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李豪杰、张亮亮等：HZZ-2和TARIM方解石——两种可用于激光原位Sr同位素分析的天然方解石标样【JAAS】
发布时间：2025-09-04 作者： 阅读：0次
方解石是岩石圈中常见的碳酸盐矿物，在自然界中分布广泛，可在各种地质环境和地质过程中形成。方解石的Sr同位素组成被广泛用于揭示各种地质过程，如成矿流体来源、矿床的矿化过程、地幔的演变和古气候研究等。准确测定方解石的Sr同位素组成是其地质应用的重要前提。热电离质谱法（TIMS）和多接收电感耦合等离子体质谱法（MC-ICP-MS）是常规的Sr同位素分析方法，两者都具有精度高的优点，但这两种方法都需要在仪器分析之前进行复杂且耗时的化学纯化过程，缺乏高空间分辨率，样品消耗量较大，这意味着它们不适合分析结构复杂或稀有的样品。激光剥蚀多接收电感耦合等离子体质谱（LA-MC-ICP-MS）技术相比溶液方法具有快速，经济，分辨率高等优势，已广泛用于测定晶粒或亚晶尺度的Sr同位素比值。
在LA-MC-ICP-MS原位Sr同位素分析中，高质量的标样对于获得高精度87Sr/86Sr比值至关重要，在质量评估和方法验证过程中都起着关键作用。然而，现有的方解石标样仍不能完全满足科学界对激光原位Sr同位素分析的应用需求，尤其是缺乏高质量的天然方解石标样。目前天然方解石标样的Sr含量呈现两极分化特征，普遍存在含量过高或过低的局限性，而Sr含量适中的标样仍然稀缺。不同Sr含量的标样有其特定的应用范围，鉴于天然方解石样品的Sr含量可能会有很大差异。在这种情况下，开发Sr含量相对适中的天然方解石标样尤为重要。
针对以上问题，中国地质大学（北京）科学研究院朱弟成教授团队硕士研究生李豪杰，在张亮亮副研究员的指导下，利用矿物激光微区分析实验室（Milma Lab）的LA-MC-ICP-MS仪器，开发了两种新的可用于激光原位Sr同位素分析的天然方解石标样（HZZ-2和TARIM，图1）。它们具有适中的Sr含量，可以同时满足高Sr和低Sr方解石样品的分析要求。
图1 （a）HZZ-2方解石手标本；（b）TARIM方解石手标本；（c）被切成小块进行随机均匀性检验的HZZ-2方解石；（d）被切成小块进行随机均匀性检验的TARIM方解石；（e）被制成靶的HZZ-2方解石样品；（f）被制成靶的TARIM方解石样品
μ-XRF、EPMA和LA-ICP-MS元素及Mapping分析显示（图2、3），HZZ-2和TARIM方解石具有均匀的主微量元素组成、相对适中的Sr含量（HZZ-2：~1100 μg·g-1，TARIM：~620 μg·g-1）、极低的Rb/Sr比值（< 0.00001）以及较低的MgO含量（HZZ-2：0.21 wt%，TARIM：0.15 wt%），化学成分表明它们属于低镁方解石。
图2 HZZ-2（a、c）和TARIM（b、d）方解石样品中Ca和Sr元素分布的μ-XRF图像
图3 HZZ-2和TARIM方解石的微量元素Mapping结果
TIMS Sr同位素定值分析是在中国地质大学（北京）地质过程和成矿预测全国重点实验室的同位素地球化学实验室完成的，HZZ-2的平均87Sr/86Sr比值为0.70941 ± 0.00001（2s，n = 8，图4a），TARIM的平均87Sr/86Sr比值为0.71042 ± 0.00001（2s，n = 7，图4b）。在矿物激光微区分析实验室（Milma Lab）对HZZ-2和TARIM的随机颗粒进行多次LA-MC-ICP-MS Sr同位素分析得出的平均87Sr/86Sr比值分别为0.70940 ± 0.00003（2s，n = 318）和0.71042 ± 0.00002（2s，n = 305），与TIMS结果在误差范围内一致（图5），再次验证了HZZ-2和TARIM方解石的Sr同位素组成具有很好的均一性。
图4 HZZ-2方解石（a）和TARIM方解石（b）的TIMS Sr同位素分析结果
图5 HZZ-2方解石（a、b）和TARIM方解石（b、d）的LA-MC-ICP-MS Sr同位素分析结果及高斯分布图
本研究总结了目前常用碳酸盐标样的Sr含量及其同位素比值（图6）。其中，HZZ-2和TARIM方解石具有适中的Sr含量。值得关注的是，TARIM方解石可以同时作为LA-MC-ICP-MS U-Pb测年和Sr同位素分析的两用参考物质。虽然这种联测方法尚未开发，但其一旦实现，将有望显著提高分析效率。HZZ-2和TARIM方解石样品量充足，可长期分发给国内外激光实验室使用，有需求者请联系本文通讯作者获取。
图6 目前可用于Sr同位素分析的碳酸盐标样
上述研究成果受国家自然科学基金项目（42473039，42121002，41973052）联合资助，并以封面文章形式（图7）发表于分析化学领域国际知名期刊《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》上。
图7 《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》封面文章
论文信息：Hao-Jie Li（李豪杰）, Zhi-Zhong Hu（胡志中）, Liang-Liang Zhang*（张亮亮）, Di-Cheng Zhu（朱弟成）, Jin-Cheng Xie（谢锦程）, Qing Wang（王青）, Wen-Tan Xu（徐文坦）, Li-Juan Xu（徐丽娟）, Wei Guo（郭威）, Jian Wu（吴键）. 2025. Two potential natural calcite reference materials for laser in situ Sr isotope analysis，Journal of Analytical Atomic Spectrometry
