钙同位素分析测试技术进展

钙(Ca)同位素可以提供生物过程、地质过程许多重要的信息,近年来高精度Ca同位素方法研究取得了许多重要进展。目前测定Ca同位素仪器主要是热电离质谱仪(TIMS)和多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)。本文介绍了近年来Ca同位素分析中样品消解、分离富集方法及质谱测定等方面的研究成果。利用TIMS双稀释剂法可以获得高精度的Ca同位素数据,是目前测定Ca同位素的主要方法。双稀释剂组合配比、样带选择、积分时间、杯结构设置和点样操作均会影响Ca同位素的测试精度,蒙特-卡洛模拟计算是优化Ca同位素测试条件的有效手段。     

若干金属稳定同位素体系的研究进展:以中国科大实验室为例

多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)的应用,引发了金属稳定同位素分析技术的重大突破,使得高精度测定众多金属元素的稳定同位素组成成为可能,金属稳定同位素地球化学因此成为最近二十年来国际上最激动人心、发展最迅速的地球科学新兴领域。本文以中国科技大学金属稳定同位素实验室近年来在Mg、Si、Ca、V、Zn、Cu、Ba等体系的研究进展为例,说明该领域的工作方法、重要问题和发展趋势。金属稳定同位素地球化学的主要功能是示踪物质迁移和地质过程。首先,要根据MC-ICP-MS的特点,建立高精度的分析方法。其次,要研究同位素示踪的基本原理,包括测定地球主要储库的同位素组成,掌握同位素分馏机理。最后,在前两项工作的基础上,针对重要的地质问题开展应用。可以预见,金属稳定同位素地球化学有良好的发展前景,在地球科学乃至其他学科都有广泛的交叉和应用。     

铊同位素分析技术及其在地学中的应用

应用多接收电感耦合等离子质谱(MC-ICP-MS)等分析技术进行铊(Tl)同位素分析已成为非传统稳定同位素地球化学研究的重要内容之一.对近年来Tl同位素的实验测试方法及其地质应用的有关研究进展做了详细论述,包括Tl的地球化学行为、Tl同位素分析测试技术、同位素分馏机理、在各地质储库中的组成特征以及Tl同位素的地质应用等多个方面.这些研究表明该分析技术为行星科学、古海洋学、地幔地球化学、岩石成因以及矿床学等领域的研究提供了其他同位素分析方法难以获得的重要信息,充分展示了该分析技术在地球科学和环境科学领域的应用前景.      

地质样品Sr同位素激光原位等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)测定

Sr同位素在研究岩浆演化及其源区具有重要的示踪作用.MC-ICP-MS的出现为具有高Sr含量地质样品的激光原位Sr同位素测定变成了现实.本文利用Netpune MC-ICP-MS和193nm准分子激光联机,通过滨珊瑚、斜长石、磷灰石和钙钛矿等系列实验,建立了激光原位Sr同位素测定方法.实验结果表明,激光Sr同位素测定中Kr、Rb和稀土元素二价离子的干扰能够有效扣除,而钙聚合物的干扰在Neptune型MC-ICP-MS并不显著.不同激光参数的实验表明,大激光束斑产生更高信号强度,因而Sr同位素精度更高,同一激光束斑大小,激光脉冲频率对Sr同位素精度无明显影响.     

MC-ICP-MS高阻放大器校正偏移对同位素测试的影响——以汞同位素为例

增益（Gain）校正有助于消除MC-ICP-MS不同高阻放大器之间的阻值差异,进而提高同位素分析的精度和准确度,但有关Gain的偏移和校正频率对同位素测试的影响和作用原理还缺乏系统认识。本研究结合本实验室Neptune Plus MC-ICP-MS的Gain校正数据,以实际测试的汞同位素数据为例,评估了放大器Gain校正系数偏移对同位素测试的影响。结果显示,当测试标样和样品的校正系数偏移幅度一致时,汞同位素测试结果基本无变化;当偏移幅度存在明显差异且单一放大器校正系数的相对偏移幅度超过–0.070‰～0.058‰时,汞同位素的测试结果大于分析误差。Gain校正系数单日的相对变化幅度（–0.028‰～0.028‰）可保证汞同位素测试结果小于分析误差,但长期的偏移却会导致汞同位素变化远超分析误差。此外,仪器的硬件、温度和真空度等也是Gain校正系数变化的重要影响因素,因此建议定期维护仪器,并每日进行Gain校正,以保证测试结果的稳定和准确。     

双稀释剂法在非传统稳定同位素测定中的应用——以钼同位素为例

仪器的质量分馏校正是提高同位素分析数据精度的关键。"同位素双稀释剂"的测定方法可实现严格的仪器质量分馏校正。文章以Mo同位素为例,详细介绍了同位素双稀释剂法的原理、计算方法以及应用多接收器等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)进行Mo同位素组成高精度分析的方法。双稀释剂和标准样品的100Mo/97Mo使用Pd溶液的104Pd/102Pd标定,其他Mo同位素比值通过100Mo/97Mo标定。对100Mo/95Mo、98Mo/95Mo和97Mo/95Mo三组Mo同位素比值建立3个非线性方程,组成一个非线性方程组,在认为仪器质量分馏和自然分馏都符合指数法则的前提下,通过Taylor公式将非线性方程组转换成线性方程组,使用牛顿迭代法计算出样品的Mo同位素组成。在使用MC-ICP-MS分析过程中,每组数据采集20个数据点,最终的δ100Mo/95Mo、δ98Mo/95Mo和δ97Mo/95Mo是这20组数据得到的20组δ100Mo/95Mo、δ98Mo/95Mo和δ97Mo/95Mo的平均值。     

地质样品中高精度铬同位素分析纯化技术研究进展

随着多接收器热电离质谱仪(MC-TIMS)和多接收器电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)的发展,高精度铬(Cr)同位素测试已成为可能。铬同位素在地球、环境、农业生态和宇宙化学等科学领域中已显示出良好的应用潜力。然而,样品的纯化分离、干扰和仪器质量分馏的校正,依然是制约铬同位素高精度测试的重要因素。本文在近年来铬同位素分析技术最新进展的基础上,结合本课题组已有的研究,对陨石、地质和环境等各类样品中铬同位素的分离纯化方法、MC-ICP-MS测试中干扰与质量歧视校正等进行了详细综述。本文认为,阴阳离子树脂交换联用与过硫酸钾等强氧化剂的结合,可以进行低铬高基质样品的有效纯化,是一种较为普适性的纯化方法。使用铬同位素双稀释剂校正质量歧视效应,在MC-ICP-MS的中高分辨与静态测量模式下,不仅可以有效分开多原子离子的干扰,而且也可以进行高精度铬同位素分析,其δ~(53/52)Cr的分析精度与TIMS相当,可以达到0.04‰(2SD),且最低测试浓度可低至10ng,能够实现超微量铬的同位素分析。     

MC-ICP-MS锂同位素溶液分析技术与应用

Li同位素是一种新兴的非传统稳定同位素示踪工具,在地质学、地球化学研究中具有广阔的应用前景。目前,Li同位素溶液分析技术主要采用热电离质谱仪（TIMS）和多接收电感耦合等离子质谱仪（MC-ICP-MS）,与TIMS相比,MC-ICP-MS具有分析精度高、样品量少、测试速度快等诸多优点。本研究团队近年来建立了MC-ICP-MS高精度Li同位素分析方法,在天然样品、标准物质以及石英包裹体的Li同位素测定中都取得了良好结果。以此为依托,研究团队建立了适用于西藏本地岩石成因研究的Li同位素地质端元,并将Li同位素应用于青藏高原岩石圈结构及其隆升历史、川西碳酸岩型稀土矿床富集机制、四川呷村VMS型矿床成矿流体来源和四川甲基卡硬岩型Li矿床富集机理等方面。本文比较详细地综述了这些研究进展,旨在加深对Li同位素溶液分析技术的理解,展示其在地球化学研究中的良好应用前景。     

硫酸盐硫同位素的MC-ICP-MS测定方法研究

本文详细介绍了硫同位素的MC-ICP-MS测定方法,包括样品和标样的准备以及仪器质量歧视的校正。并对测试过程中的谱学干扰、基体效应、浓度效应等进行了评估。在对基体效应的探究中,详细阐述了基体对硫同位素比值和硫信号值的影响。在对浓度效应的探究中,介绍了硫的浓度效应校正曲线,使得硫同位素的MC-ICP-MS测试过程更为简便快捷。     

地幔和大洋玄武岩的钒同位素研究

钒(Ⅴ)是一个变价元素,其赋存状态和地球化学性质对环境的氧化还原条件非常敏感,因此Ⅴ同位素可以作为一个新的地球化学示踪剂来制约高温地质过程氧化还原条件的变化。随着多接收电感耦合等离子质谱仪(MC-ICP-MS)的发展,Ⅴ同位素的分析精度不断提高,高温地质过程的Ⅴ同位素分馏能够被分辨出来,使得Ⅴ同位素的高温地球化学研究得以开展。本文对地幔和大洋玄武岩的Ⅴ同位素组成进行了总结,综述了Ⅴ同位素在蚀变过程、部分熔融和分离结晶重要地质过程的分馏行为,对比了硅酸盐全地球与陨石之间Ⅴ同位素组成的差异,并探讨了高温Ⅴ同位素地球化学未来的发展方向。     

稳定溴同位素(~(81)Br)测试新技术与其在水文地质中的应用前景

尽管氯与溴有着十分相似的化学性质,但溴与海水蒸发、氧化以及被有机体代谢方面有着独特的性质,这决定了溴同位素的测试和应用方面与氯同位素显著不同。在回顾稳定溴同位素(81Br)研究历程的基础上,重点介绍了2种测定新技术,即CF-IRMS法和GC/MC-ICP-MS法。这两种技术的优点在于:①用样量少,分别为1μmol的Br-(CF-IRMS法)和0.3 nmol的Br(GC/MC-ICP-MS法);②精度高,CF-IRMS法的内部精度优于±0.1‰,外部精度优于±0.06‰;③样品分析时间短;(4)测定对象由溴代无机物拓展到有机物。稳定溴同位素(81Br)在解决地下水的起源及演化历程、示踪地下水中有机和无机溴的污染源及降解过程、更有效地示踪海水、探讨咸水成因、为CO2地质储存提供有效依据方面的水文地质问题时有着广阔的应用前景。     

非传统同位素体系在地幔地球化学研究中的重要性及其前景

非传统同位素体系(如Hf、Os、Li、Fe、Ti、Mg、He、Ar等)是相对于传统同位素体系(如Sr、Nd、Pb、O等)而言的,即新近发展起来的同位素体系。随着同位素测试技术的进步和多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)、二次离子质谱仪(SIMS)以及激光剥蚀技术配合MC-ICP-MS(LA-MC-ICP-MS)等测试手段的开发应用,多种同位素体系(包括放射性同位素和稳定同位素体系)的示踪作用在地学研究中得到了日益广泛的应用。在简要介绍传统同位素体系的基础上,旨在总结报道近年来国际上有关非传统同位素体系在地幔地球化学研究中取得的重要成果,展示这些同位素体系在地幔地球化学研究中的重要性及其可能的应用前景,以加速我国在非传统同位素地球化学方面的应用研究。     

锂硼同位素MC-ICP-MS分析中的记忆效应研究

锂(Li)和硼(B)同位素是地质作用过程中良好的示踪剂,被广泛应用于岩石起源、矿床成因和环境演化等领域。但锂、硼在MC-ICP-MS仪器分析中的“记忆效应”明显,不同实验室已报道的MC-ICP-MS分析中锂、硼背景占信号比变化范围大(0.01%～5%),所采用的背景控制方法和效果也各不相同,因此给锂、硼同位素的准确测定带来困难。为研究MC-ICP-MS锂、硼同位素记忆效应及其抑制方案,提高测试的稳定性,本文参考前人研究成果,设计不同背景清洗方案,并对各种国际标样(IRMM-016、JG-2、ERM-AE121、ERM-AE122、NASS-7)和实验室内部标准(Alfa Li、Alfa B)进行长期测试,检验实验方案的长期重现性。结果表明：仅使用0.3%氯化钠溶液清洗背景可以显著降低锂背景信号,从20mV下降至4mV,并保证⁷Li背景值在24h内低于5mV,实验室内部标准溶液Alfa Li的δ⁷Li长期测试外精度为0.13‰(2SD,n=73)。氟化钠、氨水等清洗液并不能显著降低本研究所使用仪器的硼背景,因此选择使用灵活的空白扣除方法来保证数...     

关于同位素地质测试数据的数据处理及结果表示

论述了同位素地质测试数据的数据处理及有效数字位数等问题,并根据现有分析方法及仪器的灵敏度、精密度和准确度等因素,对实施室报出同位素地质测试数据的有效位数进行了约定。意在促进我国同位素地质数据的规范化,从而更有利于不同实验室的测试数据之间的对比和应用,更充分地发挥同位素地质测试数据和作用。     

MC-ICP-MS锂同位素溶液分析技术与应用

Li同位素是一种新兴的非传统稳定同位素示踪工具,在地质学、地球化学研究中具有广阔的应用前景.目前,Li同位素溶液分析技术主要采用热电离质谱仪(TIMS)和多接收电感耦合等离子质谱仪(MC-ICP-MS),与TIMS相比,MC-ICP-MS具有分析精度高、样品量少、测试速度快等诸多优点.本研究团队近年来建立了MC-ICP...     

高精度硅同位素分析方法研究进展

基于碱熔法的改进和多接收电感耦合等离子质谱仪（MC-ICP-MS）的发展,近年来高精度Si同位素组成（δ30Si）分析方法取得了长足进步,分析精度（2SD）自气体质谱仪（GS-MS）时代的±0.15‰~±0.30‰ 提高到优于±0.10‰,足以辨析高温过程中Si同位素发生的微小分馏,并且避免了实验流程中使用含氟等危险化学品。二次离子质谱（SIMS）和飞秒激光剥蚀（fs LA）的发展使得原位Si同位素组成分析精度近期也优化到±0.10‰~±0.22‰。文章对近年来Si同位素分析方法的发展沿革进行综述,探讨建立溶液法MC-ICP-MS的高精度Si同位素分析方法的进展与局限,并比对了国内外各个实验室已发表国际国内Si同位素标准物质测定值,最后总结了硅酸盐地球（BSE）、地壳和陨石等主要地质储库的δ30Si组成范围。     

9003型微型机数据处理台与ZHT-03型同位素质谱计的联机应用

<正> ZHT-03型气体同位素质谱计是我国七十年代末试制生产的,可用于地质样品轻元素的稳定同位素丰度的精密测定。离子流接收器采用双接收的形式,并通过比率积分器直接测量同位素比值。该质谱计未配备数据处理系统,在很大程度上限制了仪器的精度和使用效率。随着科学技术的发展,同位素分析工作日趋繁多,迫切要求对仪器进行技术更新,其中一个重要方面是配备适宜的数据处理系统,以提高仪器的自动化程度,改善仪器     

铈同位素研究进展

铈作为一种重要的稀土元素,广泛存在于各种地质储库,并参与到成岩成矿作用。铈是少数具有可变价态(Ce³⁺,Ce⁴⁺)的稀土元素,由此导致的铈异常被广泛应用于示踪氧化还原条件变化。随着质谱技术的不断发展,铈同位素的高精度测量得以实现,并在地质测年、示踪氧化还原状态等方面取得了重要进展。本文在前人研究的基础上,对铈同位素的测试方法进行了小结。铈同位素测试主要利用热电离质谱(TIMS)和多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)完成,测试精度最高可达到0.02‰(2SD)。随后结合最新的研究成果,较全面的总结了铈同位素在不同地质储库(如天体、海洋等)中的组成特征以及不同环境条件下(如低温、不同pH值等)的分馏机制,指出铈同位素在不同温度体系下的分馏机制仍然缺少模拟实验的验证和理论计算的支持。最后梳理了铈同位素在示踪物质来源、沉积环境以及地质测年等方面的应用,显示了铈同位素具有较大的应用潜力。     

锌同位素在地球科学研究中的新进展

作为“金属稳定同位素家族”中的重要成员之一,锌同位素自20世纪就受到了国际地学界的关注。进入21世纪后,随着多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)测试技术的发展,锌同位素在地球及行星科学中的应用得到了极大拓展。本文比较全面地总结了锌同位素的标准物质和分析测试方法、自然界主要储库的锌同位素组成、锌同位素在不同地质过程中的行为及分馏机理,以及锌同位素在地球科学研究的新进展,包括：(1)示踪再循环沉积碳酸盐和再循环洋壳以及约束玄武岩成分变化机制;(2)示踪成矿物质来源、微生物成矿以及指示矿产勘查;(3)揭示月球的起源与演化过程;(4)指示初级生产力和有机质埋藏变化等生物地球化学过程以及揭示生物灭绝机制。未来,随着锌同位素微区原位分析技术的发展,锌同位素必将在地球科学(尤其是矿床学)和生物医学等领域中得到更加深入与广泛的应用。     

地质样品的一次阴离子色谱法Hf分离及其MC-ICP-MS分析

本文建立了适合MC-ICP-MS测试地质样品中Hf同位素的一次阴离子交换化学分离方法。使用常规的阴离子交换树脂就可以完成Hf与干扰元素和基体元素的分离,避免了当前广泛采用的多次离子交换柱的麻烦,也无需使用特效树脂,HF处理样品后,也不必使用HClO_4赶尽HF。Hf的回收率大于90%,过程空白约为50pg。岩石标样的重复分析表明,该方法简单、快速、经济、有效,尤其适合年轻地质样品Hf同位素组成分析。