一种老地层碳酸盐岩硼同位素分析方法技术

本发明专利技术提供了一种老地层碳酸盐岩硼同位素分析方法，属于同位素检测领域。本发明专利技术提供了一种基于分相溶解的老地层碳酸盐岩硼同位素分析方法，老地层碳酸盐岩经除去表层吸附，实现了碳酸盐相的分离，避免了老地层碳酸盐岩中粘土等杂质对检测结果的影响，离子交换处理时调节pH值为5.0～6.0避免了金属阳离子产生沉淀造成硼的吸附和同位素的分馏。本方法的应用为恢复地质时期海水的硼同位素组成提供了方向。

【技术实现步骤摘要】
一种老地层碳酸盐岩硼同位素分析方法
本专利技术涉及同位素测试领域，尤其涉及一种老地层碳酸盐岩硼同位素分析方法。
技术介绍
硼是不相容元素，主要存在于水圈及上地壳沉积岩系中，海相沉积物、大洋热液蚀变玄武岩及海水是其主要载体。硼没有价态的变化，广泛参与各种生物、化学和物理过程。硼在水中的溶解度很大，海水和河水中硼的浓度远未达到硼酸盐的饱和度，只有在强烈蒸发的环境和热液活动过程中，才能以硼酸盐的形式沉淀出来。海洋中硼的输入主要来自河水和海底热液活动等；硼的输出途径主要为洋壳的蚀变，沉积物吸收和碳酸盐共沉淀等，其中碳酸盐是海水硼很重要的输出方式，大约占总输出的20％。硼在水体中主要以硼酸B(OH)3(平面三角结构)和硼酸根离子B(OH)4-(四面体结构)的形式存在，二者的相对含量受水体pH值控制。硼在固相岩石和矿物中主要以B(OH)4-的形式存在，而在水溶液中主要以B(OH)3形式存在，因此在固-液相互作用过程中，10B总是优先进入固相，11B优先进入液相，造成海水和蒸发岩的δ11B值相对较高。从晶体化学理论角度讲，B(OH)4-和B(OH)3的半径均与CO32-相近，二者均可以通过类质同象形式进入碳酸盐晶格。无机碳酸盐沉淀以及有孔虫培养实验结果表明较高的δ11B通常对应于较高的pH值。因此，现阶段大多数学者都认为碳酸盐形成过程中海水中的硼主要以B(OH)4-形式进入碳酸盐晶格，该过程不产生明显的硼同位素分馏，因此海洋沉积碳酸盐的硼同位素组成能够反映海水中B(OH)4-的硼同位素组成，即δ11BCaCO3＝δ11B4。海水是硼的主要汇集地，其硼质量浓度约为4.5mg/L，现代海水的δ11B较为稳定，为+39.5±1.0‰，由于硼在海洋中具有长的驻留时间(14～20Ma)，因此认为海水的δ11B值至少在20Ma来稳定在+39.5‰。近现代海水的硼同位素组成稳定，海洋沉积碳酸盐的硼同位素组成取决于海水中B(OH)4-的硼同位素组成，而B(OH)4-的硼同位素组成是海水pH值的函数，因此可利用海洋沉积碳酸盐的硼同位素组成有效示踪近现代海水pH值，进而估算与海水平衡的大气CO2浓度变化。然而对于地球早期海水和海相碳酸盐岩的δ11B、海水pH值和大气CO2浓度的报道屈指可数。基于前人(Lemarchand、Simon、Paris和Kasemann等)的研究，我们有理由认为地球早期的海水的硼同位素组成与现代大不相同，然而由于缺乏直接的数据，很多研究仍使用现代海洋和海相沉积碳酸盐的δ11B值代替地球早期海水和海相碳酸盐岩的δ11B值，以此来判断海相或是非海相沉积环境，得出的结论必是有待商榷的，需要引起重视。海水的硼同位素分析困难主要在于碳酸盐中的硼含量很低(<1ppm)，老地层海相碳酸盐岩还有可能经历过成岩重结晶作用，不仅硼含量低，而且还含有相当量的杂质元素，如Ca、Al、Mg、Mn、Fe等。一般用硼特效树脂纯化浓缩硼，需要将碳酸盐样品酸解液的pH值调至≥～6。对于成岩重结晶碳酸盐岩酸解后调pH值，由于金属阳离子Al3+、Fe3+、Mn2+的存在会产生大量沉淀。已有研究表明，共沉淀过程和吸附作用均会带走水体里的硼，并会造成显著的硼同位素分馏。因此，不能将上述过程中杂质离子的沉淀物简单地丢弃，这将会造成大量的硼损失和硼同位素分馏。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种老地层碳酸盐岩硼同位素分析方法。本专利技术提供一种基于分相溶解的老地层碳酸盐岩硼同位素分析方法，老地层碳酸盐岩经除去表层吸附，实现了碳酸盐相的分离，避免了老地层碳酸盐岩中粘土等杂质对检测结果的影响，离子交换处理时调节pH值为5.0～6.0避免了金属阳离子产生沉淀造成硼的吸附和同位素的分馏。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种老地层碳酸盐岩硼同位素分析方法，包括以下步骤：(1)将老地层碳酸盐岩与NH4Ac溶液和H2O2混合除去表层吸附，得到固体产物；(2)将所述步骤(1)得到的固体产物与硝酸混合发生复分解反应，得到碳酸盐相；(3)调节所述步骤(2)得到的碳酸盐相的pH值至5.0～6.0后进行离子交换树脂处理，得到洗脱液，所述离子交换树脂处理的条件为：采用PFA离子交换树脂柱，填充硼特效树脂AmberliteIRA743；(4)将所述步骤(3)得到的洗脱液进行硼同位素质谱测定。优选地，所述步骤(1)中老地层碳酸盐岩的粒径大于200目。优选地，所述步骤(1)中老地层碳酸盐岩的质量与NH4Ac溶液的体积比为2g:40～50mL，所述NH4Ac溶液的浓度为1mol/L。优选地，所述步骤(1)中除去表层吸附后得到的上清液以及固体产物水洗得到的液体产物构成吸附相。优选地，所述步骤(2)中复分解反应后还包括将复分解反应产物依次经离心、水洗和过滤，得到碳酸盐相。优选地，所述过滤使用0.45μm的尼龙滤膜。优选地，所述步骤(2)中硝酸分步加入。优选地，所述步骤(3)中硼特效树脂AmberliteIRA743的粒径为60～80目。优选地，所述步骤(4)中硼同位素质谱测定的参数为：RF功率1280W，冷却气16L/min，辅助气0.8L/min，载气1.0L/min。优选地，所述步骤(4)中硼同位素质谱测定在ThermoNeptune型MC-ICP-MS中进行。本专利技术提供了一种老地层碳酸盐岩硼同位素分析方法，包括以下步骤：将老地层碳酸盐岩与NH4Ac溶液和H2O2混合除去表层吸附，得到固体产物；将固体产物与硝酸混合发生复分解反应，得到碳酸盐相；调节所述碳酸盐相的pH值至5.0～6.0后进行离子交换树脂处理，得到洗脱液，所述离子交换树脂处理的条件为：采用PFA离子交换树脂柱，填充硼特效树脂AmberliteIRA743；将洗脱液进行硼同位素质谱测定。本专利技术提供了一种基于分相溶解的老地层碳酸盐岩硼同位素分析方法，老地层碳酸盐岩经除去表层吸附，实现了碳酸盐相的分离，避免了老地层碳酸盐岩中粘土等杂质对检测结果的影响，离子交换处理时调节pH值为5.0～6.0避免了金属阳离子产生沉淀造成硼的吸附和同位素的分馏，本方法的应用为恢复地质时期海水的硼同位素组成提供了方向。具体实施方式本专利技术提供了一种老地层碳酸盐岩硼同位素分析方法，包括以下步骤：(1)将老地层碳酸盐岩与NH4Ac溶液和H2O2混合除去表层吸附，得到固体产物；(2)将所述步骤(1)得到的固体产物与硝酸混合发生复分解反应，得到碳酸盐相；(3)调节所述步骤(2)得到的碳酸盐相的pH值至5.0～6.0后进行离子交换树脂处理，得到洗脱液，所述离子交换树脂处理的条件为：采用PFA离子交换树脂柱，填充硼特效树脂AmberliteIRA743；(4)将所述步骤(3)得到的洗脱液进行硼同位素质谱测定。本专利技术将老地层碳酸盐岩与NH4Ac溶液和H2O2混合除去表层吸附，得到固体产物。在本专利技术中，所述老地层碳酸盐岩优选为前寒武纪的，更优选为奥陶纪、泥盆纪或石炭纪地层的老地层碳酸盐岩。在本专利技术中，所述碳酸盐岩包括灰岩、白云岩、白云质灰岩、泥质白云岩各类以方解石、白云石为主的岩石。在本专利技术中，所述老地层碳酸盐岩的粒径优选大于200目。在本专利技术中，所述老地层碳酸盐岩优选依次经过手标本挑选和表面净化处理。本专利技术对所述手标本挑选和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种老地层碳酸盐岩硼同位素分析方法，包括以下步骤：(1)将老地层碳酸盐岩与NH4Ac溶液和H2O2混合除去表层吸附，得到固体产物；(2)将所述步骤(1)得到的固体产物与硝酸混合发生复分解反应，得到碳酸盐相；(3)调节所述步骤(2)得到的碳酸盐相的pH值至5.0～6.0后进行离子交换树脂处理，得到洗脱液，所述离子交换树脂处理的条件包括：采用PFA离子交换树脂柱，填充硼特效树脂Amberlite IRA743；(4)将所述步骤(3)得到的洗脱液进行硼同位素质谱测定。

【技术特征摘要】
1.一种老地层碳酸盐岩硼同位素分析方法，包括以下步骤：(1)将老地层碳酸盐岩与NH4Ac溶液和H2O2混合除去表层吸附，得到固体产物；(2)将所述步骤(1)得到的固体产物与硝酸混合发生复分解反应，得到碳酸盐相；(3)调节所述步骤(2)得到的碳酸盐相的pH值至5.0～6.0后进行离子交换树脂处理，得到洗脱液，所述离子交换树脂处理的条件包括：采用PFA离子交换树脂柱，填充硼特效树脂AmberliteIRA743；(4)将所述步骤(3)得到的洗脱液进行硼同位素质谱测定。2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤(1)中老地层碳酸盐岩的粒径为大于200目。3.根据权利要求1或2所述的分析方法，其特征在于，所述步骤(1)中老地层碳酸盐岩的质量与NH4Ac溶液的体积比为2g:40～50mL，所述NH4Ac溶液的浓度为1mol/L。4.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤(1)中除...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵悦，李延河，侯可军，
申请(专利权)人：中国地质科学院矿产资源研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11