中科院地質與地球物理研究所多接收等離子體質譜儀實驗室檢視原始碼討論檢視歷史

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中科院地質與地球物理研究所多接收等離子體質譜儀實驗室MC -ICPMS實驗室自從建立以來，一直保持高效、開放、合作的工作模式，吸引了大批國內外知名學者來實驗室開展分析與合作研究。僅合作而言，近五年來，先後有澳大利亞、美國、英國、德國、印度、韓國、香港、台灣等18個國家和地區的科學家來實驗室進行合作研究，並取得了大量突出的成果。利用MC實驗室分析數據所發表的國內外SCI論文自2005年之來一直呈增減趨勢，使MC-ICPMS實驗室逐步成為國際原位微區分析的重要基地，不僅提升了我國在該領域國際上的地位和影響，也為國內外地學科學家提供了一個良好的現代地球化學化學分析技術平台。

實驗室主任

楊進輝

實驗室成員

謝烈文、楊岳衡、張艷斌

實驗室建設思路

1. 針對科學問題，拓寬和發展新的測試方法；

2. 培育一支既能進行技術研發、又能進行科學研究的人才隊伍；

3. 建成一個以激光方法為主、溶液方法為輔的國際水平的實驗室。

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湯志敏、吳福元、王汝成 等：鈮鐵礦族礦物Lu-Hf同位素分析方法取得新進展

鈮（Nb）、鉭（Ta）是國家亟需的重要的戰略性關鍵金屬，在國防、能源、高新技術和醫療等工業領域具有不可替代的重大用途。鈮鐵礦族礦物[(Fe, Mn)(Nb,Ta)2O6]是花崗偉晶岩及稀有金屬花崗岩中普遍存在的一種副礦物，也是鈮鉭主要賦存的礦石礦物之一。它具有富Hf，相對貧Yb，Lu等特徵，是Lu-Hf同位素分析的理想對象。其Lu-Hf同位素信息在示蹤稀有金屬礦床源區性質，圈定稀有金屬成礦母岩從而縮小找礦靶區等方面具有廣泛的用途。然而，這方面的研究在國際上也剛剛起步，缺少有效的分析測試方法。

初步嘗試，發現問題

基於以上研究背景，中國科學院地質與地球物理研究所吳福元研究員團隊和南京大學王汝成教授團隊合作開展了鈮鐵礦族礦物Lu-Hf同位素分析方法的研發工作。這項工作經歷了漫長且艱辛的過程，早在2014年初研究團隊就開始了初步的實驗嘗試。首先利用LA-MC-ICP-MS對一批鈮鐵礦族礦物、重鉭鐵礦樣品進行了激光原位的Hf同位素測試，隨後選取了激光分析結果相對均一的樣品，進行相應的溶液法測試實驗，以驗證激光測試結果的準確性。初步採用實驗室成熟的一次交換柱（Ln Spec）進行化學分離，在測試過程中發現181Ta的信號太高，無法測試，每個樣品測得的176Hf/177Hf比值均一性較差，而且與激光分析的結果不一致。考慮到Ta是鈮鐵礦族礦物的主量元素，化學分離過程中Ta可能沒有得到有效的分離，接着又增加了陰離子交換柱（AG1-X8）進行二次純化，而這一次溶液測得的176Hf/177Hf比值較均一，但還是和激光測試結果不一致。之後研究團隊又先後在南京大學實驗室進行了溶液和激光鈮鐵礦族礦物Lu-Hf同位素的反覆測試，也在南京聚譜公司開展了激光原位測試的嘗試工作。在不同實驗室，利用不同儀器（熱電公司和Nu公司）對鈮鐵礦族礦物Lu-Hf同位素進行激光原位測試，改變測試條件，得到的結果都不盡人意，激光和溶液分析的結果始終無法吻合。這引發了深入思考：究竟是什麼原因導致了結果的不一致？基體元素還是其它因素？

轉換思路，初見曙光

為找出溶液和激光分析不一致的原因，研究團隊決定還是從簡單的溶液模擬實驗開始，在Hf單元素標準溶液中加入不同比例的Ta，看看大量Ta的存在是否會影響Hf同位素測試。第一步用MC-ICP-MS測試不加Ta的Hf溶液176Hf/177Hf比值；第二步將配置好的不同Ta/Hf比例的混合溶液分成兩份，一份溶液先進行化學分離把Ta與Hf分離開，再用MC-ICP-MS測試；而另一份溶液不經過化學分離，直接用MC-ICP-MS進行測試。測試結果顯示，不加Ta的Hf溶液和經過化學分離的這兩組176Hf/177Hf比值在誤差範圍基本吻合，而加Ta（沒有純化）的這組顯示了176Hf/177Hf比值隨着Ta/Hf比例的增大而增大，逐漸偏離參考值範圍，且呈現明顯的線性相關性（圖1）。該研究結果，證明了鈮鐵礦族礦物Lu-Hf同位素激光和溶液分析結果不一致的原因是大量Ta的存在影響Hf同位素的測試，同時也驗證了兩次離子交換柱（Ln Spec和AG1-X8）的分離流程，是溶液分析鈮鐵礦族礦物Lu-Hf同位素的有效方法。