高Rb/Sr样品中Sr同位素分离富集方法研究

摘要

锶同位素在沉积学、层序地层学、环境地质学、矿床学、水文地质学等领域的研究中发挥了重要作用。在利用MC-ICP-MS和TIMS测定地质样品中Sr同位素组成时，由于样品基体成分复杂，仪器测定过程中容易引起基体效应，严重干扰Sr同位素的测定。87Rb与87Sr是同质异位素，在质谱分析中87Rb会干扰878r的测定，因而不但要对样品中的基体元素进行分离，还要对样品中的Rb和Sr进行分离。
　　一般Rb和Sr分离采用阳离子交换树脂法，需消耗大量试剂和耗费较长时间，其效率低。对于高Rb/Sr样品，通常一次色谱分离并不能够把Rb和Sr完全分离，还要进行二次分离，甚至更多次分离，需要大量淋洗液和更多时间，因而样品前化学处理严重制约着样品中Sr同位素准确快速测定。缩短Sr同位素分离及分析流程，提高Sr同位素分析精准度，正成为锶同位素研究工作的重点。
　　本论文提出了一种新的分离富集样品中Sr同位素的方法，特别是针对高Rb/Sr的样品。对于高Rb/Sr的样品，首先对预处理后的样品进行Fe(OH)3共沉淀分离，去除大部分Rb和部分基体元素，再利用自制的全自动固体同位素离子交换分离装置对Sr同位素进行进一步富集。本实验方法可以节省大量时间，减少试剂消耗。
　　本论文实验方法研究内容主要分为以下三部分:
　　首先，根据高Rb/Sr样品中Rb、Sr的量，找出配制高Rb/Sr溶液中最佳Rb、Sr加入量，并以此配制了Rb/Sr为10的溶液。利用Fe(OH)3共沉淀对高Rb/Sr的溶液进行Rb和Sr的分离，探讨了共沉淀吸附分离过程中最佳的pH条件和Fe加入量。实验结果表明:当pH=10和共沉淀Fe的加入量大于3.0mg时，Fe(OH)3共沉淀对Rb和Sr的分离效果达到最佳。Fe(OH)3共沉淀对Sr的吸附率能够达到99％左右，而对Rb的去除率可以达到97％～99％。
　　其次，本论文介绍了自制的全自动固体同位素离子交换分离装置的构成部分和工作原理，对此装置的性能进行了探讨。结果表明:本套装置注射精度较高，流路系统性能稳定性可靠，具有一定的可行性和良好的性能优势。
　　为了探讨Fe(OH)3共沉淀分离对Ca、Mg离子的分离效果，以国家地质一级标准岩石样品GBW07106进行共沉淀分离，并在该岩石标样品预处理后加入Rb/Sr为10的溶液，模拟成Rb/Sr为10的样品溶液。结果表明:Mg和Ca并未留在上层清液中，而是进入Fe(OH)3沉淀中，可能是由于Mg、Ca、Sr在同一主族，性质相似，也被Fe(OH)3共沉淀吸附，共沉淀过程未能达到去除Ca、Mg的效果。
　　该岩石标样共沉淀分离后的沉淀经过处理，用全自动固体同位素离子交换分离装置进行分离，讨论了该装置分离基体元素及Rb和Sr的性能，同时探讨了不同淋洗液淋洗Rb和Sr的曲线，确定了Rb和Sr分离的最佳盐酸淋洗浓度为2.5mol/L。
　　按本论文提出的方法分离富集岩石标样中Sr的回收率为91.9％。同时探讨了方法的精密度，RSD为1.2％，方法的流程空白介于0.009ng～0.06ng之间。
　　最后，本论文主要针对的是高Rb/Sr样品，选用一个国际玄武岩标样BCR-2，通过加入纯化后的Rb，形成高Rb/Sr样品来进行方法的可靠性验证。并采用国际标准样品NBS987来监测质谱仪的稳定性，结果表明其87Sr/86Sr测定值为0.710256±0.000017(2σ)，与标准值在误差范围内是基本一致的，国际标样BCR-2的测定值为0.705011±0.000008(2σ，n=50)，理论推荐值为0.70500～0.70510，也在其推荐值误差范围内是一致的。结果表明:按本实验方法进行高Rb/Sr样品中Sr同位素分离纯化是可行的，分析结果可靠。

目录

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摘要

第1章 引言

1．1 选题依据及意义

1．2 研究现状与存在问题

1．3 本文主要研究内容

第2章 Fe(OH)3共沉淀分离Rb和Sr

2．1 样品和试剂

2．2 设备及仪器

2．3 实验流程

2．4 结果与讨论

2．4．1 pH值对共沉淀的影响

2．4．2 Fe加入量对共沉淀的影响

2．5 小结

第3章 模拟高Rb／Sr样品中Sr的分离富集

3．1 样品和试剂

3．2 设备及仪器

3．3 全自动固体同位素离子交换分离装置

3．3．1 离子交换原理

3．3．2 装置简介

3．3．3 装置工作原理

3．3．4 装置的性能

3．4 岩石标准样品的共沉淀分离

3．4．1 岩石标准样品的溶解

3．4．2 共沉淀分离过程

3．4．3 分析测试

3．4．4 结果与讨论

3．5 沉淀中Sr的分离富集

3．5．1 沉淀处理

3．5．2 离子交换柱分离

3．6 结果与讨论

3．6．1 不同淋洗液对Rb和Sr分离的影响

3．6．2 Sr的回收率和方法精密度

3．6．3 流程空白

3．7 小结

第4章 BCR-2标准物质Sr同位素的测定

4．1 样品和试剂

4．2 设备及仪器

4．3 样品处理

4．3．1 样品消解

4．3．2 Sr分离富集

4．4 质谱测试

4．5 结果与讨论

4．5．1 质谱干扰分析

4．5．2 国际标样NBS 987的测定结果

4．5．3 方法的可靠性

4．6 小结

第5章 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术研究成果