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地質(zhì)地球所研究提出基于TODGA樹脂的W同位素化學(xué)分離方法
2020年10月23日 11:12:29
來源：地質(zhì)與地球物理研究所 點(diǎn)擊量：4177
中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所科技平臺(tái)系統(tǒng)研究員儲(chǔ)著銀及其合作者利用Ti、W、Zr-Hf在TODGA樹脂柱上保留行為差異較大的特征，提出采用TODGA樹脂柱進(jìn)行Ti、W、Zr-Hf分離的方法。研究人員采用陰離子交換柱，將Ti-Zr-Hf-W作為一個(gè)整體與樣品基體元素分離；采用TODGA樹脂分離Ti、W、Zr-Hf。
【化工儀器網(wǎng) 科技前沿】W同位素是開展地球早期演化和核幔相互作用研究的重要工具，近年來已獲重要研究進(jìn)展。但是，開展地球樣品的W同位素示蹤研究具有挑戰(zhàn)性，對(duì)分析技術(shù)有較高要求，其原因是地球樣品的W同位素變化范圍小，只有獲取極高的W同位素比值測(cè)定精度，才能識(shí)別出不同樣品W同位素比值的微小差異，一般要求182W/184W分析精度達(dá)到< 5ppm(2RSD)。然而，適用于開展W同位素研究的幔源巖石(如玄武巖)W含量較低，通常僅為幾十至幾百個(gè)ppb量級(jí)，因此，需采用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)分離技術(shù)，從較大量(> 1 g)的幔源巖石樣品中分離出足夠量的高純度W(> 0.5 μg)，從而滿足多接收器等離子體質(zhì)譜(MC-ICP-MS)或負(fù)離子熱電離質(zhì)譜(NTIMS)進(jìn)行超高精度W同位素測(cè)試的需要，其中，NTIMS技術(shù)對(duì)W的純度要求更高。
傳統(tǒng)W純化方法主要采用陰離子或陽(yáng)離子交換樹脂法，利用W在含氫氟酸的介質(zhì)中形成氟絡(luò)陰離子的特性，實(shí)現(xiàn)W與基體元素的分離。但是，由于Ti、Zr、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素在含氫氟酸的介質(zhì)中也能形成氟絡(luò)陰離子，因此，采用傳統(tǒng)的離子交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)W與Ti、Zr、Hf等高場(chǎng)強(qiáng)元素的完全分離存在較大難度。此外，Ti在幔源巖石如玄武巖中為主量元素，含量較高，樣品Ti/W比通常大于105，因此，實(shí)現(xiàn)Ti-W的完全分離具有挑戰(zhàn)性。然而，無論采用MC-ICP-MS或NTIMS，尤其是NTIMS，Ti-W的徹底分離是高精度W同位素分析的先決條件。采用傳統(tǒng)離子交換樹脂法，一般需要進(jìn)行3次甚至4次柱色譜分離；分離過程中，需要在解析W之前，采用大體積(> 100 mL)的含有醋酸或檸檬酸的淋洗液洗脫Ti，其耗時(shí)費(fèi)力，且不利于降低流程本底。
針對(duì)上述問題，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所科技平臺(tái)系統(tǒng)研究員儲(chǔ)著銀及其合作者利用Ti、W、Zr-Hf在TODGA樹脂柱上保留行為差異較大的特征，提出采用TODGA樹脂柱進(jìn)行Ti、W、Zr-Hf分離的方法。研究人員采用陰離子交換柱，將Ti-Zr-Hf-W作為一個(gè)整體與樣品基體元素分離；采用TODGA樹脂分離Ti、W、Zr-Hf。由于Ti在TODGA樹脂上保留較弱，因此，僅需采用TODGA樹脂小交換柱(0.6 mL)，即可實(shí)現(xiàn)Ti、W、Zr-Hf的完全分離。在采用8M HCl-0.01M HF將Ti-Zr-Hf-W上柱之后，僅需10 mL 3M HNO3-0.01M HF即可完全洗脫Ti，隨后采用15 mL 3M HNO3-5% H2O2洗脫W(圖1)。必要時(shí)(>1g樣品)，進(jìn)一步采用TODGA樹脂微柱(0.3 mL)，快速二次純化W餾分。實(shí)際玄武巖標(biāo)樣N-TIMS分析結(jié)果表明(圖2)，該快速分離流程可滿足超高精度W同位素分析的要求。相比于傳統(tǒng)的多柱組合陰、陽(yáng)離子交換樹脂Ti、W、Zr-Hf分離方法，TODGA樹脂法具有分離效果好、分離速度快、淋洗劑用量小、樣品承載量大的優(yōu)點(diǎn)。
相關(guān)研究成果以A chromatographic method for separation of tungsten(W)from silicate samples for high-precision isotope analysis using negative thermal ionization mass spectrometry為題，發(fā)表在Analytical Chemistry上。
圖2.NIST3163 W溶液標(biāo)樣及USGS BHVO-2、GSJ JB-3玄武巖標(biāo)樣W同位素測(cè)定結(jié)果。文獻(xiàn)數(shù)據(jù)：1.Mei et al. 2018，JAAS；2. Kruijer et al. 2018，CG；3.Peters et al. 2019，GGR
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