地質樣品中鍶同位素前處理方法研究進展

摘要：鍶同位素是地質年代學和同位素地球化學研究的重要手段。在使用同位素質譜儀分析鍶同位素之前，需要對地質樣品中的鍶元素進行分離富集。本文系統地介紹了鍶同位素化學前處理方法的萃取原理以及應用現狀。

關鍵詞：地質樣品;鍶同位素;化學前處理

前言

自然界中鍶總共有四種穩定同位素分別是：84Sr，86Sr，87Sr，88Sr，相對豐度分別為0.56%，9.86%，7.02%，82.56%[1]。其中，87Sr?是放射性成因同位素，它在自然界中的含量會隨著時間的增加而增加，并且不會因為化學或者生物的作用產生分餾[2]。因此，鍶同位素常被廣泛應用于地質學、環境科學以及考古學等領域的研究。

目前，鍶同位素是使用MC-ICP-MS（多接收電感耦合等離子體質譜儀）和TIMS（熱電離質譜儀）進行測量的[3-5]。同位素質譜儀檢測原理為帶電荷的離子在磁場中會受到洛倫茲力的作用而呈圓周運動，而電荷離子運動半徑的大小與帶電離子的質荷比的平方根成正比。但是由于地質樣品成分復雜，被消解完全的地質樣品溶液中存在的元素會對鍶同位素的準確測定產生干擾[6，7]。干擾因素主要是同質異位素干擾、多原子干擾以及基體干擾。其中同質異位素干擾主要是87Rb的干擾[8]。許多學者提出了針對不同地質樣品的鍶同位素化學提純方法。本文簡要介紹了鍶同位素化學前處理的研究成果。

1?鍶特效樹脂的應用

鍶特效樹脂是將冠醚在辛醇中涂層到惰性載體上制成的。Horwitz等[9]系統地研究了鍶特效樹脂對鍶、堿、堿土和其它選定元素上的選擇性。結果表明在6mol/L的HNO3中，鍶元素和鉛元素形成絡合物穩定常數比其它干擾元素高1000倍，不會被洗脫下來。在0.05mol/L的HNO3中，鍶特效樹脂對鍶元素沒有保留性，被洗脫下來。利用這個特性，可以實現鍶與其干擾元素的有效分離。唐索寒等[10]使用較少的鍶特效樹脂和改變硝酸的濃度的方法從各類地質樣品中分離富集了鍶元素。鍶特效樹脂具有分離流程短，分離效率高的優點。然而，鍶特效樹脂價格比較昂貴，同時不可重復使用。

2?陽離子樹脂的應用

廣泛使用的陽離子樹脂型號為Dionex型樹脂、Dowex50W型樹脂、AG50型樹脂。當地質樣品中Rb或者Ca的含量比較高的時候，一次的化學分離通常不能達到同位素儀器分析測試Sr同位素的要求。實驗人員通常采用二柱法來分離富集樣品中Sr元素。

何蓮花等[11]使用AG50W-X12樹脂分離鍶。通過對樣品進行2次分離能將Sr接取液里的Rb/Sr降低到0.0001以下，滿足鍶同位素測量要求。王雪英等[12]提出使用Dowex50W型樹脂分離地質樣品中的鈣和鍶。該方法用檸檬酸作洗脫劑，利用檸檬酸和Ca和Sr形成的絡合穩定常數不同，快速有效地實現了Ca和Sr分離。以上介紹的二柱法有一個共同的缺點就是步驟繁多，耗時。劉文剛等[13]優化了傳統二柱法，提出了連續分離流程。該方法中間不涉及蒸干步驟，極大地縮短了分離時間。但是該方法Sr的回收率僅有70%-75%，不適用于要求具有高鍶回收率的穩定同位素組成測定。Liu?et?al.[14]提出先用HF共沉淀除去大部分的Rb（90%），再用AG50樹脂對Sr進一步純化的方法。該方法有較高的Sr回收率，較小的酸用量，但是不適用于Ca-Mg-Al含量較高地質樣品的化學分離。向梅[15]提出AG50X8樹脂一次化學純化高鈣地質基體中的Sr元素。該方法對淋洗劑濃度以及酸用量要求較高。除此之外，樣品中的Fe含量較高時，Fe峰就會和Sr峰發生重疊，達不到對Sr純化的目的。

結論

地質樣品的成分很復雜，在用TIMS或MC-ICP-MS測定Sr同位素比值之前，必須將Sr從樣品中分離富集，以減少基質元素的影響和去除同質異位素的干擾問題。縮短Sr同位素的分離及分析流程，提高鍶同位素分析的精準度，正成為鍶同位素研究工作的重點。

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[15]向梅，成都理工大學，2020.

作者簡介：蔡秀麗（1996年2月），女，漢，河南省周口市。碩士，同位素地球化學，成都理工大學，四川省成都市，610000。