鮑厚銀、李杰等-AC:高精度Os同位素分析技術(shù)
?187Re-187Os(187Re通過β-衰變形成187Os)和190Pt-186Os(190Pt通過α衰變形成186Os)同位素體系作為重要的地球化學(xué)定年和示蹤手段, 在研究地幔、金屬礦床、富有機(jī)質(zhì)沉積地層和油氣藏年代以及示蹤核-幔物質(zhì)交換、殼-幔相互作用及太陽系早期演化等領(lǐng)域展現(xiàn)出其他親石性同位素體系無法比擬的優(yōu)勢(shì)。目前 187Re-187Os同位素分析測(cè)試手段已相當(dāng)成熟,然而,190Pt-186Os 同位素分析測(cè)試方面仍極具挑戰(zhàn),這主要是因?yàn)榈刭|(zhì)樣品中鉑(Pt)和鋨(Os)的含量極低,而190Pt的天然豐度比較低(為0.0014%),且其半衰期極長(4.495 × 1011?years),因此,地質(zhì)樣品中的186Os /188Os的變化范圍非常小,這就要求186Os /188Os測(cè)試精度極高(外部精度優(yōu)于8 ppm)。
?在過去的幾十年中,Carius管溶樣法因其溶樣的密閉性和低空白的特點(diǎn),成為Os同位素分析最為廣泛的樣品消解方法。由于Carius管單次樣品消解量有限,為了達(dá)到高精度186Os /188Os分析,需要富集足夠量的Os。對(duì)于Os含量低的樣品,往往需要使用多只Carius管進(jìn)行樣品消解,這不僅耗時(shí),還增加了操作難度。此外,锍鎳火試金具有取樣量大的優(yōu)點(diǎn),通常被用于Os的富集以進(jìn)行同位素分析,但其捕集劑(锍粉和鎳粉)具有較高的本底,這也極大地限制了該方法在Os同位素分析中的應(yīng)用。目前Os的質(zhì)譜測(cè)定主要是采用負(fù)離子熱電離質(zhì)譜(N-TIMS),Os以O(shè)sO3-的形式被檢測(cè),然而,由于存在氧同位素的多原子干擾問題(如184Os16O218O和184Os16O17O2對(duì)186Os16O3的干擾),不同的氧同位素干擾校正方法會(huì)對(duì)186Os /188Os比值產(chǎn)生較大的影響(21 ppm)。
?針對(duì)上述問題,中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士研究生鮑厚銀在李杰正高級(jí)工程師的指導(dǎo)下,建立了銻試金預(yù)富集Os的方法,實(shí)現(xiàn)了高精度186Os/188Os和187Os/188Os同位素比值測(cè)定(圖1)。銻試金方法具有取樣量大的優(yōu)點(diǎn),一次可以富集20~40g樣品。銻試金以Sb2O3作為捕集劑,在高溫熔融階段,Os會(huì)進(jìn)入到銻扣中,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)Os的富集,形成的銻扣還可以通過灰吹的方式進(jìn)一步縮小銻扣的體積,便于后續(xù)的化學(xué)分離。我們通過SbCl3水解制備Sb2O3的方法,獲得了高純的Sb2O3捕集劑,極大降低了空白,并使用高純石英坩堝進(jìn)行實(shí)驗(yàn),成功將全流程Os本底控制在<10pg的水平,較傳統(tǒng)方法降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)(圖2)。

圖1. 高精度186Os/188Os,187Os/188Os分析流程

圖2. 銻試金Os空白
?在Os同位素測(cè)試中,儀器靈敏度是實(shí)現(xiàn)高精度Os同位素測(cè)試的關(guān)鍵因素,本研究采用了Nu plasma 3(Aridus Ⅲ+1012Ω放大器)和Neptune plus(配置Aridus Ⅱ+ 高靈敏度組合錐)兩種型號(hào)的MC-ICPMS。其中,Nu Plasma 3和Neptune plus的靈敏度分別達(dá)到564 v/ppm和1226 v/ppm。此外,為了有效克服Os記憶效應(yīng)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響,我們還采用2% 鹽酸-乙醇混合試劑作為清洗液,在3分鐘之內(nèi)即可將Os的信號(hào)降低至背景值, Os參考標(biāo)樣(DROsS)的多次測(cè)量結(jié)果的外精度均優(yōu)于8ppm(2SD)(圖3)。利用建立的化學(xué)富集和質(zhì)譜測(cè)量技術(shù),我們對(duì)國內(nèi)外地質(zhì)標(biāo)樣進(jìn)行了高精度Os同位素測(cè)定,其中WPR-1和GPt-5的測(cè)定結(jié)果與前人報(bào)道的一致,并首次報(bào)道了4個(gè)國內(nèi)巖石標(biāo)樣(GPt-6,GPt-4,GPt-3,GBW07102)的Os同位素組成,186Os/188Os的測(cè)試精度均優(yōu)于8ppm (2SD)。該分析技術(shù)為低Os含量的地質(zhì)樣品的186Os/188Os和187Os/188Os比值分析提供了一種簡便、高效的方法,也為190Pt-186Os同位素在地球科學(xué)中的應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支持。

圖3. N-TIMS和MC-ICPMS (Nu Plasma 3、Neptune Plus)對(duì)DROsS Os溶液標(biāo)準(zhǔn)186Os/188Os測(cè)量結(jié)果
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?相關(guān)成果發(fā)表在分析化學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊《Analytical Chemistry》上。該研究受到了國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(2020YFA07148)和國家自然科學(xué)基金(42373030)的資助。
?論文信息:Bao?Houyin(鮑厚銀), Li Jie*(李杰), Ni Wenshan(倪文山), Wang Tiantian(王甜甜), Shen Nengping(沈能平), Chu Gaobin(初高彬), Liu Jingao(劉金高), Liu Junjie(劉俊杰), Xu Jifeng(許繼峰). High-Precision Determination of 186Os/188Os and 187Os/188Os Isotope Ratios via an Antimony Fire Assay and Multi-collector ICP–MS.?Anal. Chem.?2025, 97, 14, 8048–8055
?論文鏈接:https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5c00563.?

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