董飛羽、王朝陽和李杰JAAS&GGR:開發(fā)了地質(zhì)樣品高精度鉈同位素分析技術(shù)
?鉈(Tl)同位素作為近二十年發(fā)展起來的穩(wěn)定同位素體系, 在行星科學(xué)、古海洋學(xué)、地幔地球化學(xué)、巖石成因以及礦床學(xué)等領(lǐng)域能夠提供其他同位素體系難以獲得的重要信息,是地球科學(xué)深入探索的重要研究手段。然而,由于Tl同位素分析難度大,世界上也僅有個別實驗室可以完成Tl同位素分析。為滿足Tl同位素在地學(xué)研究中日益增長的需求,中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所王朝陽博士生、董飛羽博士生在李杰正高級工程師的指導(dǎo)下,利用深地過程與戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源全國重點實驗室的實驗平臺建立并優(yōu)化了Tl同位素分析方法,為Tl同位素地球化學(xué)研究提供了堅實的技術(shù)支持。
?在樣品溶解方面,為驗證高溫灼燒(~600℃)對Tl同位素分餾的影響,選擇7個不同類型的富有機質(zhì)樣品,分別采用高壓釜溶解法和灰化溶解法進行樣品溶解。經(jīng)過相同的分離純化和上機測試過程后,分析結(jié)果顯示有機質(zhì)含量偏低(TOC≤1.8%)的樣品Tl同位素組成不受高溫灼燒的影響,而有機質(zhì)含量高(e.g. TOC = 25%)的樣品高溫灼燒后Tl含量減小、Tl同位素組成變重(圖1)。因此,在Tl同位素分析中使用灰化溶解法還需謹慎。

圖1 高壓釜溶解法和灰化溶解法處理的標準物質(zhì)Tl同位素值和Tl含量圖
?在化學(xué)純化方面,基于AG1-X8陰離子樹脂建立起單柱離子交換法,采用4N HNO3-1N?HCl 的混酸介質(zhì)上樣和淋洗基體,既保證了Tl 在樹脂上完全吸附, 也可以快速完成基體元素的淋洗,這一流程將傳統(tǒng)雙柱法所需的3~4天縮減到了3~4小時,極大地提高了實驗效率。該方法的回收率可達~100%(圖2),分析的標樣值與前人報道的結(jié)果一致。同時,還利用該方法首次測定了9個中國國產(chǎn)地質(zhì)標樣的Tl同位素值,填補了我國國產(chǎn)標樣Tl同位素分析的空白。

圖2 AG1-X8樹脂的GSP-2的淋洗曲線
?在分析測試方面,目前均采用通過向樣品中加入208Pb/206Pb(NIST SRM 981 Pb)進行儀器質(zhì)量歧視校正。模擬計算發(fā)現(xiàn), 在加入NIST SRM 981 之前, 樣品中殘余Pb 的含量達到0.0043ng/g 就可導(dǎo)致Tl 同位素分析偏差達0.6??-unit, 這說明即使是極低的Pb 殘留量也會導(dǎo)致測試結(jié)果不準確,如此低的空白水平對實驗操作及實驗環(huán)境都提出了極高的要求。因此,嘗試采用186W/184W(NIST SRM 3163 W)作為Tl 同位素測試過程的儀器質(zhì)量歧視校正指標。與Pb相比,化學(xué)分離過程中基本不引入W 污染,測試過程中186W/184W 和205Tl/203Tl 也顯示明顯的線性相關(guān)(圖3)。對常用的地質(zhì)標樣進行分析, 精度高于0.08‰, 與Pb校正的精度基本一致。W 同位素標樣的引入拓寬了Tl 同位素分析方法的發(fā)展方向, 也為Tl 同位素的地質(zhì)應(yīng)用提供了更加有力的支撐。

圖3 ln(186W/184W)與ln(205Tl/203Tl)的相關(guān)性
?相關(guān)成果發(fā)表在分析地球化學(xué)主流期刊《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》和《Geostandards and Geoanalytical Research》上。該研究受到國家自然科學(xué)基金(42373030)和中國科學(xué)院戰(zhàn)略重點研究項目(XDB0840200)聯(lián)合資助。
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論文信息:
Wang Zhaoyang(王朝陽), Dong Feiyu(董飛羽), Yin Lu(尹露), Liu Junjie(劉俊杰), Zhong Qiaohui(鐘橋輝), Li Jie*(李杰). 2024. Determination of thallium isotopic composition through MC-ICP-MS with mass bias corrected using admixed W.?Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 39(10):?2443-2451.
Dong Feiyu(董飛羽), Wang Zhaoyang(王朝陽), Yin Lu(尹露), Li Jie*(李杰). 2025. Determination of Thallium Isotope Ratios in Ten Geological Reference Materials, and of Thallium Isotopic Fractionation Effects Related to Sample Digestion by Dry Ashing. Geostandards and Geoanalytical Research.
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論文鏈接:https://doi.org/10.1039/D4JA00187G
https://doi.org/10.1111/ggr.12599??
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