如何消除質譜測試中87Rb和87Sr同質異位素的相互干擾是獲得高精度87Sr/86Sr和87Rb/86Sr比值的關鍵。傳統分析方法一般采取的方案是:用強陽離子樹脂技術(AG50W-X8/12)先分離出高純的Rb和Sr組分,然后將Rb和Sr分別點樣于不同的燈絲,分別進行熱電離質譜(TIMS)測試。盡管傳統方案具有極高的準確度,但耗時費力、實驗成本高。表現在兩個方面:(1) TIMS的離子源無法在大氣壓條件下直接測試,樣品室每次只能安裝有限的(<21件)樣品,完成這些樣品分析后,再裝入下一批待測樣品,這將消耗大量時間(~3小時)用于抽真空。此外,煩瑣的操作步驟(燈絲清洗、點焊、去氣及點樣)將消耗大量的人工,極大地制約了實驗室的工作容量。(2)樣品測試所用的高純燈絲材料(Re、Ta、W)均為一次性,全部依靠進口,價格昂貴,大量的燈絲消耗增加了實驗成本。
TIMS對Rb和Sr的電離溫度和電離效率表現出顯著差異,比如,Rb和Sr最佳的電離溫度分別為700±50℃和1400±50℃,Rb和Sr的電離效率分別為20%~40%和5%~16%(取決于測試所用的燈絲材料和發射劑)。然而,這些TIMS獨有的分析特性在過去的研究中并未被合理優化利用。基于TIMS的技術特點,理論上,如果將極微量的Rb(~1 ng)和常量的Sr(~1 μg)進行混合,低溫測試Rb時,Sr無法被電離,因此不會有87Sr對87Rb的干擾,高溫測試Sr時,微量87Rb對87Sr干擾可通過燈絲預熱而得到完全消除。
中國科學院地質與地球物理研究所正高級工程師李潮峰及其合作者,系統優化了傳統ID-TIMS技術,在不犧牲分析精度和準確度的條件下,顯著提升了TIMS測試效率。他們將微量Rb(1-1.5 ng)和常量Sr(0.4-3 μg)混合點樣于同一Re燈絲,先在低溫段(650℃-700℃)測試Rb,然后在中高溫段(1200℃-1250℃)快速預熱清除Rb,最后在高溫段(1400℃-1450℃)完成Sr的測試(圖1)。通過優化質譜測試和制備流程,建立了順序測定同一燈絲上Rb-Sr濃度和同位素比值的分析方法。
該項技術的可靠性采用一系列國際巖石標準進行系統評價,測試結果表明,該技術的分析精度和準確度與傳統方法一致(圖2)。該方法的優點有:無需離子源放氣和切換杯結構,順序測定Rb-Sr,節省了一半抽真空時間,拓展了樣品測試通量;燈絲用量減少一半,測試成本大大降低;煩瑣的實驗準備工作(燈絲清洗、點焊、去氣)被簡化,降低了一半人工消耗。相關研究成果發表于Talanta。