钙在化学分离及质谱测定过程中的同位素分馏

  

  钙是主要的造岩元素和生物活动必需元素之一,在地球各圈层中分布广泛,参与各种地质过程。钙在自然界中存在~4‰的同位素分馏,因此,若用Ca同位素示踪各种地质过程,需要较高的分析精度和准确度,这是发展钙的分析技术必须面对的首要挑战。此外,由于钙同位素具有较大的相对质量差,在化学分离和质谱测定过程中会发生显著的同位素分馏,若不能对其正确校正,将会严重影响同位素测定结果的精度和准确性。而要对其进行正确校正,就必须正确认识钙在化学分离及质谱测定过程中的同位素分馏行为。长久以来,这方面的认识缺乏实验的直接证实。 

  近来,中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室张兆峰课题组在国内率先建立钙同位素分析方法的基础上(长期外部精度优于±0.13‰2SD;或±0.03‰2SE),祝红丽博士等研究人员对钙在化学分离和质谱测定过程中的分馏特征进行了详细的研究。研究发现:化学分离过程中,在树脂上依次接取标准海水的5等份的钙元素淋洗液(i.e. 0-20, 20-40, 40-60, 60-80 80-100%)中,其δ44Ca从~4‰逐渐降低至~0‰,表明钙在化学分离过程中的分馏遵循指数分馏定律,这与前人推测一致。在质谱测定过程中,虽然钙在质谱测定过程中的分馏大体上遵循前人认为的指数分馏,但在实际单次测量中,由于多储库混合效应,仪器分馏可能偏离指数分馏定律,从而影响测定结果的准确性。为此,祝红丽等还根据实验结果,定量评估了质谱测定过程中多储库混合效应对测定结果的影响,建立了对单次测定质量判定模式,有效地排除了因储库效应而获取的准确性不高的数据。 

  该项研究得到国家自然科学基金41373007414906329132820441090374以及同位素地球化学国家重点实验室技术研发基金SKLIG-JY-12-01和合作基金SKLIG-KF-12-01SKLIG-KF-13-03的资助,相关成果已发表在Geostandards and Geoanalytical Research (2016) 上。 

  Hong L. Zhu, Zhao F. Zhang*, Gui Q. Wang, Yu F. Liu, Fang Liu, Xin Li and Wei D.Sun, 2016. Calcium Isotopic Fractionation during Ion-Exchange Column Chemistry and Thermal Ionisation Mass Spectrometry (TIMS) Determination. Geostandards and Geoanalytical Research, 40(2): 185-194. 

 

 

钙在化学分离过程中的分馏遵循指数分馏

 

质谱单次测量数据质量判断模式 

 

 

(同位素地球化学国家重点实验室 & 所综合办公室 供稿)

附件: