Radioactive noble-gas isotopes, 85Kr (half-life t1/2=10.8 y), 39Ar (t1/2=269 y), and 81Kr (t1/2=229,000 y), are ideal tracers and can be detected by atom trap trace analysis (ATTA), a laser-based technique, from environmental samples like air and groundwater. Prior to ATTA measurements, it is necessary to efficiently extract krypton and argon gases from samples. Using a combination of cryogenic distillation, titanium chemical reaction and gas chromatography, we demonstrate that we can recover both krypton and argon gases from 1–10 L “air-like” samples with yields in excess of 90% and 98%, respectively, which meet well the requirements for ATTA measurements. A group of testing samples are analyzed to verify the performance of the system, including two groundwater samples obtained from north China plain.

[1]
F.
Vonhippel
,
D. H.
Albright
, and
B. G.
Levi
,
Sci. Am.
253
,
40
(
1985
).
[2]
K.
Winger
,
J.
Feichter
,
M. B.
Kalinowski
,
H.
Sartorius
, and
C.
Schlosser
,
J. Environ. Radioact.
80
,
183
(
2005
).
[3]
G. M.
Yang
,
L. Y.
Tu
,
C. F.
Cheng
,
X. Y.
Zhang
, and
S. M.
Hu
,
Chin. J. Chem. Phys.
28
,
445
(
2015
).
[4]
W. M.
Smethie
Jr.
,
D. K.
Solomon
,
S. L.
Schiff
, and
G. G.
Mathieu
,
J. Hydrol.
130
,
279
(
1992
).
[5]
J.
Held
,
S.
Schuhbeck
, and
W.
Rauert
,
Appl. Radiat. Isot.
43
,
939
(
1992
).
[6]
B.
Ekwurzel
,
P.
Schlosser
,
W. M.
Smethie
Jr.
,
L. N.
Plummer
,
E.
Busenberg
,
R. L.
Michel
,
R.
Weppernig
, and
M.
Stute
,
Water Resour. Res.
30
,
1693
(
1994
).
[7]
R.
Althaus
,
S.
Klump
,
A.
Onnis
,
R.
Kipfer
,
R.
Purtschert
,
F.
Stauer
, and
W.
Kinzelbach
,
J. Hydro.
370
,
64
(
2009
).
[8]
N.
Momoshima
,
F.
Inoue
,
S.
Sugihara
,
J.
Shimada
, and
M.
Taniguchi
,
J. Environ. Radioact.
101
,
615
(
2010
).
[9]
B. E.
Lehmann
,
H. H.
Loosli
,
D.
Rauber
,
N.
Thonnard
, and
R. D.
Willis
,
Appl. Geochem.
6
,
419
(
1991
).
[10]
P.
Collon
,
W.
Kutschera
,
H. H.
Loosli
,
B. E.
Lehmann
,
R.
Purtschert
,
A.
Love
,
L.
Sampson
,
D.
Anthony
,
D.
Cole
,
B.
Davids
,
D. J.
Morrissey
,
B. M.
Sherrill
,
M.
Steiner
,
R. C.
Pardo
, and
M.
Paul
,
Earth Planet. Sci. Lett.
182
,
103
(
2000
).
[11]
B. E.
Lehmann
,
A.
Love
,
R.
Purtschert
,
P.
Collon
,
H. H.
Loosli
,
W.
Kutschera
,
U.
Beyerle
,
W.
Aeschbach-Hertig
,
R.
Kipfer
,
S. K.
Frape
,
A.
Herczeg
,
J.
Moran
,
I. N.
Tolstikhin
, and
M.
Groning
,
Earth Planet. Sci. Lett.
211
,
237
(
2003
).
[12]
N. C.
Sturchio
,
X.
Du
,
R.
Purtschert
,
B. E.
Lehmann
,
M.
Sultan
,
L. J.
Patterson
,
Z. T.
Lu
,
P.
Müller
,
T.
Bigler
,
K.
Bailey
,
T. P.
O'Connor
,
L.
Young
,
R.
Lorenzo
,
R.
Becker
,
Z. El
Alfy
,
B. El
Kaliouby
,
Y.
Dawood
, and
A. M. A.
Abdallah
,
Geophys. Res. Lett.
31
,
L05503
(
2004
).
[13]
C.
Buizert
,
D.
Baggenstos
,
W.
Jiang
,
R.
Purtschert
,
V. V.
Petrenko
,
Z. T.
Lu
,
P.
Müller
,
T.
Kuhl
,
J.
Lee
,
J. P.
Severinghaus
, and
E. J.
Brook
,
Proc. Natl. Acad. Sci. USA
111
,
6876
(
2014
).
[14]
H. H.
Loosli
,
Earth Planet. Sci. Lett.
63
,
51
(
1983
).
[15]
H. H.
Loosli
,
M.
Möll
,
H.
Oeschger
, and
U.
Schotterer
,
Nucl. Instrum. Meth. B
17
,
402
(
1986
).
[16]
P.
Collon
,
M.
Bichler
,
J.
Caggiano
,
L. D.
Cecil
,
Y. El
Masri
,
R.
Golser
,
C. L.
Jiang
,
A.
Heinz
,
D.
Henderson
,
W.
Kutschera
,
B. E.
Lehmann
,
P.
Leleux
,
H. H.
Loosli
,
R. C.
Pardo
,
M.
Paul
,
K. E.
Rehm
,
P.
Schlosser
,
R. H.
Scott
,
W. M.
Smethie
Jr.
, and
R.
Vondrasek
,
Nucl. Instrum. Meth. B
223
,
428
(
2004
).
[17]
J. A.
Corcho Alvarado
,
R.
Purtschert
,
F.
Barbecot
,
C.
Chabault
,
J.
Rueedi
,
V.
Schneider
,
W.
Aeschbach-Hertig
,
R.
Kipfer
, and
H. H.
Loosli
,
Water Resour. Res.
43
,
W03427
(
2007
).
[18]
N.
Aoki
and
Y.
Makide
,
Chem. Lett.
34
,
1396
(
2005
).
[19]
J.
Ahlswede
,
S.
Hebel
,
J. O.
Ross
,
R.
Schoetter
, and
M. B.
Kalinowski
,
J. Environ. Radioact.
115
,
34
(
2013
).
[20]
H. H.
Loosli
and
H.
Oeschger
,
Earth Planet. Sci. Lett.
7
,
67
(
1969
).
[21]
P.
Collon
,
T.
Antaya
,
B.
Davids
,
M.
Fauerbach
,
R.
Harkewicz
,
M.
Hellstrom
,
W.
Kutschera
,
D.
Morrissey
,
R.
Pardo
,
M.
Paul
,
B.
Sherrill
, and
M.
Steiner
,
Nucl. Instrum. Meth. B
123
,
122
(
1997
).
[22]
C. Y.
Chen
,
Y. M.
Li
,
K.
Bailey
,
T. P.
O'Connor
,
L.
Young
, and
Z. T.
Lu
,
Science
286
,
1139
(
1999
).
[23]
W.
Jiang
,
K.
Bailey
,
Z. T.
Lu
,
P.
Mueller
,
T. P.
O'Connor
,
C. F.
Cheng
,
S. M.
Hu
,
R.
Purtschert
,
N. C.
Sturchio
,
Y. R.
Sun
,
W. D.
Williams
, and
G. M.
Yang
,
Geochim. Cosmochim. Acta
91
,
1
(
2012
).
[24]
G. M.
Yang
,
C. F.
Cheng
,
W.
Jiang
,
Z. T.
Lu
,
R.
Purtschert
,
Y. R.
Sun
,
L. Y.
Tu
, and
S. M.
Hu
,
Sci. Rep.
3
,
1
(
2013
).
[25]
L. Y.
Tu
,
G. M.
Yang
,
C. F.
Cheng
,
G. L.
Liu
,
X. Y.
Zhang
, and
S. M.
Hu
,
Anal. Chem.
86
,
4002
(
2014
).
[26]
W.
Jiang
,
W.
Williams
,
K.
Bailey
,
A. M.
Davis
,
S. M.
Hu
,
Z. T.
Lu
,
T. P.
O'Connor
,
R.
Purtschert
,
N. C.
Sturchio
,
Y. R.
Sun
, and
P.
Mueller
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
103001
(
2011
).
[27]
F.
Ritterbusch
,
S.
Ebser
,
J.
Welte
,
T.
Reichel
,
A.
Kersting
,
R.
Purtschert
,
W.
AeschbachHertig
, and
M. K.
Oberthaler
,
Geophys. Res. Lett.
41
,
6758
(
2014
).
[28]
Z. T.
Lu
,
P.
Schlosser
,
W. M.
Smethie
Jr.
,
N. C.
Sturchio
,
T. P.
Fischer
,
B. M.
Kennedy
,
R.
Purtschert
,
J. P.
Severinghaus
,
D. K.
Solomon
,
T.
Tanhua
, and
R.
Yokochi
,
Earth-Sci. Rev.
138
,
196
(
2014
).
[29]
R. F.
Weiss
,
Deep-Sea Res.
17
,
721
(
1970
).
[30]
R. F.
Weiss
and
T. K.
Kyser
,
J. Chem. Eng. Data
23
,
69
(
1978
).
[31]
W. M.
Smethie
Jr.
and
G.
Mathieu
,
Mar. Chem.
18
,
17
(
1986
).
[32]
T.
Mohamed
,
J.
Strohaber
,
R.
Nava
,
A.
Kolomenskii
,
N.
Thonnard
, and
H. A.
Schuessler
,
J. Am. Soc. Mass Spectrom.
23
,
1260
(
2012
).
[33]
R.
Yokochi
,
L. J.
Heraty
, and
N. C.
Sturchio
,
Anal. Chem.
80
,
8688
(
2008
).
[34]
A.
Gabelman
and
S. T.
Hwang
,
J. Membr. Sci.
159
,
61
(
1999
).
[35]
P. C.
Probst
,
R.
Yokochi
, and
N. C.
Sturchio
,
4th Mini Conference on Noble Gases in the Hydrosphere and in Natural Gas Reservoirs
, (
2007
).
[36]
B.
Loose
,
M.
Stute
,
P.
Alexander
, and
W. M.
Smethie
,
Water Resour. Res.
45
,
W00D34
(
2009
).
[37]
T.
Ohta
,
Y.
Mahara
,
N.
Momoshima
,
F.
Inoue
,
J.
Shimada
,
R.
Ikawa
, and
M.
Taniguchi
,
J. Hydro.
376
,
152
(
2009
).
[38]
T.
Matsumoto
,
L. F.
Han
,
M.
Jaklitsch
, and
P. K.
Aggarwal
,
Groundwater
51
,
461
(
2013
).
This content is only available via PDF.
You do not currently have access to this content.