MC-ICP-MS硫同位素测定过程中的基体效应研究

Sulfur is widely distributed in nature and variations in sulfur isotopic compositions act as useful tracers of the diagenetic and mineralization processes, biogeochemical processes as well as the evolution of paleo-ocean. The traditional techniques for sulfur isotopic determination have many disadvantages including limited analysis efficiency and application ranges. Compared with them, multi-collector inductively coupled plasma mass spectrometry （MC-ICP-MS） technique shows more application potential for sulfur isotopic determination. However, our limited understanding of the effects of matrix for sulfur isotopic determination greatly limits the current application of solution and laser ablation MC-ICP-MS. In this study, we intend to investigate the matrix effects during sulfur isotopic determination by applying different analysis conditions to measure different samples that vary in matrix. And a new solution to eliminate matrix effects will be proposed. In the end, a MC-ICP-MS technique that is applicable to various sulfur bearing geological samples will be established.

硫是自然界广泛分布的一种元素，其同位素组成特征对成岩成矿过程、生物地球化学过程、古海洋演化过程等方面有重要指示作用。传统的硫同位素分析手段在分析效率、应用范围等方面存在较多限制。与传统分析手段相比，多接收等离子质谱（MC-ICP-MS）分析技术在硫同位素分析测试上表现出更大的应用潜力，但目前对基体效应认识的不足严重制约了MC-ICP-MS硫同位素分析技术的发展。本研究拟通过对MC-ICP-MS硫同位素测试进行系统的基体效应研究，从仪器分析条件的差异、分析对象基体的差异等方面入手，探索基体效应的内在规律，提出消除基体效应影响的解决方案，最终建立适用于各类含硫地质样品的MC-ICP-MS硫同位素高精度分析测试技术。

在元素含量及同位素组成分析过程中，由样品化学组成的差异引起的基体效应会对测试结果造成影响。本研究拟以多接收等离子质谱硫同位素分析为对象开展基体效应研究从仪器分析条件的差异、分析对象基体的差异等方面入手，探索基体效应的内在规律。我们以石膏、黄铁矿为主要分析对象，结合其他含量矿物以及人工模拟样品，通过溶液分析和激光剥蚀联用分析两种主要的进样方式对多接收等离子质谱硫同位素测试进行了系统研究。研究结果显示：1）基体效应在硫同位素分析过程中普遍存在，其影响程度与仪器分析条件有关，在基体成分完全一致的条件下，干法的基体效应更为显著；2）激光剥蚀进样产生的基体效应更为复杂，除了多接收等离子质谱自身的基体效应外，激光烧蚀过程中基体元素与目标元素产生反应生成新的矿物会造成同位素分馏，分馏程度受到样品自身的性质以及激光剥蚀的条件控制；3）在多接收等离子质谱测定硫同位素时，基体效应会受到基体元素的原子量、电离能以及基体元素浓度的影响，原子量越高、电离能越低、浓度越高基体效应越显著。4）基体效应主要与硫的两个核素在等离子体火焰中的空间分布有关，从火焰中心到火焰边部，基体效应弱的时候两个核素分布趋势较为一致，硫同位素比值变化较小，基体效应强的时候两个核素空间分布产生差异，硫同位素比值呈现先升高再降低的趋势。 最后，在基体效应研究的基础上我们建立了针对于硫酸盐、硫化物等各种自然界含硫矿物的多接收等离子质谱分析技术。