少量AG1-X4阴离子交换树脂分离地质标样中的铁及铁同位素测定

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2013 年
离子交换柱类型 树脂体积 上柱 淋洗
收集 Fe
适用范围
表 1 Fe 离子交换分离条件
Table 1 Ion-exchange conditions for Fe
AG1-X4(微型柱)
AG MP-1(微型柱)
Geochimica ▌ Vol. 42 ▌ No. 1 ▌ pp. 46~52 ▌ Jan., 2013
第1期
唐索寒等: 少量 AG1-X4 阴离子交换树脂围更广[1–6]。 早期 Fe 同位素分析采用热电离质谱法(TIMS)[7]
和双稀释剂热电离质谱法[8], 2000 年之后兴起发展 的多接收等离子质谱法[9–10]和双稀释剂多接收等离 子质谱法[11], 使得 Fe 同位素分析方法日趋成熟。近 几年, 国内也建立了 Fe 的化学分离和同位素质谱分 析 方 法 [12–13], 其 中 的 化 学 分 离 方 法 是 基 于 用 AG MP-1 阴离子交换树脂将样品中的 Cu、Fe、Zn 分离 提纯, 测定它们的同位素组成, 为了将这三个元素 彻底分离, 使用的是大交换柱(柱床 43×Φ6.8mm)多 树脂量(1.6～1.8 mL)。然而对于很多研究者, 只需要 分析 Fe 同位素, 所以有必要建立一个更为快速有效 的 Fe 的分离方法, 用于 Fe 同位素测定。
元素含量: OPPIMA8300 等离子光谱分析仪(美 国 PE 公司)。
1.3 岩石标准样品
BCR-2、BHVO-2 和 BIR-1a(玄武岩)、AGV-2 (安 山 岩 )、 W-2(辉 绿 岩 )、 GSP-2(花 岗 闪 长 岩 )、 COQ-1(碳酸盐岩)和 DTS-2b(橄榄岩), 为美国地质 调查局 USGS 研制; JB-2(玄武岩)和 Jsd-1(沉积岩) 为 日 本 地 质 调 查 所 研 制 ; GBW07105( 玄 武 岩 ) 和 GBW07267(黄铁矿)为中国地质科学院地球物理地 球化学勘查研究所研制。
Separation of Fe using a small amount of AG1-X4 anion exchange resin and Fe isotope compositions of Geological Reference Materials
TANG Suo-han*, YAN Bin and LI Jin
通常分离样品中的 Fe 都是用 AG1-X4 或 AG MP-1 离子交换树脂分离, 它们都是阴离子交换树脂, 前者更精细, 后者是大孔径树脂, 样品承载量更大。 高精度同位素分析, 要求分析流程本底少, 所用化 学试剂都需经过亚沸蒸馏纯化, 耗时费力成本高, 甚至成为制约分析周期的关键因素, 因此, 寻求一 种快速有效的分离方法, 一直是分析者努力的方 向。本文拟在前人工作的基础上, 改变离子交换柱 规格, 通过对 AG1-X4 和 AG MP-1 阴离子交换树脂 的淋洗特性, 以及不同浓度淋洗液的分离效果, 探 索微型离子交换柱分离地质样品中 Fe 的方法。
成, 其结果与文献参考值在误差范围内一致。这些数据的发表对于地质样品 Fe 的化学分离和同位素测定提供
了参考依据。此方法可以大大减少化学试剂用量, 是一种快速有效分离铁的方法。
关键词: 离子交换分离; Fe 同位素; 地质标样
中图分类号: P597; P595
文献标识码: A
文章编号: 0379-1726(2013)01-0046-07
δ57Fe = [(57Fe/54Fe)样品/(57Fe/54Fe)标准1] 1000 δ56Fe = [(56Fe/54Fe)样品/(56Fe/54Fe)标准1] 1000 Fe 同位素比值的测定结果以 IRMM-014 作为标 准。
TANG Suo-han et al.: Analyses of Fe isotope compositions of Geological Reference Materials
1.4 样品分解及化学分离
称取 100 mg 岩石标样, 加入浓 HNO3 和 HF 混 合酸, 放置电热板上, 待样品完全溶解后, 开盖蒸 干, 用少量 HNO3 反复几次将 HF 赶净后, 再加入浓 HCl 将 样 品 转 换 成 氯 盐 , 最 后 以 1.0～ 1.5 mL 6 mol/L HCl 溶解, 待化学分离。取黄铁矿 50 mg, 加 入 HNO3 加热熔解后, 转化为氯盐。
(Laboratory of Isotope Geology, MLR, State Key Laboratory for Continental Tectonics and Dynamics; Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100037, China)
离子交换柱选用巴斯特管或 PFA 热塑管, 制作 成内径 3.5 mm, 树脂床高 20 mm 的交换柱, 分别装 入已浸泡洗净的 AG1-X4 和 AG MP-1 树脂。三种离 子交换柱分离条件汇于表 1, 本研究主要对前两个 微型柱进行分离实验, 第三个柱的流程参考文献[12, 14], 列于此便于比较。
离子交换树脂: AG MP-1 和 AG1-X4 阴离子交 换树脂, 74～147 μm (200～400 目, 美国 Bio-Rad 公 司)。
1.2 仪 器
同位素比值: Nu Plasma HR 型多接收器等离子
体质谱仪(MC-ICPMS)(英国 Nu-Instruments 公司), 以氩气作为载气, 信号接收器由 12 个法拉第杯和 3 个离子计数器(ioncounter)构成, 法拉第杯测定范围 为 0.001～20 V; 进样使用 Teflon 雾化器, 样品通过 DSN-100 型膜去溶(英国 Nu-Instruments 公司)进入等 离子体; 样品测试采用由牛津大学 Belshaw 博士提 供的基于 Unix(Linux)操作系统的控制软件进行。
1 实验部分
1.1 标准物质及试剂
IRMM-014: 欧盟参考物质及测量研究所 Fe 同位 素标准物质(Fe 丝), 以硝酸溶解后配制成含 Fe 400 µg/mL 的标准溶液; CAGS Fe: 实验室 Fe 同位素标准 溶液, 含 Fe 1000 µg/mL。使用时根据需要逐级稀释。
纯 H2O, 电阻率 18.2 MΩ•cm, 使用 PURELAB Ultra 纯水装置(英国 Elga 公司)纯化; 所用 HCl、 HNO3 和 HF 均为国产优级纯试剂, 再经过 DST-1000 亚沸蒸馏装置(美国 SAVILLEX 公司)纯化; H2O2, 浓 度 35%(美国 Alfa Aesar 公司)。
摘 要: 报道了利用少量 AG1-X4 阴离子交换树脂分离地质样品中 Fe 及测定 Fe 同位素的方法。对少量
AG1-X4 和 AG MP-1 树脂的分离效果进行了比较, 测定了经过 AG1-X4 分离后的地质标样 BCR-2、BHVO-2、
BIR-1a、AGV-2、W-2、GSP-2、COQ-1、DTS-2b、JB-2、Jsd-1、GBW07105 和 GBW07267 的 Fe 同位素组
Abstract: AG MP-1 anion exchange resin has been reported to be an effective chromatographic technique choice for the complete separation of Cu, Fe and Zn in geological samples. In the cases of Fe being the only interested element, AG1-X4 showed better separation efficiencies. In this work, an effective Fe separation procedure has been successfully established using small amount of AG1-X4 anion exchange resin, aiming to speed up separation, to reduce consumption of regents and to lower down the regent background. Comparison with AG MP-1 has been also made. Fe isotope compositions have been measured on geological reference materials, namely BCR-2, BHVO-2, BIR-1a, AGV-2, W-2, GSP-2, COQ-1, DTS-2b from USGS (United States Geological Survey), JB-2, Jsd-1 from GSJ (Geological Survey of Japan) as well as GBW07105 and GBW07267 from RMRC (National standard reference materials research center). With the analytical results being identical with those reported values within analytical errors, the described separation method and reported data set may serve as valuable references for iron isotopic studies. Key words: ion exchange chromatography; iron isotopes; geological reference materials
0引言
随着化学分离方法的改进和质谱仪器性能的提
高, Fe、Cu、Zn、Mo 和 Ti 等过渡族元素同位素分 析方法日臻完善, 应用研究也不断深入。尤其是 Fe, 因在自然界广泛存在和它特有的氧化还原性及参与 生物活动的能力, 使得其同位素地球化学的研究发
收稿日期(Received): 2012-10-18; 改回日期(Revised): 2012-10-26; 接受日期(Accepted): 2012-11-21 基金项目: 国土资源部公益性行业科研专项(200911043-17); 国土资源部地质调查项目(1212011120296) 作者简介: 唐索寒(1961–), 女, 学士、研究员, 从事同位素地球化学研究工作。 * 通讯作者(Corresponding author): TANG Suo-han, E-mail: tangsuohan@; Tel: +86-10-68999756
根据 Fe 含量的不同, 取适量上述溶液滴入离子交 换柱中, 以 6 mol/L HCl 转洗柱壁并分几次淋洗, 共计 6 mL, 以 5 mL 0.5 mol/L HCl 接收 Fe。离子交换树脂 可以通过纯 H2O 和稀 HNO3 反复淋洗再生后使用。
1.5 Fe 同位素组成表示及质谱测试方法
Fe 同位素比值的测定结果以样品相对于标样的 千分偏差 δ 表示, 即:
第 42 卷 第 1 期 2013 年 1 月
GEOCHIMICA
Vol.42, No.1, 46~52 Jan., 2013
少量 AG1-X4 阴离子交换树脂分离地质标样中的铁 及铁同位素测定
唐索寒*, 闫 斌, 李 津
(国土资源部同位素地质重点实验室, 大陆构造与动力学国家重点实验室, 中国地质科学院地质研究所, 北京 100037)