賽默飛無機質(zhì)譜技術(shù)在測量同位素比值中的應(yīng)用
在地學(xué)、環(huán)境乃至生命科學(xué)中，窺探元素和化合物的源匯以及轉(zhuǎn)化途徑、機制至關(guān)重要。在含量、形態(tài)等傳統(tǒng)分析技術(shù)上，高精度元素同位素比值為這類研究提供更加深入的視角。大至以百萬年為時間單位的行星演化、生命起源、氣候變化等，小至癌癥早期診斷、微量元素新陳代謝過程、食品地理標(biāo)志溯源等，同位素比值均發(fā)揮著獨特的作用。
賽默飛無機質(zhì)譜技術(shù)（IOMS）具有多達(dá)10個產(chǎn)品線，能夠為周期表中所有元素同位素比值分析提供解決方案。其中，多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜（MC-ICP-MS）憑借ICP離子源的高效性和多接收檢測器的靈活性，能夠測量50種以上的元素同位素比值，精度達(dá)到ppm（百分分之一）級別，是測量金屬同位素比值的首選工具。
賽默飛Neoma和Neoma MS/MS是賽默飛最新型號的MC-ICP-MS，除了繼承第一代Neptune系列MC-ICP-MS的10kV高壓、水冷磁場、可移動檢測器以及虛擬放大器技術(shù)外，還首次在MC-ICP-MS中引入了帶質(zhì)量篩選功能的碰撞反應(yīng)池技術(shù)（Pre-filter CRC），為更多的同位素體系開辟新的分析流程和應(yīng)用領(lǐng)域。
Thermo Scientific™ Neoma™（左）和Neoma™ MS/MS（右）MC-ICP-MS
本文將為大家著重介紹Neoma系列MC-ICP-MS的最新典型應(yīng)用。
應(yīng)用一：
超高精度Ti同位素揭示地球演化過程
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院鄧正賓特任教授與哥本哈根大學(xué)合作，利用Neoma MC-ICP-MS開發(fā)了超高精度鈦穩(wěn)定同位素組成的測量方法，δ49Ti 2sd精度達(dá)到0.01‰，比之前文獻(xiàn)報道的最佳精度提高了3-4倍�；赥i同位素數(shù)據(jù)，作者刻畫了地球形成早期到現(xiàn)代的地幔來源火成巖的鈦同位素記錄，揭示了地球地幔的運轉(zhuǎn)模式是呈階段性演變的，現(xiàn)代板塊構(gòu)造體制下接近全地幔對流的模式只是地球演化近期的過渡狀態(tài)。
原文鏈接：Earth’s evolving geodynamic regime recorded by titanium isotopes | Nature
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06304-0
應(yīng)用二：
全法拉第杯模式測量核工業(yè)中U同位素比值
離子計數(shù)器（IC）相較于法拉第杯（FAR）噪聲更低，常用于檢測小的離子信號。但是，頻繁的效率校正和較窄的動態(tài)范圍限制了IC使用的靈活性。以核工業(yè)中的鈾（U）同位素分析為例，“貧鈾”樣品通常需要采用離子計數(shù)器檢測，但是對于其他鈾材料，則容易超出其計數(shù)范圍。
美國橡樹嶺國家實驗室Zirakparvar 等人在Neoma MC-ICP-MS上采用全法拉第杯搭配1011 Ω和1013Ω放大器，在溶液和激光模式兩種進(jìn)樣方式下測量了一系列不同豐度的U同位素參考物質(zhì)(U010， U030，U500，U630，和U850)。
結(jié)果表明，信號大于0.05 mV（~3125cps）時1013 Ω放大器可獲得準(zhǔn)確結(jié)果；當(dāng)有干擾物質(zhì)或者拖尾存在導(dǎo)致信號的不穩(wěn)定時，離子強度大于4 mV即可。增長積分時間可一定程度抵消信號波動對比值精度的影響。1013 Ω放大器可滿足核工業(yè)中不同豐度U同位素的檢測，克服了IC使用時信號過載的限制。
原文鏈接：Faraday detector uranium isotope ratio measurement: Insights from solution- and laser ablation-based sampling methodologies on the Neoma MC-ICP-MS - ScienceDirect
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1387380623001057
應(yīng)用三：
超高分辨模式（XHR）和碰撞反應(yīng)模式（CRC）測量鉀同位素
法國里昂高等師范學(xué)院地質(zhì)實驗室（LGL - ENS Lyon）作為全球第一臺Neoma以及第一臺現(xiàn)場升級MS/MS選項的實驗室，分別使用超高分辨狹縫（XHR）和碰撞反應(yīng)模式（CRC）建立了鉀同位素分析方法。
結(jié)果顯示，Neoma搭載的XHR可將分辨能提高到15000以上，可在熱等離子體條件下直接分離K和ArH。Neoma集成了iCAP Qnova系列ICP-MS的矩管和中心管設(shè)計，可降低基體效應(yīng)的影響，酸度匹配和基體元素的影響均低于其他已報道方法，δ41K短期穩(wěn)定性和長期重現(xiàn)性分別為0.06‰ (2SD) 和0.07‰(2SD)。
XHR模式測定K同位素
Neoma MS/MS配置下，向CRC中通入H2可消除Ar和ArH干擾，直接在低分辨模式測定K同位素，并使用microFAST裝置實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)-樣品信號自動匹配，使得K同位素測量的濃度差異耐受性達(dá)到30%。δ41K短期穩(wěn)定性和長期重現(xiàn)性與XHR方式一致，分別為0.07‰ (2SD) 和 0.08 ‰ (2SD)。
CRC-低分辨模式下測定K同位素
原文鏈接：Steady analyses of potassium stable isotopes using a Thermo Scientific Neoma MC-ICP-MS - Journal of Analytical Atomic Spectrometry (RSC Publishing) https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ja/d2ja00050d
Routine measurement of high-precision potassium stable isotope compositions using a continuous-flow Neoma MC-ICPMS/MS - Journal of Analytical Atomic Spectrometry (RSC Publishing)
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ja/d4ja00211c
應(yīng)用四：
單點剝蝕Rb-Sr原位定年識別多期次年齡
87Rb-87Sr是重要的同位素地質(zhì)定年的手段，但原位分析Rb-Sr年齡一直受限于同量異位素干擾（87Rb vs 87Sr）和比值精度（87Sr/86Sr）。Neoma MS/MS的全新特性完全解決了該應(yīng)用的技術(shù)難點：
1) Pre-filter模塊可消除激光剝蝕引起的基體及痕量雜質(zhì)干擾
2) CRC碰撞反應(yīng)池技術(shù)可通入SF6，將Sr轉(zhuǎn)化為SrF
3) 增強的質(zhì)量色散可完全同時接收m/z 85（85Rb）至107（87SrF），通過靜態(tài)接收確保87Sr/86Sr精度
緬因大學(xué)與賽默飛德國不萊梅工廠合作利用Neoma MS/MS對黑云母進(jìn)行了原位分析定年。緬因州西部黑云母單點Rb-Sr等時線數(shù)據(jù)分析表明，單點定年數(shù)據(jù)記錄了被傳統(tǒng)定年方法掩蓋的多期次歷史事件，為地質(zhì)年代學(xué)開辟了新的前沿，為評估巖脈內(nèi)部的非均一性，甚至在單晶體或微米尺度上創(chuàng)建詳細(xì)的Rb-Sr 年齡分布圖提供了可能。
原文鏈接：Single Spot Rb‐Sr Isochron Dating of Biotite by LA‐MC‐ICP‐MS/MS - Cruz‐Uribe - 2023 - Geostandards and Geoanalytical Research - Wiley Online Library
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ggr.12518
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