郭家凱、李杰等-AC:開發(fā)了一種簡單高效且不依賴于鈾雙稀釋劑的地質(zhì)樣品鈾同位素高精度分析新方法
?鈾是氧化-還原敏感性元素,同時鈾又是關(guān)鍵金屬,其同位素作為重要的地球化學(xué)示蹤工具,在古海洋、古環(huán)境氧化-還原狀態(tài)和鈾遷移轉(zhuǎn)化及成礦等研究領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。然而,鈾同位素(δ238/235U)高精度測定通常依賴233U–236U雙稀釋劑來校正儀器質(zhì)量分餾,而該雙稀釋劑對我國禁售獲取難度很大,限制了鈾同位素在國內(nèi)的廣泛應(yīng)用。
?針對上述問題,中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士研究生郭家凱在李杰正高級工程師的指導(dǎo)下,建立了一套基于自主研發(fā)的三正辛基氧膦(TOPO)萃取樹脂的單柱鈾分離純化流程。研究發(fā)現(xiàn),TOPO樹脂在硝酸和鹽酸介質(zhì)中對鈾具有強的吸附能力,通過一柱就可以將U和基體與干擾元素分離,并實現(xiàn)鈾的近定量回收(圖1)。與目前國際上普遍采用的U特效樹脂(U-TEVA)分離純化方法相比,我們的方法具有流程簡單高效及成本低的優(yōu)勢,非常適合環(huán)境及地質(zhì)樣品中鈾的分離純化。

圖1 不同酸性介質(zhì)下鈾的化學(xué)分離曲線。(a)初始洗脫顯示基體未完全去除;(b)使用3M硝酸+0.2M氫氟酸和2M鹽酸+0.05氫氟酸進行的改進洗脫;(c)用于定量鈾回收的最終優(yōu)化流程。
?在MC-ICPMS質(zhì)譜測定方面,通過監(jiān)測在U樣品中加入的Pb并利用Pb作為歸一化元素,采用標(biāo)準(zhǔn)-樣品間插校正結(jié)合內(nèi)標(biāo)歸一化法(C-SSBIN)進行儀器質(zhì)量分餾校正,大大提高了U同位素的測試精度。長期測定兩個U標(biāo)準(zhǔn)溶液GBW04428和HPS的結(jié)果顯示,δ238/235U外部重現(xiàn)性可達±0.064‰(2SD),該精度與雙稀釋劑方法的接近(圖2)。

圖 2 采用C-SSBIN和僅SSB校正方法,對δ238UCRM-112a進行了為期六個月的長期重復(fù)性測試,分別針對(a,b)GBW04428 和(c,d)HPS-U 進行了測試;不同顏色代表不同的測量時間段;誤差棒代表每次測量的兩倍標(biāo)準(zhǔn)誤差;淺色區(qū)域代表δ238UCRM-112a值的兩倍標(biāo)準(zhǔn)偏差。
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?為驗證方法的準(zhǔn)確性和適用性,研究團隊進一步對多種地質(zhì)和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進行了重復(fù)分析,包括玄武巖、頁巖、錳結(jié)核、白云巖、珊瑚和海水等樣品。結(jié)果顯示,所得δ238/235U值與已有文獻報道值在誤差范圍內(nèi)一致,表明該方法具有良好的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和基體適用性(圖3)。

圖3. 參考物質(zhì)鈾的同位素組成(δ238UCRM-112a),包括本研究以及以往研究的數(shù)據(jù);彩色實心和空心符號分別代表本研究不同平行樣品的δ238UCRM-112a和它們的平均值;黑色空心符號代表文獻中已有的數(shù)據(jù)。誤差棒表示兩倍標(biāo)準(zhǔn)偏差(2SD)。
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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研發(fā)項目(2023YFF0803704)和國家自然科學(xué)基金(42373030)的資助。
?論文信息:Guo Jiakai(郭家凱), Zhong Qiaohui(鐘橋輝), Li Meiju(李美菊), Chu Gaobin(初高彬), Wang Zhaoyang(王朝陽), Xu Weihai(徐維海), Shen Nengping(沈能平), Li Jie*(李杰). Measurement of the Isotopic Composition of Uranium in Geological?Samples by MC-ICP-MS Using a?TOPO-Based Extraction?Chromatographic Protocol. Anal. Chem.?2026, 98, 18, 13556-13565
?論文鏈接:DOI10.1021/acs.analchem.6c00090
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