[發明專利]正熱電離質譜計靜態雙接收法測定硼同位素組成的方法

無效

• 申請號: 201010509775.3
• 申請日: 2010-10-18
• 公開（公告）號: CN102062755A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 蔣少涌;魏海珍
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01N27/64
• 分類號: G01N27/64
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 韓朝暉

技術領域

本發明屬于質譜技術領域，涉及-種硼同位素組成的測定方法，特別是涉及-種采用兩個法拉第杯同時接收高質荷比Cs₂BO₂⁺離子(即m/e＝308和309)高精度測定硼同位素組成的方法。

背景技術

自然界硼同位素(δ¹¹B)變化范圍大，不同環境、不同地質過程B同位素組成差異顯著，因此硼同位素組成在殼幔演化、礦床地質、水化學和環境地球化學、海洋環境和古環境等領域獲得了廣泛應用。隨著測定方法的改進和測試精度的提高，硼同位素作為-種靈敏可靠的指標近幾年在古海洋、古環境、環境檢測和污染源判斷等研究方面更是成就卓著，目前B同位素應用研究是國際上近二十年來地球化學研究領域的前沿方向，研究進展非常迅速。

由于B同位素組成在指示環境變化和地質過程變化方面的靈敏性，硼同位素地球化學應用研究要求不斷改進復雜組分樣品中低含量B元素的純化分離和同位素組成分析方法，以滿足高精度、準確測定的要求。隨著硼同位素化學及地球化學研究的更深層次的發展，對各種不同類型復雜組分地質樣品中硼同位素組成分析測定技術提出了更高的要求。

目前用于硼同位素組成測定的質譜技術主要有正熱電離質譜法(Cs₂BO₂⁺-PTIMS)、負熱電離質譜法(BO₂^--NTIMS)、電感耦合等離子質譜法(ICP-MS)、多接收電感耦合等離子質譜法(MC-ICP-MS)和二次電離質譜法(SIMS)。這些測定方法的主要特點和研究進展如下表所示(Aggarwal?J.K.et?al.，Precise?and?accurate?determination?of?boron?isotope?ratios?by?multiplecollector?ICP-MS：origin?of?boron?in?the?Ngawha?geothermal?system，New?Zealand，ChemicalGeology，2003，199，331-342)：

表1.硼同位素組成不同質譜測定技術比較

不同的質譜測定技術存在內在的局限性(Jugdeep?K.et?al.Boron?Istope?Analysis?AReview，Analyst，1995，120，1301-1307，Hemming?N.G.，Hanson?G.N.，Boron?isotopiccomposition?and?concentration?in?modern?marine?carbonates.Geochimica?et?Cosmochimica?Acta，1992，56，537-543)，如正熱電離質譜法(PTIMS)較大的樣品需要量、負熱電離質譜法(NTIMS)較大的測量不確定度、電感耦合等離子質譜法(ICP-MS)較高的隨機誤差、二次電離質譜法(SIMS)較差的測量內精度和樣品成分對測定結果的嚴重影響等。總之，沒有單種儀器適合所有類型樣品的硼同位素組成測定。對于硼含量低、成分復雜、富含有機質生物碳酸鹽等天然樣品硼同位素組成的高精度測定仍存在很大的挑戰。在資源與生態環境化學由硼同位素組成判斷生成年代、海水pH值、大氣CO₂濃度、氣候演化、海平面變化、鹽湖成因演化等領域的研究中，B-電感耦合等離子質譜(ICP-MS)法因得到的¹¹B/¹⁰B比值精度低而無法作為準確的判斷尺度，因此天然樣品的硼同位素組成主要采用熱電離質譜法(PTIMS?&NTIMS)和多接收電感耦合等離子質譜(MC-ICP-MS)。

目前國際上許多實驗室采用的PTIMS法是由Y.K.Xiao等(1988)改進的Cs₂BO₂⁺-石墨-PTIMS法。該方法在點樣過程中加入石墨發射劑改變Cs₂BO₂⁺離子的發射狀態，使發射強度提高近兩個數量級，離子流能夠長時間穩定發射，儀器測定過程中采用單個法拉第杯使用峰跳掃的方式分別接收質荷比(m/e)為309和308的兩個離子(即動態單接收方法)，按照公式(Eq?1)由309/308比值得到硼同位素比值¹¹B/¹⁰B。在最佳測定條件下，該方法的總體不確定度為0.1‰(1σ)，被認為是目前測定天然樣品的最精確測定方法之一(K.Jugdeep?et?al.)。