地质样品中锶同位素前处理方法研究进展

摘要：锶同位素是地质年代学和同位素地球化学研究的重要手段。在使用同位素质谱仪分析锶同位素之前，需要对地质样品中的锶元素进行分离富集。本文系统地介绍了锶同位素化学前处理方法的萃取原理以及应用现状。

关键词：地质样品;锶同位素;化学前处理

前言

自然界中锶总共有四种稳定同位素分别是：84Sr，86Sr，87Sr，88Sr，相对丰度分别为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会随着时间的增加而增加，并且不会因为化学或者生物的作用产生分馏[2]。因此，锶同位素常被广泛应用于地质学、环境科学以及考古学等领域的研究。

目前，锶同位素是使用MC-ICP-MS（多接收电感耦合等离子体质谱仪）和TIMS（热电离质谱仪）进行测量的[3-5]。同位素质谱仪检测原理为带电荷的离子在磁场中会受到洛伦兹力的作用而呈圆周运动，而电荷离子运动半径的大小与带电离子的质荷比的平方根成正比。但是由于地质样品成分复杂，被消解完全的地质样品溶液中存在的元素会对锶同位素的准确测定产生干扰[6，7]。干扰因素主要是同质异位素干扰、多原子干扰以及基体干扰。其中同质异位素干扰主要是87Rb的干扰[8]。许多学者提出了针对不同地质样品的锶同位素化学提纯方法。本文简要介绍了锶同位素化学前处理的研究成果。

1 锶特效树脂的应用

锶特效树脂是将冠醚在辛醇中涂层到惰性载体上制成的。Horwitz等[9]系统地研究了锶特效树脂对锶、碱、碱土和其它选定元素上的选择性。结果表明在6mol/L的HNO3中，锶元素和铅元素形成络合物稳定常数比其它干扰元素高1000倍，不会被洗脱下来。在0.05mol/L的HNO3中，锶特效树脂对锶元素没有保留性，被洗脱下来。利用这个特性，可以实现锶与其干扰元素的有效分离。唐索寒等[10]使用较少的锶特效树脂和改变硝酸的浓度的方法从各类地质样品中分离富集了锶元素。锶特效树脂具有分离流程短，分离效率高的优点。然而，锶特效树脂价格比较昂贵，同时不可重复使用。

2 阳离子树脂的应用

广泛使用的阳离子树脂型号为Dionex型树脂、Dowex50W型树脂、AG50型树脂。当地质样品中Rb或者Ca的含量比较高的时候，一次的化学分离通常不能达到同位素仪器分析测试Sr同位素的要求。实验人员通常采用二柱法来分离富集样品中Sr元素。

何莲花等[11]使用AG50W-X12树脂分离锶。通过对样品进行2次分离能将Sr接取液里的Rb/Sr降低到0.0001以下，满足锶同位素测量要求。王雪英等[12]提出使用Dowex50W型树脂分离地质样品中的钙和锶。该方法用柠檬酸作洗脱剂，利用柠檬酸和Ca和Sr形成的络合稳定常数不同，快速有效地实现了Ca和Sr分离。以上介绍的二柱法有一个共同的缺点就是步骤繁多，耗时。刘文刚等[13]优化了传统二柱法，提出了连续分离流程。该方法中间不涉及蒸干步骤，极大地缩短了分离时间。但是该方法Sr的回收率仅有70%-75%，不适用于要求具有高锶回收率的稳定同位素组成测定。Liu et al.[14]提出先用HF共沉淀除去大部分的Rb（90%），再用AG50树脂对Sr进一步纯化的方法。该方法有较高的Sr回收率，较小的酸用量，但是不适用于Ca-Mg-Al含量较高地质样品的化学分离。向梅[15]提出AG50X8树脂一次化学纯化高钙地质基体中的Sr元素。该方法对淋洗剂浓度以及酸用量要求较高。除此之外，样品中的Fe含量较高时，Fe峰就会和Sr峰发生重叠，达不到对Sr纯化的目的。

结论

地质样品的成分很复杂，在用TIMS或MC-ICP-MS测定Sr同位素比值之前，必须将Sr从样品中分离富集，以减少基質元素的影响和去除同质异位素的干扰问题。缩短Sr同位素的分离及分析流程，提高锶同位素分析的精准度，正成为锶同位素研究工作的重点。

参考文献：

[1]R.C.Capo，B.W.Stewart and O.A.Chadwick，Geofisica Internacional，1998，82，197-225.

[2]J.L.Banner，Earth-Science Reviews，2004，65，141-194.

[3]R.Cellier，S.Berail，J.Barre，E.Epova，F.Claverie，A.-L.Ronzani，S.Milcent，P.Ors and O.F.X.Donard，Talanta，2021，35，45-50.

[4]S.Ehrlich，I.Gavrieli，L.-B.Dor and L.Halicz，Journal of Analytical Atomic Spectrometry，2001，16，1389-1392.

[5]C.-F.Li，H.-Q.Wu，Z.-Y.Chu，X.-C.Wang，Y.-L.Li and J.-H.Guo，Microchemical Journal，2019，146，906-913.

[6] U.Kempe，B.Belyatsky，R.Krymsky，A.Kremenetsky and P.Ivanov，Mineralium Deposita，2001，36，379-392.

[7]H.Song，P.B.Wignall，J.Tong，H.Song，J.Chen，D.Chu，L.Tian，M.Luo，K.Zong，Y.Chen，X.Lai，K.Zhang and H.Wang，Earth and Planetary Science Letters，2015，424，140-147.

[8] D.De Muynck，G.Huelga-Suarez，L.Van Heghe，P.Degryse and F.Vanhaecke，Journal of Analytical Atomic Spectrometry，2009，24，142-148.

[9] E.Philip Horwitz，R.Chiarizia and M.L.Dietz，Solvent Extraction & Ion Exchange，1992，10，313-336.

[10] 唐索寒，朱祥坤，李津，王进辉，闫斌，分析化学，2010，38，4.

[11]何连花，张俊，高晶晶，张辉，刘季花，李华芹，海洋科学进展，2014，32，78-83.

[12]王雪英，岩矿测试，1992，11，3，240-242.

[13]刘文刚，李志丹，魏双，陈继，刘郁，奥琮，肖志斌，周红英，刘卉，分析化学，2019，47，1054-1060.

[14]W.-G.Liu，S.Wei，J.Zhang，C.Ao，F.-T.Liu，B.Cai，H.-Y.Zhou，J.-L.Yang and C.-F.Li，Journal of Analytical Atomic Spectrometry，2020，35，953-960.

[15]向梅，成都理工大学，2020.

作者简介：蔡秀丽（1996年2月），女，汉，河南省周口市。硕士，同位素地球化学，成都理工大学，四川省成都市，610000。