MC-ICP-MS高阻放大器校正偏移对同位素测试的影响——以汞同位素为例

增益(Gain)校正有助于消除MC-ICP-MS不同高阻放大器之间的阻值差异,进而提高同位素分析的精度和准确度,但有关Gain的偏移和校正频率对同位素测试的影响和作用原理还缺乏系统认识。本研究结合本实验室Neptune Plus MC-ICP-MS的Gain校正数据,以实际测试的汞同位素数据为例,评估了放大器Gain校正系数偏移对同位素测试的影响。结果显示,当测试标样和样品的校正系数偏移幅度一致时,汞同位素测试结果基本无变化;当偏移幅度存在明显差异且单一放大器校正系数的相对偏移幅度超过–0.070‰~0.058‰时,汞同位素的测试结果大于分析误差。Gain校正系数单日的相对变化幅度(–0.028‰~0.028‰)可保证汞同位素测试结果小于分析误差,但长期的偏移却会导致汞同位素变化远超分析误差。此外,仪器的硬件、温度和真空度等也是Gain校正系数变化的重要影响因素,因此建议定期维护仪器,并每日进行Gain校正,以保证测试结果的稳定和准确。

锂硼同位素MC-ICP-MS分析中的记忆效应研究

锂(Li)和硼(B)同位素是地质作用过程中良好的示踪剂,被广泛应用于岩石起源、矿床成因和环境演化等领域。但锂、硼在MC-ICP-MS仪器分析中的“记忆效应”明显,不同实验室已报道的MC-ICP-MS分析中锂、硼背景占信号比变化范围大(0.01%~5%),所采用的背景控制方法和效果也各不相同,因此给锂、硼同位素的准确测定带来困难。为研究MC-ICP-MS锂、硼同位素记忆效应及其抑制方案,提高测试的稳定性,本文参考前人研究成果,设计不同背景清洗方案,并对各种国际标样(IRMM-016、JG-2、ERM-AE121、ERM-AE122、NASS-7)和实验室内部标准(Alfa Li、Alfa B)进行长期测试,检验实验方案的长期重现性。结果表明:仅使用0.3%氯化钠溶液清洗背景可以显著降低锂背景信号,从20mV下降至4mV,并保证7Li背景值在24h内低于5mV,实验室内部标准溶液Alfa Li的δ^(7)Li长期测试外精度为0.13‰(2SD,n=73)。氟化钠、氨水等清洗液并不能显著降低本研究所使用仪器的硼背景,因此选择使用灵活的空白扣除方法来保证数据稳定性。实验室内部标准溶液Alfa B的δ^(11)B长期测试外精度为0.19‰(2SD,n=60)。本文锂、硼同位素国际标样的测试结果与前人数据在误差范围内一致,证明了实验结论的可靠性。

基于MC-ICP-MS的稳定铜同位素分析在环境健康研究中的应用进展

铜(Cu)是人体内重要的微量金属元素之一,在许多生命过程中扮演着重要角色;同时,铜在人体内受到严格调控,其稳态与人体生理状态密切相关,许多疾病的发生往往伴随着铜代谢失衡的现象。通过监测铜稳态的细微变化,可以更精准地发现导致人体生理异常变化的因素,特别是环境因素对疾病发生及发展的影响。因此,稳定铜同位素分析在环境健康研究中具有广泛的应用前景。多接收器电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)是一种强大的同位素分析质谱方法,具有适用范围广、分析精度高等优点,有效促进了铜同位素分析的发展。本文综述了非传统稳定同位素分馏机理及基于MC-ICP-MS的铜同位素分析方法,总结了铜同位素分析在环境健康研究中的主要应用,并对其前景进行展望。

MC-ICP-MS测定岩石样品中锌同位素组成

锌同位素示踪技术在反演成矿过程、示踪污染源和示踪深部碳循环中都起着重要的作用,但是复杂的基质组成及锌元素含量水平的高低限制岩石样品中锌同位素组成的准确测定。本实验基于多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)的测试方式对不同基质类型的岩石样品中锌同位素的分析方法进行探究,主要包括样品的消解方式、锌的分离纯化及干扰离子的影响等。实验采用AGMP-1(38~75μm)树脂进行分离提纯,分析过程使用标准-样品交叉法(SSB)对仪器产生的质量歧视进行校正,利用CAGS-Zn同位素标准溶液监控仪器的长期稳定性。结果显示:GBW07105、BCR-2和BIR-1a地质标准样品的锌同位素组成分别为:δ^(66)Zn_(GBW07105-IRMM-3702)=0.25‰±0.06‰、δ^(66)Zn_(BCR-2-IRMM-3702)=-0.07‰±0.06‰和δ^(66)Zn_(BIR-1A-IRMM-3702)=-0.09‰±0.01‰,测试结果在误差范围内与国际上已报道的值一致,验证此方法的准确性和可行性。本实验建立一种实验流程本底较低、干扰离子去除率高和分离程序适用性强的岩石样品锌同位素分析方法,有效分析7种岩性不同的岩石样品中锌同位素组成,为精准测量复杂基质样品中锌同位素组成提供有力的方法支撑。

钾同位素的高效分离及MC-ICP-MS高精确测定

钾(K)在地球科学、生物科学、环境科学等领域有广泛应用。为了高效地从地质、生物、环境等样品中分离纯化K并进行其同位素测定,经反复实验和优化,建立了适用于不同样品中K同位素的高效分离和多接收电感耦合等离子体质谱测定方法。选取AG 50W-X8树脂(200~400目),以0.5 mol/L HNO_(3)为淋洗液,过柱一次,即可实现K的完全纯化分离,其回收率均大于99.9%,空白(约10 ng)。对于基体元素(Li、Na、Mg、Al、V、Cr、Ca等)含量较高的样品,建议二次过柱分离纯化。分离纯化的样品在MC-ICP-MS上采用“冷等离子体+低分辨”方法进行测定。标准物质(岩石标样、煤标样和生物质标样)的测试结果与前人分析结果一致,δ^(41)K值的长期精度均好于0.06‰,且重现性较高。

高精度铅同位素比值MC-ICP-MS测试方法及岩石标样铅同位素组成

利用多接收电感耦合等离子体质谱仪(Neptune plus)建立了高精度铅同位素比值MC-ICP-MS测试方法。建立该方法的过程中,重点评估了加入的Tl标准溶液对铅同位素比值测试结果的影响,并最终确定Tl标准溶液的浓度为25 ng/mL,同时样品溶液Pb的浓度应该大于25 ng/mL(即Pb/Tl浓度比应大于1)。利用该方法对铅同位素标准物质SRM 981进行了长期监控(2020年7月—2021年6月),测试结果为:206 Pb/204 Pb=16.9415±0.0010、207 Pb/204 Pb=15.4985±0.0009、208 Pb/204 Pb=36.7204±0.0023,与统计的文献报道值一致。长期监控的全流程空白均小于0.25 ng,能满足地质样品高精度铅同位素比值测试的需要。同时运用该方法,对4个元素含量标样(BCR-2、AGV-2、BHVO-2和BIR-1a)进行了铅同位素比值测试,测试结果与文献报道的测试结果和精度一致,表明建立的方法是准确、可靠的。

LA-MC-ICP-MS方解石U-Pb定年技术

方解石在成岩过程、生物作用、热液过程等多种地质环境中广泛形成,激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)方解石U-Pb定年技术在解决关键地质问题中具有广阔的应用前景。方解石中U含量相对低(<5.0×10^(-6)),普通Pb占比高(238 U/206 Pb<1),这对仪器灵敏度提出了高要求。相比于Q-ICP-MS和SF-ICP-MS,MC-ICP-MS具有同位素同时测定优势,分析精度更高。前人优化了仪器参数,对提高灵敏度进行了一些尝试,为了最大化的提高灵敏度,本研究基于Neptune Plus型号MC-ICP-MS,系统优化锥组合和辅助氮气,使得U和Pb元素灵敏度最优。研究表明采用Jet+X锥结合氮气增敏(N 2=4.0mL·min^(-1))条件下仪器灵敏度最高,相比于常规条件(S+H锥未结合氮气增敏),U和Pb的信号强度分别提高4倍和3倍。同时我们发现氮气增敏情况与锥组合有很大的关系,当采用X型号截取锥时,氮气的引入可以使得U的信号强度提高,而采用H型号截取锥时,氮气的引入并没有改变信号强度。基于优化后的仪器参数,本文建立了高空间分辨率(~85μm)LA-MC-ICP-MS方解石U-Pb定年方法。采用三个方解石U-Pb定年标准物质对方法进行了验证,所得结果与ID-TIMS定值结果在误差范围内一致,证明我们的方法对低U(~0.03×10^(-6))样品的分析是有效的。初步测定了两个实验室内部标准物质:TLM和LSJ07。一次测量TLM的结果为219.8±2.3Ma(2s,n=30),两次测量LSJ07的结果为26.4±0.2Ma(2s,n=30)和26.7±0.2Ma(2s,n=30)。这两个标准物质的普通铅占比相对较低,是潜在的方解石U-Pb定年标准物质。我们发现激光束斑大小的改变明显影响到结果的准确度,这可能与不同束斑下的分馏效应差异性有关,特别是当束斑小于60μm时。因此我们建议在进行方解石U-Pb定年时,标样和未知样品要严格匹配激光参数,最后初步讨论了方解石U-Pb体系的封闭情况。

四川会理文管所藏多元风格青铜器矿料来源的MC-ICP-MS分析

青铜器的矿料来源及其体现的地区间文化互动等信息是考古学界关注的重点问题。四川会理位于欧亚草原、中原、南亚和东南亚之间的“十字路口”,且处在著名的“藏彝走廊”之上,自古以来就是多民族聚居地和多元文化交汇区,当地出土的青铜器更是包含多种文化因素。然而,以往对该地青铜文化的研究多集中于墓葬形制和随葬品的器型及纹饰等所体现的文化互动上,而对多元风格青铜器的矿料来源和地区间文化互动的具体模式关注较少。使用便携式X射线荧光光谱仪(pXRF)、多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)对会理文管所藏8件具有多元文化风格的青铜器进行成分分析和铅同位素比值测定。在此基础上,搜集铜、铅矿山和相关青铜器的铅同位素数据并结合考古类型学进行对比分析,以期揭示不同地区和青铜文化之间的互动联系。pXRF分析结果显示,这批样品合金类型多样,包括纯铜、锡青铜、铅锡青铜和锡铅青铜等。MC-ICP-MS分析结果显示,两面石寨山型铜鼓和盐源文化风格树形器应为利用滇中南地区的铅料生产的,且前人对多面石寨山型铜鼓的研究结果显示其矿料均来自滇中南,表明铜鼓这种象征权力与地位的礼器的矿料来源及生产较为独特,很可能为统治阶层所垄断;而石寨山型铜钟则是利用会理当地铜料生产的“仿制品”。以上结果表明,会理与石寨山、盐源等周边地区青铜文化存在着实物和精神等层面的复杂互动。研究显示,在运用pXRF、MC-ICP-MS明确青铜器合金成分和矿料来源的基础上结合文献记载与考古类型学分析可以为深入探讨地区间文化互动的具体模式提供很好的证据支持。

豫南团山花岗岩LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb年龄及其地质意义

豫南团山花岗岩是灵山岩体的一个独立单元,具有含斑细粒黑云二长花岗岩和细粒黑云二长花岗岩两种岩性,是在灵山序列主岩浆期后形成的第一个补充期产物,也是最大规模的补充期产物,基本代表了灵山花岗岩的形成年龄下限。为了限定此年龄和研究灵山岩体与紧邻的肖畈小岩体的关系及其形成的构造背景,对团山花岗岩的两种岩石进行锆石LA-MC-ICP-MS U-Pb年龄测试,并结合前人研究成果综合论述了团山花岗岩的基本地质特征。测试结果显示团山独立单元两种岩性的形成时间分别为129.90±0.63 Ma(MSWD=0.78)和129.92±0.61 Ma(MSWD=0.74),两种岩性形成时间基本一致。灵山岩体晚于肖畈岩体近10 Ma形成,推测两者为两期不同的岩浆活动产物。灵山及其附近早白垩世花岗岩体均具有与区域韧性断裂带形迹方向基本一致的北西-北西西轴线和接触界线,可作为扬子板块与华北板块碰撞事件和断裂事件的岩浆活动响应的证据。此外,通过分析收集到的灵山岩体年龄测试数据发现灵山岩体的形成年龄集中分布于95~110 Ma、120~135 Ma,推测灵山岩体在形成过程中可能经历了两次大的岩浆活动。

TODGA树脂小柱分离-多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)法测定岩石样品中Nd同位素比值

通过改进岩石样品分析物Nd的化学分离,实现Nd同位素比值的准确分析,为研究青藏高原岩石成因,揭示物质来源提供技术支持。采用TODGA萃淋树脂分离基体及其与Nd相邻的稀土元素,用多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)法测定Nd同位素比值,建立了简捷实用的地质样品中Nd同位素分析方法。样品经HF-HNO_(3)分解,HNO_(3)(3 mol/L)-H_(3) BO_(3)(0.12 mol/L)提取,上柱后,先用6 mL HCl(2.8 mol/L)淋洗干扰轻稀土,再用6 mL HCl(2.2 mol/L)淋洗分析物Nd,Nd淋洗液由MC-ICP-MS测定其同位素比值。分析国际岩石标准物质BCR-2、BHVO-2和AGV-2,所得^(143) Nd/^(144) Nd同位素比值(平均值±2σ)分别为0.512638±0.000007、0.512990±0.0000012和0.512792±0.000016,这些同位素数据在误差范围内,与推荐值和文献值完全一致。方法适合各种类型地质样品,为西藏不同地区不同岩石提供了可靠的Nd同位素分析数据。

碰撞反应池MC-ICP-MS高精度铜、锌同位素测试技术分析

基于现有铜、锌同位素实验测试方法,介绍一种碰撞反应池MC-ICP-MS高精度铜、锌同位素测试技术。此方法在现有实验室高精度铜、锌同位素测试技术的基础上,优化单次过柱分离流程,减少测试分析中用酸量。具体研究中需要对现有方法进行优化调整,并由此将样品消解成溶液,结合铜、锌纯化及同位素质谱,实现铜、锌同位素高精度测试分析。根据研究结果可知,此方法可将铜、锌同位素回收率控制在95%以上,具有较高测量精度。

黄铁矿中硫同位素的LA-MC-ICP-MS分析方法研究

硫元素普遍存在于自然界中,且硫同位素在各大地质储库中分馏显著,已经成为指示地质过程和生物演化过程的重要地球化学示踪剂。尤其是在成矿过程研究中,硫化物的硫同位素组成对反映成矿物质来源具有重要指示意义。微区原位分析技术可以直接作用于矿物,获得微米尺度的同位素组成信息,在矿床形成的精细化研究中具有极大的应用前景。联用激光剥蚀系统(LA)和高精度多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICP-MS),在低频率(2 Hz)、较高能量密度(3~5 J/cm^(2))的激光条件下,引入少量氮气并使用Jet和X锥组合,切换中分辨模式实现了黄铁矿微区原位(32μm)硫同位素组成的准确、高精度分析。黄铁矿参考物质PPP-1的测试值与前人的文献发表值在误差范围内完全一致,δ^(34)S的平均单点分析精度为0.015‰(2 RSE),长期外部重现性为0.26‰(2 SD)。

LA-MC-ICP-MS锆石Hf同位素的分析方法及地质应用

本研究利用Thermo Finngan Neptune型多接收等离子质谱和Newwave UP213激光剥蚀系统对两个国际锆石标准和一个实验室锆石标准进行了系统的测定。测得的TEMORA、GJ1和FM02锆石标准的^(176)Hf/^(177)Hf比值分别为:0.282700±64 (2SD,N=22),0.282008±25(2SD,N=26)和0.282967±44(2SD,N=27),该结果在误差范围内与文献报道值完全一致。采用不同的剥蚀直径对FM02锆石标准进行了对比测定,结果在误差范围内是一致的。从分析结果来看,GJ1和FM02的Hf同位素比值变化范围较小,是Hf同位素LA-MC-ICP-MS测试的理想标准锆石。文中还对四个不同地区的锆石Hf同位素进行了测定,结合前人研究,对其成因和物质来源进行了初步探讨。

锆石Hf同位素：MC-ICP-MS和LA-MC-ICP-MS分析结果的比较

采用单柱离子色谱法高效提取锆石中的Hf元素,用MC-ICP-MS测定锆石Hf同位素组成。三个锆石样品及其平行样的分析结果显示,同一样品的Hf同位素组成在误差范围内高度一致,表明用单柱离子交换色谱法能够有效分离锆石的Hf元素,可以保证Hf同位素分析结果的再现。对比MC-ICP-MS和LA-MC-ICP-MS分析结果发现,同一样品锆石的Hf同位素在误差范围内一致,具有很好的可对比性。但对颗粒较小的锆石,缩小激光束斑使之不超出锆石颗粒的范围,能够获得更好的结果。

多接收等离子质谱（MC-ICP-MS）测定Mg同位素初步研究

常量元素Mg的同位素比值，应用在地球化学上有重要意义。笔者采用“样品-标准”交叉技术，以国际标准SRM980、Aldrich、Rornil和实验室标准GSB作为实验材料，探讨浓度和基质效应影响，尝试建立高精度多接收等离子质谱（MG-ICP-MS）测定Mg同位素方法。相对于国际标准物质SRM980，本研究测得的国际标准物质Aldrich的δ^26Mg和δ^25Mg值分别为（2．64±0．15）‰（2σ）和（1．34±0．09）‰（2σ）；Romil的δ^26Mg和δ^25Mg值分别为（2．46±0．15）‰（2σ）和（1．27±0．08）‰（2σ）；国土资源部同位素地质重点实验室的实验室标准GSB的δ^26Mg和δ^26Mg值分别为（4．05±0．03）‰（2σ）和（2．05±0．03）‰（2σ）。

锆石Hf同位素组成的LA-MC-ICP-MS测定

利用多接收器等离子体质谱仪(MC-ICPMS)和193nm准分子激光器联用技术,对GJ-1、Temora、91500和Mud Tank四个标准锆石的Hf同位素组成进行测试,并通过指数方法进行同质异位素干扰校正,测得它们的176Hf/177Hf比值分别为0.282006±24(n=159,2SD)、0.282684±46(n=20,2SD)、0.282305±32(n=20,2SD)和0.282509±25(n=48,2SD)。测定结果与文献报道的值在误差范围内一致。

LA-MC-ICP-MS独居石微区原位U-Pb同位素年龄测定

独居石富含U、Th,同时具有较低的初始普通Pb含量,是U-Pb和Th-Pb同位素定年的理想对象。由于普遍存在于多种岩石中,独居石的U-Th-Pb定年具有广阔的应用前景。本文报道利用193nmArF准分子激光剥蚀系统和NEPUNE多接收器电感耦合等离子体质谱仪,对独居石进行微区原位U-Pb同位素年龄测定的新方法。运用这一新方法对独居石样品AL01、BL02和CL03进行微区原位U-Pb同位素年龄测定,获得AL01和BL02号样品的206Pb/238U年龄加权平均值分别为(288.3±1.1)Ma(n=19)和(446.8±2.3)Ma(n=41);CL03号样品的U-Pb等时线年龄为(396.8±8.8)Ma(n=55),取得了令人满意的结果。

多接收器等离子体质谱(MC-ICP-MS)测定Mg同位素方法研究

采用“样品-标准”交叉技术,以纯Mg试剂、水样和矿物岩石样品作为实验材料,尝试建立高精度多接收器等离子体质谱（MC-ICP-MS）测定Mg同位素方法。应用质谱仪上窄的进样狭缝,将来自Ar载气、空气和酸中的C2^＋、C2H^＋、C2H2^＋、CN^＋、NaH^＋等分子对Mg同位素的影响减至最小。当标准Mg浓度为3×10^-6时,保持样品与标准的浓度比在0.5-2之间,对Mg同位素比值测量没有影响。大量实验表明,不同基质的行为各异：Na、Fe和Al的基质效应使δ25Mg和δ26Mg偏负;Ca的基质效应使δ25Mg和δ26Mg偏正;Cr的基质效应使δ25Mg和δ26Mg波动。控制[元素]/[Mg]的浓度比在0.05范围内,可以忽略同质异位素的干扰和基质效应。通过对本实验室的两个工作标准CAGS1-Mg和CAGS2-Mg的长期测量,估计出Mg同位素测量的外精度（2SD）对于δ26Mg可达0.180‰,对于δ25Mg可达0.090‰。在25Mg/24Mg对26Mg/24Mg的同位素比值图上,所有样品的Mg同位素值都落在斜率约0.5的质量分馏线上,意味着建立的MC-ICP-MS测定Mg同位素方法既精确又无干扰。相对于DSM3国际标准,样品的Mg同位素组成大致变化范围是δ26Mg值为2.790‰,δ25Mg值为1.282‰。其中,CAGS1-Mg的δ26Mg值最大,为0.399‰,来自新疆喀纳斯湖水的δ26Mg值最小,为-2.091‰。

磷灰石微区原位LA-MC-ICP-MSU-Pb同位素定年

利用激光剥蚀多接收器电感耦合等离子体质谱法(LA-MC-ICP-MS),建立了磷灰石微区原位U-Pb同位素定年新方法,本文给出了这一新方法的分析流程,报道了利用这一新方法对5个磷灰石样品的分析结果,并应用同位素稀释-热电离质谱法(ID-TIMS)对一些样品定年结果进行了验证。磷灰石工作标样SDG的U-Pb同位素年龄:(1596±15)Ma(MSWD=1.5,n=7,LA-MC-ICP-MS),(1602±13)Ma(MSWD=0.578,n=5,ID-TIMS);某铁矿石中磷灰石的LA-MC-ICP-MSU-Pb同位素年龄:(125±14)Ma(MSWD=0.68,n=25),(124.2±3.5)Ma(MSWD=1.5,n=37);新疆阿尔金地区片麻岩中磷灰石的LA-MC-ICP-MSU-Pb同位素年龄:(250.8±3.9)Ma(MSWD=8.6,n=26),(245.4±2.9)Ma(MSWD=2.1,n=39)。

LA-MC-ICP-MS锆石微区原位U-Pb定年技术

利用激光多接收等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)技术对30～1065Ma的系列锆石进行了详细的定年研究。包含离子计数器的多接收系统使得不同质量数的同位素信号可以同时静态接收,并且不同质量数的峰基本上都是平坦的,进而可以获得高精度的数据,均匀锆石颗粒207Pb/206Pb、206Pb/238U、207Pb/235U比值的测试精度(2σ)均为2%左右,对锆石标准的定年精度和准确度在1%(2σ)左右;不同质量数同位素信号的同时静态接收使得剥蚀时间缩短,剥蚀深度变浅,相比LA-ICP-MS方法,提高了激光剥蚀的空间分辨率。对5个锆石标准和2个实际样品的测试表明,206Pb/238U年龄测定误差在1%(2σ)以内,定年结果在误差范围内与前人报道值完全一致,测试精度达到国际同类实验室先进水平。