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同位素绝对比值分析方法新进展

发布时间:2020-04-21 浏览次数:202

在同位素分析领域中,同位素的绝对比值具有重要意义。同位素绝对比值决定了元素的原子量,也是同位素分析化学的根本参数。例如,在质谱元素和同位素测量过程中的各种干扰校正都需要使用高精度的同位素绝对比值以保证结果的准确性。然而,许多现有的同位素绝对比值数据精度较差。尤其对于钒、铟等同位素少于4个、同时受到其他同重素干扰的元素,由于无法使用双稀释剂法、外部校正法等现有的绝对比值测试方法,仍然缺乏高精度的同位素绝对比值数据。

南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室李伟强教授团队创造性地结合了外部校正法和双稀释剂法,开发了“同重素稀释剂法”来测试同位素绝对比值。该方法采用与测试元素具有同重素的相邻元素标准溶液作为稀释剂,使用MC-ICP-MS测试稀释剂和测试元素的混合溶液。借助于电感耦合等离子体(ICP)的特性,两种元素的同位素被同时电离和接收。这样就可以使用与双稀释剂法类似的校正思路,利用稀释剂元素的同位素比值得到另一个元素的高精度绝对同位素比值。研究团队针对同重素稀释剂仪器分馏校正方法进行了改进,使元素间的仪器分馏系数校正成为可能。

李伟强教授团队将“同重素稀释剂法”应用到多种元素对,准确测量了46Ca/44Ca、48Ca/44Ca、50V/51V、50Cr/52Cr、64Ni/62Ni和113In/115In的同位素绝对比值。测量得到的绝对比值与文献参考值相一致,精度达到或优于千分之一量级。其中,本研究得到的50V/51V和113In/115In绝对比值在学界已发表数据中具有最高精度。这表明该方法能够准确测量同位素绝对比值并有效校正不同元素的仪器分馏系数,特别适用于同位素数量少于4个的元素的同位素绝对比值测量。

“同重素稀释剂法”相对于双稀释剂法和外部校正法等绝对比值测试方法,不仅能够测试同位素少于4个或受到其他元素同重素干扰的元素,而且不需要昂贵的人工合成的同位素稀释剂和复杂的稀释剂校正。该方法还能够利用添加的同重素提高低丰度同位素(如46Ca、48Ca和50V)的质量数上的信号,从而有效测量这些低丰度同位素的同位素比值精度。此外,此研究完善了同位素仪器分馏的规律,提供了有效校正不同元素同位素仪器分馏的方法,有利于在化学提纯不完全或使用激光剥蚀测量同位素组成时进行准确的同重素干扰校正。

上述成果近期以“Isobaric Spike Method for Absolute Isotopic Ratio Determination by MC-ICP-MS”为题发表于国际分析化学一流学术刊物《Analytical Chemistry》,我院博士研究生帅康为论文第一作者,李伟强教授为论文通讯作者,论文作者还包括惠鹤九教授。中国科学技术大学秦礼萍教授和广州地球化学研究所张兆峰研究员分别为Cr和Ca同位素标准样品的TIMS测量提供了协助。本研究得到中国科学院先导B项目(XDB41000000)和中国国家航天局项目(D020205)的共同资助。

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.analchem.9b04160