，因此它們的同位素組成的變化幾乎不受復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程影響。已有研究表明，氦在地球大氣圈、地殼、上地幔和下地幔各圈層具有不同的同位素比值，變化范圍可達3個數(shù)量級，因此，氦同位素作為地質(zhì)過程和物質(zhì)來源的天然示蹤劑倍受重視。更多信息請點擊，或者撥打我們的熱線電話：400-6277-838

在地球演化中，利用氦同位素比值的不同來研究地幔的演化和結(jié)構(gòu)特征；在地震預(yù)報中，根據(jù)地震帶氦同位素的的背景值突然遠(yuǎn)離大氣值的現(xiàn)象來進行地震的預(yù)測；在天然氣勘探和成因研究中，根據(jù)天然氣中氦同位素比值的分布規(guī)律，可以對尋找天然氣藏起到很好的指示作用。

我國對氦同位素組成的研究主要是受限于分析設(shè)備，近幾年伴隨著一批高、精、尖的儀器引進，氦同位素分析技術(shù)展已在分析的準(zhǔn)確度和精確度方面都取得了很大的進發(fā)展。美國熱電公司生產(chǎn)的HeLixSFT型惰性氣體質(zhì)譜儀，用于開展樣品中氦同位素組成及其它惰性氣體同位素組成的分析測試及研究工作。

HeLixSFT是一種新型的、采用分叉分離飛行管道設(shè)計的惰性氣體質(zhì)譜儀，這種設(shè)計使得儀器對測量氦同位素組成有極高的分辨率、精確度與準(zhǔn)確度。儀器主要是由樣品制備系統(tǒng)、純化系統(tǒng)和測試系統(tǒng)組成。

樣品制備系統(tǒng)主要包括①雙真空加熱爐，外部真空由金屬擴散泵獲得，內(nèi)部真空由渦輪分子泵獲得；②激光熔樣裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)微區(qū)熔樣提取氣體。兩者均可實現(xiàn)階段升溫加熱，最高溫度可達1800℃，滿足各類地質(zhì)樣品的分析要求。

樣品純化系統(tǒng)為雙路純化系統(tǒng)，其超高真空由分子泵機組和離子泵實現(xiàn)，極限真空可達10－8Pa。樣品由四個鋯鋁泵，一個活性炭冷阱進行多級純化，鋯鋁泵在400℃可以除去大N2、O2、CO、CO2和碳?xì)浠衔锏葰怏w，常溫下可以吸附Ｈ２，因此，通常是兩個鋯鋁泵在常溫下工作，而另外兩個鋯鋁泵則是在400℃下工作，保證了所測氣體能夠被充分純化?；钚蕴坷溱鍎t主要是為了分離不同的惰性氣體，當(dāng)在活性炭冷阱上冷卻至液氮溫度時，可吸附Ar、Kr、Xe，此時系統(tǒng)內(nèi)只剩下He、Ｎｅ，由于兩者質(zhì)荷比相差較大，互不干擾測定，所以此時兩者可進入質(zhì)譜進行氦同位素的測量。為了方便空氣標(biāo)準(zhǔn)氣體和氣體樣品中的氦同位素組成，純化系統(tǒng)帶有容量為１μＬ小體積，由４組電磁閥來實現(xiàn)此體積的控制。

樣品的測試系統(tǒng)為主機部分，主機的真空由分子泵機組和離子泵來實現(xiàn)，采用在３５０℃對整個系統(tǒng)進行４８ｈ的分子泵去氣后，然后對系統(tǒng)在３５０℃下進行４８ｈ的離子泵去氣，系統(tǒng)的真空度優(yōu)于１０－８Ｐａ。離子源采用Ｎｉｅｒ離子源，可最大化地對氣體分子進行離子化，這樣就使得儀器有極高的靈敏度，其靈敏度對于Ｈｅ在８００μＡ阱電流時好于２×１０－４ａｍｐｓ／Ｔｏｒｒ，對于Ａｒ在２００μＡ阱電流時好于１×１０－３ａｍｐｓ／Ｔｏｒｒ。

因為一般樣品中氦含量極低，所以分析系統(tǒng)內(nèi)部極微的放氣率或者漏氣率就會對實驗結(jié)果造成很大的影響。HeLixSFT在這方面有著很大的優(yōu)勢。首先，在離子源附近設(shè)計了鋯鋁泵，進一步除去經(jīng)純化系統(tǒng)后極微量的Ｈ２，避免Ｈ２對Ｈｅ同位素的測量產(chǎn)生的干擾；其次，僅有７００ｃｍ３的飛行管道體積以及管道內(nèi)表面特殊的拋光處理，使儀器在靜態(tài)真空條件下，用倍增器測量４０Ａｒ本底值，其靜態(tài)氣體上升率小于１×１０－１２ｃｃＳＴＰ／ｍｉｎ，通過對３６Ａｒ測定，其背景值小于５×１０－１４ｃｃＳＴＰ，保證了氦同位素測量具有極高的準(zhǔn)確度。

質(zhì)譜主機的磁場半徑為３５ｃｍ，偏轉(zhuǎn)角度為１２０°，法拉第杯的分辨率＞４００，離子計數(shù)器分辨率＞７００，獨特的分離管道設(shè)計，不僅保證了儀器能夠?qū)ⅲ常龋搴停矗龋宸珠_，而且可將ＨＤ＋Ｈ３峰與３Ｈｅ峰完全分開，這些特點既保證了儀器有很高的分辨率，又避免氣體之間相互干擾。