雙真空爐管的研制及其在巖石加熱脫氣氣體組分測試中的應(yīng)用

高梓涵， 李立武， 王玉慧， 曹春輝， 賀堅(jiān)

(1.中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院， 甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國科學(xué)院油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 甘肅 蘭州 730000；3.中國科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049)

保存在幔源巖中的地幔流體揮發(fā)份的特征和性質(zhì)與能源、礦產(chǎn)資源以及地球的演化過程密切相關(guān)，關(guān)于流體揮發(fā)份的研究是地球科學(xué)最為活躍的領(lǐng)域之一[1]。有關(guān)流體包裹體中揮發(fā)份(如CO2與H2O)含量的信息對火山過程和地球系統(tǒng)中各種元素的全球循環(huán)提供了重要的依據(jù)以及限制條件[2]，熔體包裹體保存的熔體樣品，為確定巖漿的揮發(fā)物含量和脫氣行為提供了有價(jià)值的工具[3]。湯慶艷等[4]的研究表明，噴出巖、含硫化物礦床巖體中較高含量的H2說明巖漿起源于相對還原的流體介質(zhì)中，且流體介質(zhì)含有較多的H2O與H2，在噴發(fā)的過程中，巖漿不斷散失，殼源物質(zhì)混入，慢慢過渡到氧化性的流體環(huán)境中。

大多數(shù)固體物質(zhì)在其形成的過程當(dāng)中，都會(huì)從流體相中捕獲微量的揮發(fā)性物質(zhì)，可能的存在形式有：吸附于表面；化學(xué)束縛在固體內(nèi)部；溶解在固體內(nèi)；存在于不同類型的氣液包裹體中。針對固體樣品中所含氣體成分的測試與分析，常用的實(shí)驗(yàn)方法可被歸納為兩大類：無損檢測法與破壞式檢測法。

無損檢測法包括顯微冷/熱臺(tái)、原子吸收光譜、掃描電鏡與能譜聯(lián)用、紅外光譜、激光拉曼光譜等[5-10]，雖然這種檢測方法對樣品是無損的，但是仍然有各種各樣的缺陷[11]，如激光拉曼光譜所分析的包裹體需在一定尺寸內(nèi)，并且是在透明礦物中，不能分析熒光礦物。而且?guī)r礦樣品的不均一性無法通過單個(gè)包裹體的分析得出一個(gè)平均的流體揮發(fā)份結(jié)果[12]。

破壞式檢測法屬于對巖礦樣品內(nèi)所含流體揮發(fā)份的群體性檢測方法。經(jīng)過破壞式檢測法分析后的樣品，已經(jīng)與分析前不同。將巖礦樣品脫出的氣體導(dǎo)入氣相色譜儀[13]或質(zhì)譜儀[14-16]中仍然是行之有效的測試手段。破壞式檢測法主要有兩種：①熱解法[17-20](又稱熱爆裂法)；②機(jī)械破碎法[16,21]。熱解法，是將巖礦樣品置于耐高溫的爐管中，對其進(jìn)行加熱，使包裹體內(nèi)的氣液形成較大的壓力，進(jìn)而從包裹體中被釋放出來。在高溫?zé)峤獾倪^程中，釋放出的氣體彼此間會(huì)發(fā)生一定的反應(yīng)，而張銘杰等[22]認(rèn)為，反應(yīng)后的氣體是原地幔流體平衡態(tài)的恢復(fù)，對恢復(fù)后的氣體進(jìn)行檢測是平衡態(tài)的真實(shí)組分。上述實(shí)驗(yàn)方法中任何一種方法的進(jìn)步，以及多種方法的組合使用，均有助于對相關(guān)科學(xué)問題的理解。

盛樣管多使用石英玻璃管[4,14,23-25]。石英玻璃管有諸多的優(yōu)點(diǎn)：石英玻璃具有極低的熱膨脹系數(shù)，高的耐溫性，極好的化學(xué)穩(wěn)定性，與包裹體內(nèi)常見的N2、H2、CO、O2、CO2以及烴類氣體不發(fā)生反應(yīng)。但是石英玻璃管仍然有不可忽視的缺陷，其結(jié)構(gòu)中有很多不規(guī)則的空隙，使很多氣體可能進(jìn)行擴(kuò)散和滲透。雖然石英玻璃可以用在高溫高真空裝備中，但是如果在熱解法脫氣的實(shí)驗(yàn)中，將其直接用作盛裝樣品的爐管，巖礦樣品脫出的氣體與周圍的空氣僅僅隔著一層石英玻璃管壁，那么兩者之間就有可能發(fā)生氣體交換，而脫出的氣體成分又與大氣組分有著明顯的不同，任何微量的氣體交換都有可能誤導(dǎo)研究人員對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析。針對這種可能存在的情況，應(yīng)采用其他方法來盛裝樣品，并設(shè)計(jì)對照試驗(yàn)來確定氣密性的優(yōu)劣。

在檢測巖礦樣品稀有氣體同位素的實(shí)驗(yàn)中，熱解法常用到的一種裝樣加熱裝置是鉬、鉭坩堝組成的雙真空爐[16,18-20]，這個(gè)裝置是使用鉬材質(zhì)坩堝作為內(nèi)膽盛裝樣品，鉭坩堝作為外膽，套在鉬坩堝外部，在線抽真空加熱。鉬的氣密性很好，在常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但在高溫下會(huì)被迅速地氧化，所以需要處在真空的環(huán)境下被加熱。此裝置體積較為龐大，不易于移動(dòng)、組裝和拆解，且容易損壞[19]。

針對單石英玻璃管可能存在的氣密性問題以及鉬、鉭坩堝組成的雙真空爐存在的缺點(diǎn)，本文研制了一種石英玻璃與金屬材質(zhì)零件組成的雙真空爐管，采用此爐管進(jìn)行了巖石礦物樣品的加熱脫氣檢測氣體組分的實(shí)驗(yàn)，確定了新研制的雙真空爐管的氣密性優(yōu)于單石英玻璃管，且體積較小、易于移動(dòng)、組裝和拆解。

1 雙真空爐管的設(shè)計(jì)

本課題組研制的一種雙真空爐管已申請專利(專利號201820953683.6)。儀器設(shè)備以及其管線系統(tǒng)的描述，可參考李立武等[11]以及專利(專利號為ZL201410746067.X)。研制的雙真空爐管的主要部件包括：帶有不銹鋼穿管的KF穿管法蘭、帶有不銹鋼旁穿管的規(guī)管接頭、世偉洛克公司的U-Torr聯(lián)接器、作為外管的石英玻璃管(較大)以及盛裝樣品的石英玻璃管(較小)。

使用時(shí)，將帶有KF法蘭盤的不銹鋼管的一端與已有管線系統(tǒng)的進(jìn)樣口相連接，不銹鋼穿管的另一端通過U-Torr聯(lián)接器與樣品管相連接，使用已有管線系統(tǒng)的真空設(shè)備對樣品管內(nèi)部抽真空。在樣品管外部，使用石英玻璃外管以及相應(yīng)的規(guī)管接頭和KF法蘭作為外管，連接真空泵，確保樣品管在真空環(huán)境下工作，由此構(gòu)成雙真空。加熱裝置為一個(gè)中空的圓柱形電爐，使用時(shí)將爐管置于其內(nèi)加熱。

與前人所研制使用的鉬、鉭坩堝組成的雙真空爐管[16,18-20]相比，本文所研制的雙真空爐管采用了金屬與非金屬組合的設(shè)計(jì)思路，且作為外管所使用的石英玻璃管較鉭坩堝價(jià)格低廉；而盛樣管更換時(shí)較為便捷，只要盛樣管的外徑符合U-Torr聯(lián)接器的標(biāo)準(zhǔn)，定制的石英玻璃材質(zhì)的盛樣管與金屬材質(zhì)的盛樣管均可以方便地進(jìn)行更換。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)樣品

根據(jù)文獻(xiàn)[1,4,26]所述，本次實(shí)驗(yàn)選取了一些火成巖樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而湯慶艷等[26]對目標(biāo)地質(zhì)體進(jìn)行研究時(shí)，指出了噴出巖、侵入巖以及礦床樣品流體揮發(fā)份的變化。所以本次實(shí)驗(yàn)也選擇了1個(gè)安山巖(噴出巖)樣品(來自拉薩南緣地塊葉巴組)：HXZ-2。3個(gè)侵入巖樣品，包括2個(gè)二長巖樣品(來自馬鞍山市的南山鐵礦坑附近)：MAS-KC-2，其中斜長石含量為50%，鉀長石含量為37%；MAS-ZC-1，其中斜長石含量為45%，鉀長石含量為30%和1個(gè)閃長巖含量樣品(來自小嶺地區(qū))：FDX-NT-1，其中斜長石含量為65%，鉀長石含量為10%，角閃石含量為25%。1個(gè)礦床樣品(來自贛南茅坪鎢礦)：黑鎢礦，以及1個(gè)花崗巖樣品(來自湖南省東部，屬于印支期花崗巖)：FRS。

巖石的鑒定數(shù)據(jù)由廊坊市地科勘探技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司提供。除黑鎢礦樣品以外其余4個(gè)樣品，均使用新鮮的部分破碎到40～60目。

2.2 實(shí)驗(yàn)操作

稱取巖石樣品0.2～0.6g，將其放入石英玻璃樣品管內(nèi)，通過世偉洛克公司的U-Torr 聯(lián)接器與進(jìn)樣口連接，移動(dòng)加熱電爐使石英玻璃管盛裝樣品的部位處于加熱電爐的中心處加熱，如圖1b中所示。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，圖2中閥門V1、V2和V4為開，V3、V5為關(guān)，將爐溫設(shè)到100℃，抽真空去除樣品表面的吸附氣以及樣品管內(nèi)的空氣，加熱時(shí)間持續(xù)1h左右。待真空計(jì)(圖2中DP)的讀數(shù)達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求后，關(guān)閉V1,將爐溫設(shè)為500℃，加熱30min，使氣體從樣品中脫出。30min后,關(guān)閉V4，打開V1，將脫出的氣體放入管線中。在冷阱處套上保溫杯，杯內(nèi)裝有液氮酒精，液氮酒精的溫度約為-60℃，將樣品中H2O的冷凍在冷阱處。開V5等1min，關(guān)閉V5、V1。開V3，等待30秒，關(guān)閉V3，氣體進(jìn)入氣相色譜計(jì)(圖2中GC)，開始分析。分析時(shí)，打開V1、V4抽真空，待真空計(jì)的度數(shù)達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求后，關(guān)閉V1，將爐溫設(shè)為950℃，加熱30min，重復(fù)上述操作。

使用雙真空爐管的操作步驟與上述內(nèi)容一致，只是將石英玻璃管換成雙真空爐管(如圖1a中所示)進(jìn)行操作。以此來研究探討單石英玻璃管與雙真空爐管在500℃以及950℃時(shí)的氣密性。本次實(shí)驗(yàn)使用的樣品管為石英玻璃管和鉬管，在盛裝樣品前將石英玻璃管與鉬管預(yù)先加熱至1000℃，防止其本身在高溫下脫出的氣體干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本次實(shí)驗(yàn)采用的石英玻璃管與湯慶艷等[4]、Huang等[27]采用的石英玻璃管一致。

圖1 加熱裝置示意圖Fig.1 Schematic diagrams of heating device

圖2 巖石脫氣裝置管線示意圖Fig.2 Pipeline and instrument diagram of rock degassing device

3 結(jié)果與討論

3.1 對照實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果在表1中列出，氣體含量百分比是根據(jù)氣相色譜儀測定的結(jié)果，將每個(gè)氣體的色譜峰面積除以總色譜峰面積得出的。通過對5個(gè)樣品的加熱脫氣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理，氣相色譜儀針對氣體的分析主要包括H2、O2+Ar、N2、CH4、CO、CO2以及C2H6、C2H4和C3H8等氣體。C2H6、C2H6和C3H8等氣體的含量很低，故在表格中沒有列出。

用兩種爐管高溫加熱的實(shí)驗(yàn)中，脫出的氣體在管線中的壓強(qiáng)最小為100Pa左右，最高可達(dá)到1850Pa。在空白實(shí)驗(yàn)的過程之中，脫出的氣體僅為3Pa至7Pa，氣體進(jìn)入儀器檢測后，其總峰面積比加裝樣品后的總峰面積約低2～3個(gè)數(shù)量級(此處省略實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù))。為了確定樣品具體的釋氣量，在實(shí)驗(yàn)室所處環(huán)境下(溫度約21℃，海拔約1500m)用針管抽取100μL空氣，注入管線中，經(jīng)多次試驗(yàn)，得出每100μL空氣在管線中的壓強(qiáng)約為290Pa。根據(jù)此對應(yīng)關(guān)系計(jì)算得出每次實(shí)驗(yàn)樣品脫出的總氣量，樣品質(zhì)量同表1。

表1各樣品脫出氣體的組分含量百分比

Table 1 Percentage of component content for gases released from each sample

樣品編號加熱溫度(石英管類型)樣品質(zhì)量(g)氣體含量百分比(%)H2O2+ArN2CH4COCO2500℃(單石英管)0.38172.9440.2330.3360.6926.21188.657MAS-KC-2950℃(單石英管)0.38170.0440.2952.7480.0540.38294.875500℃(雙真空爐管)0.38134.4870.0860.2145.4395.21082.006950℃(雙真空爐管)0.38130.9820.1421.6190.8372.24093.891500℃(單石英管)0.63842.0350.4481.04021.0095.01668.313HXZ-2950℃(單石英管)0.63840.0340.0040.2740.0490.38999.121500℃(雙真空爐管)0.63697.3510.1860.42010.1861.87375.907950℃(雙真空爐管)0.63690.4030.0290.3670.1961.24497.641500℃(單石英管)0.53137.8130.4251.5885.8604.18472.103FDX-NT-1950℃(單石英管)0.53130.8600.0040.0440.07814.79684.096500℃(雙真空爐管)0.530020.330.4791.11919.9624.36348.435950℃(雙真空爐管)0.53001.4650.0140.0340.62314.54283.126500℃(單石英管)0.24021.7700.0080.0223.12615.02876.591MAS-ZC-1950℃(單石英管)0.24020.7540.1160.4520.2000.98296.897500℃(雙真空爐管)0.23912.4280.0260.0574.31610.79582.027950℃(雙真空爐管)0.23911.2920.1480.6370.5871.21994.911500℃(單石英管)0.94035.0160.0320.2650.7859.34184.328黑鎢礦950℃(單石英管)0.94030.9910.2822.5870.0774.74789.863500℃(雙真空爐管)0.93986.3910.0700.4393.2421.45474.501950℃(雙真空爐管)0.93983.2030.1261.4265.54522.29865.621

巖石礦物樣品脫出的氣體中，H2來源可能有多種，王廣等[24]已作了歸納和總結(jié)，觀察表1中的H2的百分含量可以發(fā)現(xiàn)，對于同一樣品，使用單石英玻璃管時(shí)H2的百分含量均低于使用雙真空爐管時(shí)H2的百分含量。

O2+Ar、N2的含量很低。O2的含量低可能是由于在高溫下H2與O2反應(yīng)生成了H2O，導(dǎo)致O2的含量很低，但是對照實(shí)驗(yàn)是在同樣的加熱溫度與時(shí)間下進(jìn)行的，所以可以近似地認(rèn)為樣品加熱脫出的H2與O2反應(yīng)在兩次實(shí)驗(yàn)中是均等的。同時(shí)根據(jù)N2含量較低可知，系統(tǒng)的真空密封性好，所以O(shè)2的含量也很低，如果系統(tǒng)的真空密封性較差，空氣中大量的O2進(jìn)入，H2可能與O2持續(xù)反應(yīng)而使H2的含量低于儀器的最低檢測限。

在含碳組分中，含量最高的是CO2，已有學(xué)者報(bào)道了巖石礦物中的流體包裹體在激光拉曼光譜檢測下的主要成分為CO2和H2O[27-29]。純化樣品會(huì)破壞內(nèi)含物[11]，所以本次實(shí)驗(yàn)的樣品沒有使用任何溶劑清洗[16]，這就導(dǎo)致了本次實(shí)驗(yàn)中，含碳組分的來源至少有兩種：一是樣品中流體包裹體在高溫下爆裂，釋放出CO2和CO；二是全巖樣品基質(zhì)中的碳酸鹽在高溫下(950℃)分解產(chǎn)生CO2和CO[30]。觀察表1中CO2和CO的的數(shù)據(jù)可知，在單石英玻璃管與雙真空爐管中加熱的樣品，其CO2和CO的百分含量有時(shí)會(huì)有較大差別，尤其是作為主要成分的CO2也會(huì)有較大的不同。如閃長巖樣品FDX-NT-1在500℃時(shí)CO2的百分含量以及黑鎢礦在950℃時(shí)CO2的百分含量均有較大的不同。造成這些結(jié)果的原因至少有兩點(diǎn)：一是巖礦樣品本身的不均一性導(dǎo)致的。如果樣品的均一性較好，在同樣的加熱溫度與時(shí)間條件下，加熱脫氣過程中流體包裹體釋放的氣體、碳酸鹽和痕量有機(jī)質(zhì)在高溫下的分解應(yīng)該是一致的；二是樣品的質(zhì)量不同造成的。雖然在實(shí)驗(yàn)過程中盡可能保持同一樣品在兩次實(shí)驗(yàn)中的質(zhì)量一致，但仍有細(xì)微差別，而且也沒有清洗，質(zhì)量較大的樣品，其多出的部分所含的含碳組分的熱分解會(huì)對最后的結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。從而使CO2和CO的百分含量有比較大的不同，雖然熱解法產(chǎn)生的CO2要大于破碎法產(chǎn)生的CO2[12]，但是將樣品清洗以后，CO2的含量會(huì)低很多[14]。而對于黑鎢礦樣品，單礦物表面可能粘結(jié)有次生碳酸鹽以及后期蝕變部分，這些也會(huì)對CO2的百分含量造成一定影響[25]。以上所述關(guān)于CO2百分含量差異較大的可能原因，同樣適用于解釋CH4百分含量變化較大的現(xiàn)象。樣品中痕量有機(jī)質(zhì)在高溫下也會(huì)發(fā)生變化或分解，產(chǎn)生CH4。CO有可能是樣品中本身存在的，其他組分發(fā)生二次反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生一定量的CO[22]。

表2各樣品在不同溫度點(diǎn)釋出的氣體量

Table 2 Amount of gas released from each sample at different temperature

加熱脫氣爐管及溫度氣體量(μL)MAS-KC-2HXZ-2FDX-NT-1 MAS-ZC-1黑鎢礦500℃(單石英管)330.3434.1416.03532.76260.34950℃(單石英管)29.31541.38582.7686.2134.48500℃(雙真空爐管)268.97208.9766.20379.31270.67950℃(雙真空爐管)127.59406.90637.9360.6998.97

流體包裹體中可能存在的H2O是研究的重要組成部分，關(guān)于在這套裝置下檢測的H2O方法有兩種[11]：一是通過總壓強(qiáng)減去其他組分的分壓強(qiáng)；二是在冷阱處收集H2O，在其余組分測試完畢，將管線內(nèi)其余氣體抽去，移去冷凍劑，加熱此冷阱，觀察此時(shí)的壓強(qiáng)。但是真空管線會(huì)吸附H2O，所以還要在以后的試驗(yàn)中考慮新的方法來更準(zhǔn)確地檢測H2O。雖然Severs等[31]指出了激光拉曼光譜在測定H2O時(shí)會(huì)引起H2O的損失，但采用激光拉曼光譜[28]或紅外光譜[32]來檢測分析其中的H2O依然是較好的選擇。

3.2 雙真空爐管的真空密封性

針對前文中提到的單石英玻璃管可能存在的氣密性問題，參照實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得知，樣品脫出的氣體各成分含量與空氣中的各成分有較大的不同，H2的含量比空氣高，而O2與N2的含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于空氣。H2、He和Ne這些分子直徑較小的氣體比較容易透過高溫下石英玻璃不規(guī)則的空隙，本次實(shí)驗(yàn)中，并沒有檢測到He和Ne，H2的百分含量可以反映裝置的氣密性，參照圖3中的H2含量，可以發(fā)現(xiàn)5個(gè)樣品在500℃和950℃時(shí)H2的百分含量，雙真空石英爐管中的H2含量均高于單石英管中的H2含量。

本次實(shí)驗(yàn)中，圖1中所示穿管、真空管與真空泵使石英玻璃管(內(nèi)管)在加熱過程中處于真空環(huán)境下，減少了石英玻璃管(內(nèi)管)管壁兩側(cè)氣體的壓強(qiáng)差，所以H2的擴(kuò)散降低，更多的H2被保存在管內(nèi)，隨后被導(dǎo)入管線系統(tǒng)與氣相色譜儀中。

通過對地質(zhì)體的合理采樣與實(shí)驗(yàn)分析，可得到巖漿礦床的形成機(jī)理與演化過程[4]。流體相的比值，如H2/H2O，其值與溫度變化無關(guān)，可指示地質(zhì)的氧化還原條件，用RH值來表示，RH=log(XH2/XH2O)[4]。根據(jù)圖3中的H2百分含量可知，如果加熱脫氣裝置的氣密性較差導(dǎo)致H2減少，那么RH的值可能有極大的不同，導(dǎo)致對實(shí)際氧化還原環(huán)境錯(cuò)誤的判斷。

圖3 氫氣百分含量對比Fig.3 Comparison of hydrogen content

3.3 雙真空爐管以鉬管為內(nèi)管的試驗(yàn)

在檢測稀有氣體同位素組成實(shí)驗(yàn)中，加熱法常使用鉬、鉭坩堝以及其他設(shè)備組成的雙真空爐[16,19-20]。He、Ne和Ar與鉬在高溫下不發(fā)生反應(yīng)。之所以在巖礦樣品高溫脫氣的組分實(shí)驗(yàn)中沒有首先使用鉬材質(zhì)樣品管，主要是由于鉬在高溫下會(huì)與某些氣體發(fā)生反應(yīng)：

2MO+3O2→2MOO3

2MO+2CO→2MOC+O2

MO+3CO2→2MOO3+3CO

MOO3+CH4+H2→MOC+3H2O

為了驗(yàn)證以上反應(yīng)是否會(huì)較大程度地影響組分測試的結(jié)果，安排了以下實(shí)驗(yàn)。

根據(jù)前文第1節(jié)所述，本文研制的雙真空爐管的內(nèi)管具有可更換的特點(diǎn)，內(nèi)管的外徑符合U-Torr聯(lián)接器的接口，定制合適的石英玻璃管或金屬管均可進(jìn)行更換。將花崗巖樣品FRS，置于石英玻璃管與定制好的鉬管中(均為雙真空)，按照前述的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在500℃時(shí)，石英管內(nèi)的樣品釋氣量為270Pa(約93.1μL)，而鉬管內(nèi)的樣品釋氣量為106Pa(約36.55μL)；在950℃時(shí)，石英管內(nèi)的樣品釋氣量為795Pa(約274.13μL)，而鉬管內(nèi)的樣品釋氣量為149Pa(約51.38μL)?？梢钥闯鲢f管中的釋氣量更低，但是并不能確定一定是由于氣體與鉬發(fā)生了反應(yīng)，所以決定更改前述中的實(shí)驗(yàn)步驟來進(jìn)一步確定：在加熱脫氣的過程中，將V4關(guān)閉，在冷阱處加上液氮酒精，打開V1，此操作可以使加熱脫出的氣體盡快地離開鉬管，進(jìn)入管線中。經(jīng)此操作，在500℃時(shí)，鉬管內(nèi)的樣品釋氣量為322Pa(約111.03μL)，在950℃時(shí)，鉬管內(nèi)的樣品釋氣量為413Pa(約142.41μL)。由此可見，在500℃時(shí)，如果脫出的氣體在加熱過程中封閉在鉬管中，也會(huì)與鉬管發(fā)生反應(yīng)，在950℃時(shí)的反應(yīng)要更劇烈一些；如果將氣體導(dǎo)入管線中，在500℃時(shí)，雖然釋氣量沒有發(fā)生太大的變化，但是組分百分比差別較大，而在950℃時(shí)，釋氣量介于前兩者之間，組分含量依舊不確定(表3)。

尤其是巖礦樣品中某些包裹體的主要成分為CO2，被檢測物質(zhì)與裝樣容器之間會(huì)發(fā)生反應(yīng)，雖然鉬管較石英玻璃管可能具有更好的氣密性，但是在巖礦樣品加熱脫氣檢測氣體組分實(shí)驗(yàn)中，不能用此材料作為樣品管。孫明良等[19]指出了鉬、鉭坩堝的損壞問題，在樣品量較大時(shí)，僅一次加熱脫氣就會(huì)使鉬、鉭坩堝燒穿或粘結(jié)，在本次實(shí)驗(yàn)中，觀察到的現(xiàn)象也可以從某種程度上解釋為什么鉬、鉭坩堝容易損壞，即鉬坩堝壁因反應(yīng)破損，加熱熔融的樣品透過破損處，進(jìn)入鉬、鉭坩堝之間，冷卻后使其發(fā)生粘結(jié)。

表3重復(fù)性測試以及鉬管試驗(yàn)結(jié)果

Table 3 Repeatability test and Mo-tube test results

樣品加熱溫度(℃)樣品質(zhì)量(g)氣體含量百分比(%)H2O2 +ArN2CH4COCO2FRS(11月21日)5000.335225.2520.3462.35124.6389.07636.7679500.335225.8300.1432.9319.04946.98014.790FRS重復(fù)(11月25日)5000.335727.8320.3332.43322.9017.84833.7619500.335725.5030.1422.96612.58641.50616.573FRS鉬管(不開V1)5000.32774.6030.2361.12012.88121.28057.4229500.327714.0770.3612.46710.02622.53443.388FRS鉬管(開V1,關(guān)V4)5000.33747.0980.2291.51515.91815.94353.8929500.337410.9390.2647.1229.99641.89723.739

3.4 雙真空爐管的重復(fù)性測試

由第3.3節(jié)中的討論可知，在巖礦樣品加熱脫氣檢測其氣體組成實(shí)驗(yàn)中，不可采用鉬管作為雙真空爐管的內(nèi)管，所以在此裝置的重復(fù)性檢測中，仍采用石英玻璃管作為盛裝樣品的內(nèi)管。使用花崗巖樣品FRS進(jìn)行裝置的重復(fù)性測試，在11月21日與11月25日的兩次測試結(jié)果列于表3中，可以看出，同一樣品在不同時(shí)間的分析結(jié)果的重復(fù)性較好。

4 結(jié)論

本次研制的雙真空爐管，應(yīng)用于巖石礦物樣品加熱脫氣的氣體化學(xué)組成實(shí)驗(yàn)中，證明了在高溫下，其真空密封性要優(yōu)于單石英玻璃管，而鉬材質(zhì)不適于作為該實(shí)驗(yàn)中盛裝樣品的樣品管。本裝置應(yīng)用于熱液礦床樣品及一些火成巖樣品，檢測出的主要成分是巖石脫氣常見的成分，為相關(guān)研究提供了氣體化學(xué)組成的信息。本裝置在高溫下的氣密性更好，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加可靠，可獲得更貼近實(shí)際地質(zhì)情況的結(jié)論。

氣體化學(xué)、穩(wěn)定同位素以及稀有氣體同位素組成是氣體地球化學(xué)研究的主要手段，本裝置的結(jié)構(gòu)簡單、便于組裝與拆卸，可以方便地與穩(wěn)定同位素質(zhì)譜計(jì)以及稀有氣體同位素計(jì)聯(lián)接，開展巖石中氣體的地球化學(xué)特征的相關(guān)研究。但相較之下，Bekaert等[17]可將樣品加熱至1300℃，而Blamey[16]研究中所用裝置的最高加熱溫度為2000℃，本研究中所采用的電阻絲加熱爐的最高加熱溫度較低，這是需要改進(jìn)之處。