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李揚等-AS:國際首個磷灰石Cl同位素標樣及高精度微區分析突破
2020-05-24 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  磷灰石廣泛分布于巖漿、熱液及變質體系,是記錄俯沖帶等復雜地質過程的良好載體;其對流體活動極為敏感,具有精準示蹤含礦流體及礦化劑等關鍵元素的來源及遷移-富集-沉淀機理的潛力。在這些地質過程中,Cl與影隨行且主要賦存于磷灰石等礦物中。因此,磷灰石Cl同位素體系是為俯沖帶地質作用和礦床學研究量身打造的“特異性”示蹤工具。此外,磷灰石Cl同位素是研究月球等天體揮發分特征、去氣過程以及與地球親緣性等特征的重要參數。 

  因此,Cl的重要性對地球與行星科學研究不言而喻,發展磷灰石Cl同位素分析技術并開展相關研究具有重要意義。然而,與成果豐碩的傳統穩定同位素(OS)和方興未艾的非傳統穩定同位素(MgFe)相比,Cl同位素研究均非常滯后。常規的Cl同位素分析直到本世紀初才成為現實。這主要受標樣匱乏和測量技術制約,導致其同位素測量,尤其是高精度測量,一直挑戰重重,限制了Cl同位素地球化學這一前沿領域的探索。 

  提到Cl同位素研究就不得不提Hans Eggenkamp,他在2014Springer出版的Cl-Br穩定同位素地球化學專著(The Geochemistry of Stable Chlorine and Bromine Isotopes)中指出,從事相關研究的實驗室非常少,在任何一個時刻都沒有超過10Cl同位素研究領域一個耳熟能詳的名字是Zachary SharpJaime D. Barnes(Sharp是其博士導師)Zachary D. Sharp2017年出版的非傳統穩定同位素地球化學專輯“Cl同位素地球化學Chlorine Isotope Geochemistry章節中指出,迄今為止,海水是Cl同位素標準的首選,尚無Cl同位素的二級標樣,實驗室之間測量水平的對比評估也非常有限。 

  上述兩個挑戰,即Cl同位素研究困境的主要原因有:(1)從事Cl同位素研究的實驗室非常少(<10),能進行高精度測量的實驗室更少(<<10);(2)除海水外,國際上尚無Cl同位素標準物質的報道,限制了高精度測量技術的發展 

  針對上述科學問題,中國科學院地質地球物理研究所李獻華院士負責的國家重點研發計劃“面向礦床學研究的變革性原位分析新技術”項目將鹵族元素地球化學與Cl同位素高精度分析作為重要研究內容,開展聯合攻關。在專項支持下,項目組骨干成員李揚副研究員及合作者最近成功研發了Eppawala-AP磷灰石Cl同位素微區分析標準(圖1)。 

  Eppawala-AP是國際第一個公開報道的Cl同位素標準物質,其離子探針Cl同位素分析精度為0.13(2SD),明顯優于國際上同類分析的精度(0.4)。這項工作為推進上述兩個挑戰的解決做出了一些貢獻。項目組正在進行Cl同位素分餾機理的研究,通過多學科聯合攻關,力爭實現Cl同位素地球化學領域從分析技術、分餾機理到地學應用“全鏈條”的突破。 

1 Eppawala-AP的離子探針分析數據

  研究成果發表于分析領域的國際SCI期刊Atomic Spectroscopy并被選為當期封面。(Li Y*(李揚), Li Q L(李秋立), Tang G Q(唐國強), Gargano A, Sharp Z, Pitawala A, Zhao  L(趙磊), Zhai M G(翟明國), Li X H(李獻華).Eppawala-AP, Sri Lanka, an Apatite Reference Material for High Precision Chlorine Isotope Analysis[J]. Atomic Spectroscopy,202041(2):51-56.)(原文鏈接

 
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