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基于碰撞反应池多接收等离子体质谱的K-Ca-Fe同位素高精度分析

仪表研发 2022年09月27日 16:56:09来源:中国科学院地质与地球物理研究所 11958
摘要中国科学院地质与地球物理研究所成矿元素与同位素分析实验室于2021年4月安装了Nu Sapphire,实验室人员李文君、高炳宇、王静和苏本勋等通过系统优化新一代碰撞反应池(CC)-MC-ICP-MS(Nu Sapphire)的低能路径参数,使用低分辨 碰撞反应池技术,相继建立K、Ca及Fe同位素分析测试方法。

  【仪表网 仪表研发】以Nu Sapphire为代表的最新一代含碰撞池CC-MC-ICP-MS,配有传统MC-ICP-MS的高能通道(6kV加速电压)和基于碰撞池技术的低能通道(4kV加速电压),其中六级杆碰撞反应池使用氢气和氦气,能够有效去除各种含氩基团对41K+40Ca+56Fe+等造成的干扰(图1),因此可以在低分辨模式下对K、Ca及Fe同位素开展高精度分析,可有效降低样品测试含量,有利于珍贵样品和低含量样品分析。
 
  中国科学院地质与地球物理研究所成矿元素与同位素分析实验室于2021年4月安装了Nu Sapphire,实验室人员李文君、高炳宇、王静和苏本勋等通过系统优化新一代碰撞反应池(CC)-MC-ICP-MS(Nu Sapphire)的低能路径参数,使用低分辨+碰撞反应池技术,相继建立K、Ca及Fe同位素分析测试方法。
 
图1 碰撞反应池多接收等离子体质谱工作原理(以K为例)
 
  K同位素:K溶液上机浓度降低至200 ng/g,δ41K的长期精度小于0.04‰ (2SD);在标样-样品间插法的测试分析中,样品和标样的K浓度匹配可扩大至20%,大大提高分析效率;10种地质标样的K同位素分析结果与文献报导一致(图2),并首次报道了锰结核(NOD-P-1)和铁建造(FeR-2,FeR-4)的K同位素组成,为铁、锰样品的实验室数据比对提供新的依据。
 
图2 地质标样与文献中δ41K值的比对
 
  Ca同位素:实现了40Ca、42Ca和44Ca的同时测定,将Ca测试浓度降低至100 ng g-1,δ44/40Ca的长期精度与TIMS相似(2SD < 0.1‰);11种地质标样的Ca同位素分析结果与文献报导一致(图3);δ44/40Ca和δ44/42Ca的同时测定还可以获得放射性40Ca(ε40Ca),40Ca作为40K衰变子体之一,对高K样品进行ε40Ca分析在研究岩浆成因和风化作用中具有较大潜力。
 
图3 地质标样与文献中Ca同位素比值的比对
 
  Fe同位素:将Fe上样量降低至50 ng,相对中、高分辨模式提高了~ 40倍,且δ56Fe的长期精度优于0.03‰(2SD);21种地质标样的Fe同位素分析结果与文献报导一致(图4)。
 
图4 地质标样与文献中δ56Fe的比对
 
  以上研究成果发表于Science China Earth Sciences和Journal of Analytical Atomic Spectrometry上。本研究受中国科学院地质与地球物理研究所实验技术创新基金(批准号:TEC 202103)和中国科学院青年创新促进会共同资助。
 
  1. Li W, Cui M, Pan Q, et al. High-precision potassium isotope analysis using the Nu Sapphire collision cell (CC)-MC-ICP-MS[J]. Science China Earth Sciences, 2022, 65(8): 1510-1521. DOI: 10.1007/s11430-022-9948-6. [李文君*, 崔梦萌, 潘旗旗, 王静, 高炳宇, 刘善科, 袁梦, 苏本勋*, 赵野, 滕方振, 韩贵琳. 碰撞反应池MC-ICP-MS(Nu Sapphire)高精度钾同位素分析. 中国科学: 地球科学, 2022, 52(9): 1800-1812.]
 
  2. 高炳宇*, 苏本勋*, 李文君, 袁梦, 孙剑, 赵野, 刘霞. High-precision analysis of calcium isotopes using the Nu Sapphire collision cell (CC)-MC-ICP-MS[J]. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2022. DOI: 10.1039/D2JA 00150k.
 
  3. 王静*, 唐冬梅, 苏本勋*, 袁庆晗, 李文君, 高炳宇, 陈开运, 包志安, 赵野. High-precision iron isotopic measurements in low resolution using collision cell (CC)-MC-ICP-MS[J]. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2022, 37(9): 1869-1875. DOI: 10.1039/D2JA00084A.

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