Sn有10个同位素,是所有自然界元素中拥有同位素最多的元素,其地球化学性质表现为中等程度的亲铁和亲铜性,在岩浆分异过程中表现为不相容性。这些地球化学性质使Sn同位素体系能够应用于研究火成岩的成岩过程;太阳系和天体的形成及演化;Sn矿床的成因等方面。此外,Sn同位素体系还可以示踪有机锡化合物对于环境污染的影响,在考古学中,其还被应用于青铜器的鉴定以及制作青铜器矿石原料的来源。
由于地质样品中Sn的含量较低而且其同位素受到的干扰较多,对其同位素进行高精度测定还存在困难。目前Sn同位素分离方法存在流程复杂、效率低以及干扰元素分离不完全等问题,而且缺乏国际地质学标样的Sn同位素组成参考标准,这些问题制约了Sn同位素体系在地球科学领域中的广泛应用。
针对上述问题,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实验技术平台王朝阳博士研究生、罗震宇高级工程师、李杰正高级工程师及其合作作者对Sn同位素的分析方法进行了改进,开发了利用AG-MP-1阴离子树脂和TRU-Spec萃淋树脂两柱分离技术(图1)。整个分离流程Sn的回收率> 90%,且纯化程度极高。在此次研究中,首次应用了组成为117Sn-119Sn的双稀释剂来校正仪器的质量分馏,使用δ120/118Sn NIST SRM 3161a来表示Sn同位素组成,这种方法极大地降低了干扰元素对分析结果的影响同时也提高了质谱测量结果的精度,NIST SRM 3161a同位素标准溶液的测量精度优于0.03‰(2SD,n = 81)。
图1. 利用多元素混合标准溶液(各种元素浓度均为1μg ml-1)模拟实际样品绘制的Sn淋洗曲线。(a)是AG-MP-1阴离子树脂的淋洗曲线;(b)是TRU-Spec树脂的淋洗曲线
利用该方法,我们标定了10种不同岩性的国际和国内岩石及沉积物标样的Sn同位素组成(图2),其中7种地质参考标样的Sn同位素数据属于首次报道。
图2. 岩石及沉积物参考标样的Sn同位素组成数据(结果用δ120/118Sn NIST SRM 3161a表示)
该研究成果发表在分析地球化学专业权威期刊《Geostandards and Geoanalytical Research》上,该研究受到国家重点研发项目(2020YFA07148)的资助,。