磺酸型阳离子树脂的元素分配行为及高精度同位素分析应用

不同元素在离子交换树脂的分配系数是元素纯化和分离的基础,不同酸中各元素分配系数差异可用于设计高效的元素提纯流程,从而被广泛应用于现代高精度同位素分析。本文以AG®50W-X8阳离子树脂为研究对象,以分配系数(Kd)作为量化指标,通过系统实验研究不同元素在该树脂中的分配行为。在前人研究基础上,本实验增加了元素数量和酸的种类,涵盖了金属、类金属、非金属和稀土元素。结果表明:在盐酸和硝酸介质中,几乎所有元素的Kd都与酸度呈负相关,当酸度达到6mol/L时,除Th和Ca以外的所有元素都会被酸洗脱。稀土元素(REEs)和高场强元素在0.1~0.5mol/L稀硝酸和稀盐酸中强烈吸附在树脂上;而一些过渡金属、类金属和非金属元素(如Mo、W、Re、Ir、Sb、Ge、As、Se、Te等)在酸溶液中会形成含氧阴离子,不与阳离子树脂发生吸附。Al、Fe、Se、Pd、Cd、In等元素在盐酸中易与氯离子形成配位化合物或离子团,导致这些离子在盐酸中的分配系数显著降低。在硝酸和盐酸与氢氟酸的混合酸中,除稀土元素外,绝大部分元素随酸度增加Kd迅速降低。稀土元素在盐酸-氢氟酸混合介质中,随着盐酸的浓度增加(从0.1mol/L盐酸-0.2mol/L氢氟酸至6mol/L盐酸-0.2mol/L氢氟酸),稀土元素分配系数(KdREE)具有先增加后降低的趋势。氢氟酸的加入可显著降低Be、Al、Sc、Fe、Sn、Th、U、Ti、Zr、Hf等元素在稀盐酸和稀硝酸中的分配系数,使这些元素几乎不与树脂发生吸附。本研究揭示了不同酸介质中各类元素在阳离子交换树脂上的分配行为存在差异,尤其是氢氟酸的加入可显著改变高场强元素、部分过渡金属和稀土元素的分配系数,为应用该树脂开发和优化适用于高精度金属稳定同位素分析的元素提纯流程(如Li、Mg、K、Sr、Ce、U等)提供了数据支撑,并可有效地减少后续实验设计的工作量。

针对低银样品的高精度银同位素分析方法

银(Ag)是元素周期表中第五周期ⅠB族元素,曾作为货币在全球范围内广泛使用,因此其流通记录可以揭示人类历史文明的演化进程(Desaulty et al.,2011;Desaulty and Albarede,2013)。在部分熔融过程中,Ag和Cu展现出相似的化学性质,但二者对S的结合能力却有所不同,这使得Ag/Cu值成为地壳演化过程的一个重要指标(Chen et al.,2020)。

激光水同位素分析仪测定水中^(17)O-excess的长期稳定性

为验证激光水同位素分析仪测定水中^(17)O-excess的长期稳定性,在过去4年中使用国际标准水样VSMOW2和SLAP2对3种国际标准水GISP、USGS45、USGS47及3种实验室标准水Lab1、Lab2和Lab3进行了标定,得到高精度的^(17)O-excess结果(<10per meg,1SD),并显示2019~2022年间国际标准水样和2019~2021年间实验室标准水样的标定结果均在误差范围内保持一致,2022年重新配制实验室标准水后检测到三氧同位素组成的变化,说明该测试方法具有长期稳定性,并且能够分辨水样的三氧同位素组成变化,为测定不同水样中三氧同位素组成提供了技术支撑。

硫酸钡的氧硫同位素分析方法及有关数据的地质应用实例

碳粉在高温条件下可还原硫酸钡，使其氧转入ＣＯ２及ＣＯ气体中。此ＣＯ气体在高温镍金属的催化作用下，可转化为ＣＯ２气体。两种ＣＯ２合并后，可用质谱计分析其氧同位素组成。此组成便是硫酸钡的δ（１８）Ｏ值。水体硫酸根的氧、硫同位素值在水环境研究中大有用处。例如，三山岛金矿矿井水中硫酸根的氧、硫同位素数据表明，此水是地下水及海水的混合产物。这就为矿井排水工程的设计提供出某种信息。

宗日遗址人骨的稳定同位素分析

利用C和N稳定同位素分析方法研究了青海宗日遗址先民的食谱,探讨了先民的经济模式以及食谱变化趋势。所有人骨骨胶原中的C,N含量以及C/N摩尔比,均表明样品保存较好,可用作食谱分析。骨胶原的1δ3C值和1δ5N值分析显示,先民主要以C4类植物为食,也摄取一定量的肉食,反映了以粟、黍等为主食而渔猎为辅的生活方式。性质未明墓葬与宗日墓葬之间存在的较大食谱差异,可能与其来自不同文化密切相关。宗日遗址在发展过程中,先民食谱中C4植物增加而肉食类减少,反映了农业加狩猎采集的混和经济模式向稳定农业模式转变的趋势。

陕北靖边五庄果墚动物骨的C和N稳定同位素分析

对陕北靖边五庄果墚遗址出土的4种动物(家猪、狗、鼠、草兔)骨骼进行了C和N稳定同位素分析,研究了这4种动物的食谱特征、营养级结构,分析了人类活动对生活在其周围动物食物结构的影响。所有骨骼样品的C,N含量以及C/N摩尔比表明,所选取的样品均保存较好,可用于食谱分析。骨胶原的C和N稳定同位素分析结果显示,所研究的4种动物呈现出不同的营养级结构,草兔和鼠类为植食性动物,而家猪和狗为杂食性动物,狗部分表现出肉食性。草兔主要以野草或树叶等C3类植物为食;而家猪、狗和鼠类则主要以C4类植物为食,这与先民从事的粟作农业密切相关。褐家鼠、家猪和狗的骨胶原中具有较高的δ15N值,表明其食物结构明显受到人类活动的影响,其中家猪和狗更为明显,其食物结构已与野生动物产生明显差异。

牙形石SHRIMP微区原位氧同位素分析方法

氧同位素温度计已被用于古温度变化研究多年。生物化石磷酸盐中的氧同位素组成对古气候环境变化响应灵敏,牙形石在古生代到中生代的古海洋地层中广泛存在,并具有较为重要的地层学意义,是研究古温度变化的最佳样品之一。SHRIMP具备高分辨、高灵敏、高精度和微量及原位微区分析的特点,可以进行20μm范围内的原位(in-situ)同位素分析。本文介绍了作者利用SHRIMP IIe-MC建立的牙形石微区原位氧同位素分析方法,这是国内关于该方法的首次报导。本文对磷灰石标准样Durango进行了测定,连续七昼夜获得的253次测定结果,平均值为δ18 Oapatite=9.78‰±0.29‰,与该标准参考值δ18 Oapatite=9.81‰±0.25‰(Williams,未刊资料)一致。作者并以二叠系—三叠系界线上下海水温度变化研究为示范,对采自西藏文布当桑二叠系—三叠系剖面上的49个层位中的237件牙形石样品进行了914个氧同位素分析,为研究二叠系—三叠系界线上发生的生物灭绝事件前后的海水温度变化提供了可靠详实的数据。

山西芮城清凉寺墓地出土人骨的稳定同位素分析

对山西芮城新石器时代的清凉寺墓地出土的仰韶文化和龙山文化两个阶段人骨中C和N同位素进行了分析,研究了先民的食谱特征和生活经济形式,探讨了不同性别之间食物结构的差异以及不同阶段食谱的变化趋势。所有人骨样品的C和N含量以及C/N摩尔比,均表明人骨样品保存较好,可用于食谱分析。骨胶原的C和N稳定同位素分析结果显示,清凉寺地区史前先民的食物结构中包括C_4类植物和少量以C_4类植物为食的动物,反映了先民以种植粟、黍等作物的农业形式,并辅以饲养家畜为生的经济模式;发现男性比女性获取肉类食物相对较多,可能是由于当时男女社会分工不同的缘故;此外,从仰韶文化到龙山文化时期,山西芮城清凉寺先民获取植物性食物资源没有明显变化,但肉类资源有所增加,反映了此时的农业生产逐渐趋向更为稳定,家畜饲养有了进一步的发展。

MC-ICP-MS高精度测定Li同位素分析方法

以不同浓度Li元素标准样品和K、Ca、Na、Mg、Fe单元素标准样品的混合溶液为研究对象,采用3根阳离子交换树脂（AG50 W-X8,200-400目）填充的聚丙烯交换柱和石英交换柱对Li进行分离富集,淋洗液分别为2.8 mol/L HCl、0.15 mol/L HCl以及0.5 mol/L HCl 30%乙醇,淋洗液体积小,仅为38 mL。分离回收率高,均大于97.6%。国际标样AGV-2（相对于IRMM-016）、BHVO-2（相对于IRMM-016）和IRMM-016（相对于L-SVEC）的δ7Li值分别为（5.13±0.94）‰（2σ,n=10）、（4.08±0.60）‰（2σ,n=4）和（0.038±0.73）‰（2σ,n=10）,与前人分析结果吻合,分析精度与国际同类实验室水平相当。并对比了马里兰大学同位素实验室和笔者实验室对同种岩石矿物样品的分析结果,在误差范围内具有很好的一致性。此外,对美国地质调查局提供的准标样NKT-1霞石岩（相对于IRMM-016）给出了定值,δ7Li值为（8.71±0.46）‰（2σ,n=4）。因此,本方法可用于测定天然样品的Li同位素组成。

地下水硝酸盐氮同位素分析最新方法——细菌反硝化法

细菌反硝化法是目前地下水中硝酸盐氮同位素分析的最新方法，包括反硝化菌的选取与培养、反硝化菌将硝酸盐完全转化成N2O气体、N2O气体的提取与纯化、N2O气体氮同位素测定。与传统方法相比，细菌反硝化法可分析低浓度微量水中硝酸盐氮同位素，且更为快捷可靠。

稀有气体全组分含量及同位素分析技术

通过引进和自主研发相结合,建立了一套大型综合性设备,对天然气、烃源岩、储层包裹体、原油、地层水等多种类型油气地质样品中的稀有气体进行纯化、富集,同时进行He、Ne、Ar、Kr、Xe全组分含量及同位素分析。开发形成了不同类型油气地质样品中稀有气体制样技术系列,建立了完整的稀有气体He、Ne、Ar、Kr、Xe全组分及同位素分析技术。选取松辽、塔里木盆地大气田典型天然气样品,开展了稀有气体He、Ne、Ar、Kr、Xe全组分含量及同位素分析,明确了长深、徐深及克拉2气田天然气样品中稀有气体He、Ne、Ar、Kr、Xe全组分含量总体分布特征,建立完善了稀有气体He、Ne、Ar、Kr、Xe多种成因类型判识图版。对长深、徐深及克拉2气田天然气中稀有气体进行了综合成因判识,提供了有效的实验技术支持。

广东湛江鲤鱼墩遗址人骨的C、N稳定同位素分析:华南新石器时代先民生活方式初探

相对于长江流域和黄河流域而言,华南地区先民生活方式的了解一直较为缺乏。广东湛江鲤鱼墩遗址人骨的C和N稳定同位素分析,显示此遗址的先民主要以海生类资源为食,陆生资源(包括可能的块茎类原始农业和动物)只占次要地位。通过与约同时代黄河流域、长江流域先民的稳定同位素数据比较,可以看出,早在6000年前,我国先民的生活方式就已出现3大类型。

内蒙古察右前旗庙子沟遗址新石器时代人骨的稳定同位素分析

稳定同位素分析技术近年来发展为复原古代民族食物结构、社会经济模式的有效手段。本文在应用该技术对庙子沟新石器时代遗址出土人骨中的C、N同位素比值进行了测定。结果显示,庙子沟新石器时代居民日常饮食习惯中保持着相当比例的动物性食物摄入,植物类食物的摄入中以C4类植物为主。结合其他相关资料,我们认为该组居民是以农业生产方式为主,狩猎业、采集业和渔猎业在经济生活中占据重要地位。本文的研究结果可以为复原新石器时代北方农牧交错带居民的经济模式研究提供有益的线索。

稳定同位素分析数据标准化校正方法的讨论

稳定同位素分析过程中需运用一些计算法则,把原始的稳定同位素测量数据校正为基于国际标准的稳定同位素标准数据.这些校准方法包括：1）相对于参考气真值的校正;2）单一参考物质的校正;3）使用两个或三个参考物质的校正.因此只有在客观的计算测量误差及恰当的数据处理时,

有机单体同位素分析技术在地下水污染中的研究现状

有机单体同位素分析(CSIA)在地下水污染研究领域的测试数据主要应用于:确定污染物的来源;确定和量化污染场地的生物(或非生物)迁移反应;表征生成分子的元素反应机理。介绍了CSIA分析前处理技术及水污染研究领域中应用CSIA方法确定污染物来源和生物非生物降解分馏作用的研究进展,总结了CSIA技术在其他稳定同位素领域的研究进展和未来发展方向。

单体同位素分析在有机污染物研究中的应用进展

单体同位素分析(Compound-Specific Isotope Analysis,CSIA)是1990年代发展成熟的现代分析方法,日渐应用于环境分析领域,成为当前研究有机污染物最具有应用前景的技术之一。当前CSIA技术在有机污染物研究中的应用主要集中在污染物来源判识、生物转化及降解机理研究等方面,本文主要综述了CSIA在有机污染物生物转化的证明和转化机理研究方面的进展。

稳定同位素分析在鸟类生态学中的应用

稳定同位素作为一种自然标记物是研究鸟类生态学的重要工具之一,与传统研究方法相比其呈现的信息更为真实全面,是一种日趋成熟的鸟类生态学研究方法。近几年该方法在鸟类迁徙生态学、取食生态学等方面取得较大成就,展现出传统研究方法无可比拟的优越性。但目前该方法在我国鸟类生态学上的应用较少,基于此,从迁徙、取食等方面分别阐述稳定同位素在鸟类生态学上的应用,以促进我国鸟类生态学的快速发展和推动稳定同位素生态学与其它学科的交叉融合。

原位微区同位素分析在花岗岩成因研究中的应用

花岗岩及其伴生的镁铁质岩石是构成大陆地壳的重要组成部分,是大陆形成演化的标志物。花岗岩的成因研究,包括花岗岩的岩浆源区及成岩过程,蕴含着大陆地壳生长、岩石圈演化等重要信息。随着二次离子质谱仪(SIMS)和激光多接收电感耦合等离子体质谱仪(LA-MC-ICPMS)的问世,原位微区(in-situ)元素和同位素分析方法开发以及应用使花岗岩成因研究,尤其是花岗岩的岩浆源区和成岩过程等方面得到长足的进展。在仔细阅读相关文献的基础上,结合笔者近年来相关研究工作,综述花岗岩成因研究中原位微区同位素源区示踪和成岩过程的最新进展,以期推动我国花岗岩及原位微区同位素分析方法等相关研究。

特定化合物同位素分析技术在海洋食物网研究中的应用

海洋食物网研究是海洋生态系统研究中的重要部分。特定化合物同位素分析(CSIA)技术是一项研究海洋食物网的新技术,较测定总有机物的稳定同位素技术,为海洋食物网研究提供了更为深入和丰富的信息。通过脂肪酸、氨基酸等分子的稳定同位素特征,可以更细致更准确地了解食物网的营养结构、物质和能量的传递过程。该技术在海洋食物网研究中,特别是在海洋热液系统食物网研究之中表现出广泛的适用性。虽然特定化合物同位素分析技术仍有一些局限性有待改进,但在海洋食物网研究的应用中已经显示出很大的发展潜力。

海洋沉积物孔隙水中溶解无机碳（DIC）的碳同位素分析方法

海水中往往含有一定量的溶解CO2（以HCO3^-存在），其δ^13C值组成十分恒定，一般在0‰值附近。赋存在海底沉积物中的孔隙水往往含有比海水更高的溶解CO2含量，且其碳同位素组成变化极大。对这些溶解CO2的碳同位素组成进行分析，能够为我们了解海底沉积物沉积一成岩过程和生物地球化学过程提供十分丰富的信息。为此，开展了沉积物孔隙水中溶解CD2（DIC）的碳同位素分析方法的研究。