劉利、丁興等-AM:化學(xué)氣相輸運(yùn)法成功合成硫同位素均一的黃鐵礦晶體
分析標(biāo)樣通常用來校準(zhǔn)儀器、評(píng)價(jià)測試方法和提供標(biāo)準(zhǔn)參考值,對(duì)于化學(xué)分析而言具有至關(guān)重要的作用。當(dāng)前,國內(nèi)外用于黃鐵礦硫同位素原位分析的標(biāo)樣均為自然黃鐵礦樣品,比如Ruttan、Balmat、Maine、Sierra、PPP-1等標(biāo)樣。自然黃鐵礦樣品可能存在局部的不均一,更為重要的是,自然標(biāo)樣往往在數(shù)量上非常有限,面對(duì)日益增加的原位分析需求,自然黃鐵礦標(biāo)樣供不應(yīng)求。因此,發(fā)展新的可持續(xù)供應(yīng)的黃鐵礦標(biāo)樣是當(dāng)前的迫切需求。
化學(xué)氣相輸運(yùn)法(Chemical Vapor Transport Reaction, CVT)是利用傳輸劑作為媒介,在一定溫度梯度下實(shí)現(xiàn)組分傳輸,在高溫端形成氣相進(jìn)行擴(kuò)散,在低溫端凝結(jié)生長成晶體。該方法已廣泛應(yīng)用于固相合成、純化和晶體生長等材料化工領(lǐng)域。中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所劉利博士和其合作導(dǎo)師丁興副研究員等人以FeBr3為傳輸劑,以FeS、S和Ni等粉末作為初始物,以透明石英管和快速淬火型水熱反應(yīng)釜為反應(yīng)腔,利用化學(xué)氣相輸運(yùn)法在~550 °C - ~650 °C溫度下成功合成出一系列毫米級(jí)自形-半自形含鎳和不含鎳黃鐵礦晶體(圖1)。這些黃鐵礦晶體的元素和硫同位素成分分析表明,黃鐵礦中的Ni顯示明顯的不均一,而硫同位素則相對(duì)均一(圖2)。含鎳黃鐵礦δ34S介于17.3±0.9‰ ~ 17.7±0.6‰,不含鎳黃鐵礦δ34S為17.9±0.8‰(圖3)??傮w上,合成的黃鐵礦硫同位素均一性介于0.6-0.9‰ (2SD),優(yōu)于當(dāng)前使用的大部分自然黃鐵礦標(biāo)樣,比如Maine黃鐵礦(0.8-1.5‰)、Balmat黃鐵礦(0.2-1.4‰)、Py-1黃鐵礦(1.1‰)、Car111黃鐵礦(2.5‰)、Gabon黃鐵礦(1.1‰)、Isua248474黃鐵礦(0.9‰)。這表明CVT法合成的黃鐵礦有巨大潛力作為硫同位素分析的新標(biāo)樣。

圖1 CVT法合成的含鎳和不含鎳黃鐵礦晶體
此外,該研究也對(duì)CVT法合成的黃鐵礦硫同位素均一性的影響因素進(jìn)行了探討,包括初始反應(yīng)物的硫同位素不均一、CVT合成過程中硫同位素的動(dòng)力分餾、硫同位素分析過程中的基底效應(yīng)(圖4)等等。這為未來合成更為均一的黃鐵礦晶體提供了理論指導(dǎo)。
相關(guān)合成實(shí)驗(yàn)在中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所高溫高壓實(shí)驗(yàn)中心完成,硫同位素測試在澳大利亞國立大學(xué)和中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所完成。本研究受國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(42003002)和中國科學(xué)院先導(dǎo)B項(xiàng)目(XDB4200000)的資助,成果近期發(fā)表在國際礦物學(xué)期刊《American Mineralogist》上。
論文信息:Liu, L.(劉利), Fu, B.(傅斌), Ding, X.(丁興), Gu, J(谷靜). 2024. The 34S/32S homogeneity of Chemical Vapor Transport (CVT) Reaction-synthesized pyrites. American Mineralogist, 109:1024-1035. doi:10.2138/am-2023-9029.
原文鏈接:https://msaweb.org/MSA/AmMin/TOC/2024/Abstracts/AM109P1024.pdf

圖 2 合成黃鐵礦的Ni含量(黃色圓, ppm)和硫同位素(白色圓, ‰)

圖 3 CVT法合成黃鐵礦的硫同位素組成,其中黑點(diǎn)數(shù)據(jù)代表SIMS方法原位測得的δ34Sin situ,灰線代表IRMS方法測得的δ34Sbulk。

圖 4 CVT法合成黃鐵礦的Ni含量與硫同位素偏差度(Δ34S=δ34Sin situ-δ34Sbulk)的相關(guān)性

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