课题组在高精度Ba稳定同位素分析方法方面取得进展

钡（Ba）是第六周期第二主族的碱土金属元素，化学性质非常活泼，自然界中主要矿物为重晶石（BaSO₄）与毒重石（BaCO₃）。Ba属于大离子亲石元素，在地幔部分熔融过程中为高度不相容元素，在地壳中的含量远高于地幔。Ba稳定同位素在高温和低温地质过程中均可能发生分馏。随着分析技术的发展，高精度的Ba稳定同位素已经成为了示踪地质过程的有效工具，然而已报道的对于硅酸岩样品中钡稳定同位素化学分离方法较为复杂且用时较长。“幔游”课题组基于多接收器电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS），开发了利用阳离子交换树脂和Sr特效树脂双柱快速分离地质样品中Ba及MC-ICP-MS测试方法（图1）。

图1    Ba稳定同位素分析方法流程

基于前人的方法改进使用两柱纯化步骤。首先采用AG 50W-X8阳离子交换树脂（第一柱），使用2.5 M HCl淋洗出基体元素后，用6.4 M HCl淋洗钡和稀土元素（图2a）;所收集的含Ba溶液蒸干溶解后进入柱锶特效树脂（第二柱），用3 M HNO₃淋洗稀土元素，最后用7.5 M HNO3淋洗钡（图2b）。整个化学分离流程中Ba回收率接近100%，相比于传统方法，该流程具有消耗时间短、流程简单、分离效率高、低本底、试剂（酸）用量少、适用性广等优点。

图2   阳离子交换树脂及特效树脂分离Ba流程及淋洗曲线

Ba同位素组成的测量采用样品-标样间插法（SSB）与双稀释剂法（DS）结合多接收器电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS），GSB Ba参考标样的长期测量外部精度优于0.05 ‰（2SD，n=86）。该方法应用于国际或国内地质标样（BCR-2, BHVO-2, AGV-2, GSP-2, RGM-2, G-2, GSR-3, GSR-5, GSR-8, 和GSR-11），测定结果与前人报道值一致（图3），并首次给出了流纹岩（RGM-2）标样δ¹³⁸Ba值（0.15–0.19 ‰）。

图3 利用本方法测定的地质标样δ¹³⁸Ba结果与前人报道结果对比

相关成果发表在国际老牌光谱期刊Atomic Spectroscopy上。硕士生成倚山为论文第一作者，陈开运工程师为通讯作者，杜一凡、赵键、陈立辉参与了本研究。该工作得到国家自然科学基金项目（42130310、42073051）的资助。

文章信息：Yishan Cheng, Yifan Du, Kaiyun Chen*,Chunlei Zong, Jian Zhao, and Li-Hui Chen. Rapid Two-Column Separation Methodfor Determining Barium Isotopic Compositions Using MC-ICP-MS. AtomicSpectroscopy. 2022, 43(3), 236-245. https://doi.org/10.46770/AS.2022.105

原文链接：http://www.at-spectrosc.com/as/article/abstract/2022105?st=article_issue