銅(Cu)是重要的金屬成礦元素、重金屬元素和人體所需微量元素，還是強親硫元素。銅廣泛分布自然界中各類礦物、巖石、流體及生物體中，并廣泛參與成巖作用、成礦作用、熱液活動和生命活動過程，Cu同位素(63Cu和65Cu)已被廣泛應用于礦床學、海洋科學、天體化學、環(huán)境科學和生物醫(yī)學等研究領(lǐng)域。然而，已報道的銅同位素化學分離方法主要使用陰離子樹脂(AG-MP-1M或AG1-X8)，這些方法需要消耗大量的高濃度鹽酸(6～10 M HCl)，導致本底高，而且不能將釩、鈦、鐵以及鈷等干擾元素很好的分離，常需要進行二次或三次化學分離才能滿足精確的Cu同位素分析測試要求。
圖1. Cu特效樹脂和陽離子交換樹脂雙柱串聯(lián)圖。
針對上述問題，中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學重點實驗室的實驗技術(shù)平臺李杰研究員和鐘橋輝等人，開發(fā)了基于銅特效樹脂和陽離子交換樹脂雙柱串聯(lián)技術(shù)分離地質(zhì)樣品中Cu的方法(圖1)。第一柱采用銅特效樹脂，使用0.001 M HNO3淋洗大量的基體，然后用0.5 M HNO3淋洗銅(圖2a)，含Cu淋洗液直接流入第二柱AG50WX12陽離子交換樹脂,該樹脂柱依次使用0.5 M HNO3+0.1 M HF淋洗鈦，0.5 M HNO3+1% H2O2淋洗釩，最后用2 M HNO3淋洗銅，鐵則殘留在樹脂上(圖2b)。整個化學分離流程的Cu回收率接近100%，該方法不僅可以將Cu與其它的基體元素及干擾元素完全分離開，而且整個柱分離流程是連續(xù)的，中間不需要蒸干處理，既降低了流程空白還縮短了實驗時間，分離效率極高;另外該化學分離流程不僅節(jié)約了酸的用量，而且適用性廣。
圖2.特效樹脂及陽離子交換樹脂分離Cu流程及淋洗曲線。
Cu同位素組成的測量采用標樣-樣品-標樣匹配法(SSB)結(jié)合多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜(MC-ICP-MS)，NIST SRM 976 Cu參考標樣的長期測量外部精度優(yōu)于0.05‰ (2σ, n=236);利用建立的地質(zhì)樣品Cu化學分離和質(zhì)譜測試技術(shù)，我們對地質(zhì)標樣進行了高精度測定，測定結(jié)果與前人報道值一致(圖3)，并首次報道了三個國內(nèi)巖石標樣的Cu同位素組成。
圖3. 利用本方法測定的地質(zhì)標樣的δ65Cu結(jié)果與前人報道結(jié)果對比。
該研究受到國家重點研發(fā)項目(2020YFA07148)的資助，成果發(fā)表在《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》上。
論文信息：Li, J., Zhong, Q. H., Zhang, L., Yu, H. X., Wang, Z. Y., & Bao, H. Y. (2022). A two-stage column protocol for the separation of Cu from geological materials and high-precision Cu isotopic analysis on a MC-ICP-MS. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 37(4), 849-860.
