多接收锶同位素定量比值一次质谱分析方法技术

对锶同位素质谱分析进行了改进，在多接收质谱计中用四个接收器进行四次跳扫，第１次四个接收器接收的质量数依次为８４，８５，８６，８７，第２次为８５，８６，８７，８８，第３次为８６，８７，８８，８９，第４次为８６．５，８７．５，８８．５，８９．５，接收到的１６个信号用矩阵Ａｉｊ表示和已知量、待测量之间特有的关系，再利用单接收分析所得到的关系式，即可得到待测样品的同位素比值。本方法使锶同位素的比值和含量测量可以一次完成。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于同位素地质学，更具体地说是属于同位素地质年代学(isotope geochronology)。地球上的元素锶有四个同位素，即84Sr，86Sr·87Sr和88Sr，其丰度为0.56％，9.86％，7.00％和82.58％。其中部分87Sr是由87Rb的β蜕变反应产生的，其衰变常数为(1.42±0.05)×10-12年-1，所以自然界的87Sr的丰度是变化的，取决于Rb/Sr和年龄。84Sr/86Sr和88Sr/86Sr是恒定的，分别为0.056584和8.37521。通常都是以比值87Sr/86Sr来表示87Sr的相对丰度。所以，精确地测量岩石中的锶的各同位素含量及其比值就可以测定岩石的年龄。由于锶含量非常低，一般要用同位素稀释法来进行测量。如上所述，在锶的同位素地质年代学中，既要用稀释法测锶的含量，又要用非稀释法求87Sr/86Sr比值，进行两次完全相同的化学流程和质谱分析。能否直接从稀释分析结果中扣除稀释剂中的同位素86Sr、87Sr的干扰，准确计算出样品中的87Sr/86Sr比值，而省掉非稀释分析，从而大大提高科研效率，这是本专利的主要出发点。八十年代以前的同位素质谱计，只有一个接收器，一次同时只能测量一个同位素，即单个质量数的数据。本专利技术人曾对这种单接收质谱计的同位素稀释分析计算方法加以改进和推广，推导出了稀释分析同位素分馏校正公式，并将其编成一个质谱分析程序。不但可对稀释分析作同位素分馏校正，还可计算出所需要的天然同位素比，使一次稀释分析既能计算出同位素含量，又可算出非稀释的同位素比值。用此稀释分析程序去处理非稀释分析，称之为虚稀释分析，还可提高非稀释分析数据的精确度和准确度。八十年代以来，国际上两大著名质谱公司所生产的多接收同位素质谱计，可一次同时测量多个同位素，因而对天然锶同位素分析获得极高的精确度和准确度，但对锶的同位素稀释分析却改进不大，更不能对上述锶的两种分析合起来一次完成。这使不少具有现代化质谱计的实验室仍采用比较原始的分析方法，以分别测量锶的比值和含量。本专利技术的目的就是改进锶的同位素分析方法和仪器，提供一种把锶的比值和含量测定合起来一次完成的方法和仪器。本专利技术人在仔细分析锶的多接收质谱图的基础上，提出一种全新的多接收跳扫同位素质谱分析方法和仪器，即使用一台多接收同位素质谱计，用四个接收器C(j)，j＝1，2，3，4；每两个相邻的接收器C(j)与C(j+1)接收的质量差为一个质量单位；以C(3)作为主接收器，以便其完成一次质量数从86到88.5的四次跳扫，其顺序为ti；其中i＝1，2.3，4；以此作为一个扫描周期。所得到的多接收谱是16个接收器上的电压信号aij。可以借用一个4×4的矩阵Aij来表示，其中的j是接收器的编号顺序，i是跳扫的时间顺序；这个距阵Aij中的元素aij等于第j个接收器C(j)的离子流强度I乘接收器的增益G(j)，再乘以ti这一采样时间内离子流的涨落F(ti)，即.a11＝84I·G(1)·F(t1)a21＝85I·G(1)·F(t2)a31＝86I·G(1)·F(t3)a41＝86.5I·G(1)·F(t4)a12＝85I·G(2)·F(t1)a22＝86I·G(2)·F(t2)a32＝87I·G(2)·F(t3)a42＝87.5I·G(2)·F(t4)a13＝86I·G(3)·F(t1)a23＝87I·G(3)·F(t2)a33＝88I·G(3)·F(t3)a43＝88.5I·G(3)·F(t4)a14＝87I·G(4)·F(t1)a24＝88I·G(4)·F(t2)a34＝89I·G(4)·F(t3)a44＝89.5I·G(4)·F(t4)适当选择矩阵元进行组合，并经过简单运算，消除相同的因子，就可得到(a11·a33)/(a13·a31)＝84I·88I/(86I·86I)＝(84Sr/86Sr)m·(88Sr/86Sr)m(1)这里m表示是测量值。根据同位素标准化计算方法可知若 (88Sr/86Sr)n＝(88Sr/86Sr)m/(1+2α)贝 (84Sr/86Sr)n＝(84Sr/86Sr)m·(1+2α)即(88Sr/86Sr)m＝(88Sr/86Sr)n·(1+2α) (2)(84Sr/86Sr)m＝(84Sr/86Sr)n/(1+2α)(3)这里的n表示是标准化值，其中α为单位质量同位素的分馏因子。将(2)、(3)式代入(1)式得到(84Sr/86Sr)n·(88Sr/86Sr)n＝(a11·a33)/(a13·a31) (4)这里的(84Sr/86Sr)n和(88Sr/36Sr)n正是所要求的经过同位素分馏校正过的标准化值。而这两个标准化值用传统的方法，需经过几个步骤繁琐的计算才能求得。这些计算包括①求出α值；②建立同位素分馏校正公式，并做标准化计算，以克服同位素分馏；③在求离子流强度比时，还要设法消除不同接收器之间增益的差别。同样，用此Aij还可以得到两个87Sr/86Sr的方程[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]1＝(a14·a23)/(a13·a24) (5)[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]2＝(a23·a32)/(a22·a33) (6)对于稀释分析，方程(4)、(5)、(6)既不能单独求解，也不能联立求解，将方程(4)与文献1(Boelrijk，N.A.I.M.，“A general formula for“Double”isotope dillutionanalysis”，Chemical Geology，3(1968)323-325)中提出的双稀释公式联立，即引入(S1-D1)/(D1-N1)＝(S2-D2)/(D2-N2)，其中N1、N2是已知量，分别相当于样品中天然锶的84Sr/86Sr和88Sr/86Sr，S1、S2也是已知量，分别相当于人工同位素稀释剂中的84Sr/86Sr和88Sr/86Sr，而D1、D2则分别相当于本专利技术公式(4)中的(84Sr/86Sr)n和(88Sr/86Sr)n。可以先求解方程(4)，得到(84Sr/86Sr)n和(88Sr/86Sr)n这两个比值。再假设(88Sr/86Sr)n＝K (7)再将(7)式分别与(5)、(6)联立，并引用专利技术人已发表的文献2(“稀释分析的同位素分馏校正—一个新的同位素标准化程序”，《中国科学》，A辑，1987年第6期，666-672页)中的公式(2)，即Ni＝Mi+(Mi-Si)·(N1-M1)/(M1-S1)，(8)其中Ni、Mi分别相当于对稀释剂干扰校正前后的(87Sr/86Sr)n，Si相当于稀释剂中的87Sr/86Sr，N1、S1、M1分别相当于天然的、稀释剂的及混合的84Sr/86Sr。用以校正稀释剂的干扰，便可分别得到待测样品中两个(87Sr/86Sr)的比值[(87Sr/86Sr)n]1＝/(a14·a23)·K/(a13·a24)(9)[(87Sr/86Sr)n]2＝/(a23·a32)·K/(a22·a33)(10)在同一个扫描周期内测得两个87Sr/86Sr比值，这是本专利技术方法的一个重要特点，也是本专利技术方法测量速度快、精确度高的一个主要原因(见表1的分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多接收锶同位素定量比值一次质谱分析的方法，使用至少４个接收器的多接收质谱计，其特征是４个接收器Ｃ（１），Ｃ（２），Ｃ（３）和Ｃ（４）之中，Ｃ（ｊ）比Ｃ（ｊ＋１）所接收的质量数小１质量单位；用４个接收器进行４次跳扫描测量，第１次４个接收器所接收的质量数依次为８４，８５，８６和８７，第２次依次为８５，８６，８７和８８，第３次依次为８６，８７，８８和８９，第４次依次为８６．５，８７．５，８８．５，８９．５；完成４次跳扫描构成一个完整的测量周期，每个测量周期所测量到的１６个电压信号以ａ↓［ｉｊ］表示，其中ｊ是接收器的顺序数，ｉ是跳扫描的顺序数，其中第４次所测量的半质量数的电压信号是为消除本底使用的；使用的待测样品和锶的人工同位素稀释剂混合，稀释剂的［８４］↑Ｓｒ／［８６］↑Ｓｒ＝Ｓ↓［１］，［８８］↑Ｓｒ／［８ ６］↑Ｓｒ＝Ｓ↓［２］和［８７］↑Ｓｒ／［８６］↑Ｓｒ＝Ｓ↓［ｉ］为已知，天然锶同位素的［８４］↑Ｓｒ／［８６］↑Ｓｒ＝Ｎ↓［１］，［８８］↑Ｓｒ／［８６］↑Ｓｒ＝Ｎ↓［２］是恒定的，样品和稀释剂混合后（未经对稀释剂样正的）的［８７］↑Ｓｒ／［８６］↑Ｓｒ＝Ｎ↓［ｉ］，［８４］↑Ｓｒ／［８６］↑Ｓｒ＝Ｍ↓［１］，利用关系式：（［８４］↑Ｓｒ／［８６］↑Ｓｒ）↓［ｎ］.（［８８］↑Ｓｒ／［８６］↑Ｓｒ）↓［ｎ］＝.（ａ↓［１１］.ａ↓［３３］）／（ａ↓［１３］.ａ↓［３ １］）；［（［８７］↑Ｓｒ／［８６］↑Ｓｒ）↓［ｎ］.（［８７］↑Ｓｒ／［８８］↑Ｓｒ）↓［ｎ］］↓［１］＝（ａ↓［１４］.ａ↓［２３］）／（ａ↓［１３］.ａ↓［２４］）；［（［８７］↑Ｓｒ／［８６］↑Ｓｒ）↓［ｎ］.（［８７］ ↑Ｓｒ／［８８］↑Ｓｒ）↓［ｎ］］↓［２］＝（ａ↓［２３］.ａ↓［３２］）／（ａ↓［２２］.ａ↓［３３］）；［Ｓ↓［１］－（［８４］↑Ｓｒ／［８６］↑Ｓｒ）↓［ｎ］］／［（［８４］↑Ｓｒ／［８６］↑Ｓｒ）↓［ｎ］－Ｎ↓［１］］＝ ［Ｓ↓［２］－（［８８］↑Ｓｒ／［８６］↑Ｓｒ）↓［ｎ］］／［（［８８］↑Ｓｒ／［８６］↑Ｓｒ）↓［ｎ］－Ｎ↓［２］］；Ｎ↓［ｉ］＝（［８７］↑Ｓｒ／［８６］↑Ｓｒ）↓［ｎ］＋｛［（［８７］↑Ｓｒ／［８６］↑Ｓｒ）↓［ｎ］－Ｓ↓［１ ］］.（Ｎ↓［１］－Ｍ↓［１］）／（Ｍ↓［１］－Ｓ↓［１］）｝可在一个扫描周期内测得２个相同岩石样中的（↑［８７］Ｓｒ／↑［８６］Ｓｒ）↓...

【技术特征摘要】
1.一种多接收锶同位素定量比值一次质谱分析的方法，使用至少4个接收器的多接收质谱计，其特征是4个接收器C(1)，C(2)，C(3)和C(4)之中，C(j)比C(j+1)所接收的质量数小1质量单位；用4个接收器进行4次跳扫描测量，第1次4个接收器所接收的质量数依次为84，85，86和87，第2次依次为85，86，87和88，第3次依次为86，87，88和89，第4次依次为86.5，87.5，88.5，89.5；完成4次跳扫描构成一个完整的测量周期，每个测量周期所测量到的16个电压信号以aij表示，其中j是接收器的顺序数，i是跳扫描的顺序数，其中第4次所测量的半质量数的电压信号是为消除本底使用的；使用的待测样品和锶的人工同位素稀释剂混合，稀释剂的84Sr/86Sr＝S1，88Sr/86Sr＝S2和87Sr/86Sr＝Si为已知，天然锶同位素的84Sr/86Sr＝N1，88Sr/86Sr＝N2是恒定的，样品和稀释剂混合后(未经对稀释剂样正的)的87Sr/86Sr＝Ni，84Sr/86Sr＝M1，利用关系式(84Sr/86Sr)n·(88Sr/86Sr)n＝．(a11·a33)/(a13·a31)；[(87Sr/86Sr)n...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔广生，
申请(专利权)人：中国科学院地质研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]