离子交换树脂在Sr-Nd同位素测定中的应用

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1、离子交换树脂在地质样品Sr-Nd同位素测定中的应用刘文刚注：本文为国家重点基础研究发展计划“973”项目（编号 2015CB453000）、中国地质调查局地质调查项目（编号 12120115013501）联合资助成果。作者简介：刘文刚，男，1988生。助理工程师，主要从事Rb-Sr和Sm-Nd同位素测试。Email：liuwg1988 。，刘卉，李国占，周红英，肖志斌，涂家润，李惠民中国地质调查局天津地质矿产研究所，天津，300170；The Application of Ion Exchange Resins in Geological Samples for Sr-Nd Isotopic

2、AssayLIU Wengang, LIU Hui, LI Guozhan, ZHOU Hongying, XIAO Zhibin, TU Jiarun, LI HuiminTianjin Institute of Geology and Mineral Resource，China Geological Survey，Tianjin，300170，China内容提要：Rb-Sr和Sm-Nd同位素测年及同位素示踪方法在同位素地质年代学和同位素地球化学中有非常广泛的应用。目前，Rb-Sr和Sm-Nd同位素质谱测试方法通常需要对Rb-Sr和Sm-Nd进行分离纯化，因此，如何对地质样品中的Rb、Sr

3、、Sm和Nd进行分离富集对测试结果准确与否起到至关重要的作用。离子交换分离法是Sr-Nd同位素化学前处理阶段应用最广泛的分离方法，本文结合笔者近几年的研究工作，系统介绍离子交换树脂在Sr-Nd同位素测试中应用的发展过程和现状，重点介绍几类使用率较高的离子交换树脂（Dowex50W树脂、AG50W树脂、锶特效树脂、LN树脂、P507树脂等）的优缺点，以及各自的萃取反应机理，探索和讨论未来离子交换树脂在Sr-Nd同位素测试中应用的发展趋势。关键词：地质样品；Rb-Sr, Sm-Nd； 分离；离子交换树脂AbstractRb-Sr and Sm-Nd isotopic dating and isot

4、opic tracer method are widely applied in both isotopic geochronology and isotope geochemistry. At present, it is necessary to isolate and purificate Rb-Sr and Sm-Nd for the analysis of Rb-Sr and Sm-Nd by isotope mass spectrometry. Therefore how to isolate and enrich Rb, Sr, Sm and Nd in geological s

5、amples plays an important role in improving the accuracy of the analysis results. Ion exchange separation method is most widely used in the pre-processing stages of isotope chemistry. Combining with the authors research work in recent years, the development and status of ion exchange separation meth

6、od applied in isotope analysis was introduced systematically in this paper. In particular, we focus on describing not only the strengths and weaknesses of some kinds of ion exchange resins(Dowex50W resin; AG50W resin; Strontium spec resin; Ln Spec resin; P507 resin) which were used frequently, but a

7、lso the respective extraction mechanisms.At last, the development trend of ion exchange resin applied in Sr-Nd isotope analysis was put forward as well.Key words: geological samples； Rb-Sr, Sm-Nd； separation； ion exchange resinRb-Sr和Sm-Nd同位素体系中放射性同位素衰变的规律被广泛应用于地球化学领域，是重要的同位素定年和同位素示踪方法。由于地质样品的Rb-Sr和S

8、m-Nd同位素测定的前期化学分离流程相似，因而常被人们放在一起进行研究。Rb-Sr和Sm-Nd同位素体系在上世纪60年代以后相继得到了广泛应用，近些年随着质谱分析技术的不断完善，测试结果的精度和准确度也得到了大大提升，成为应用最为广泛的同位素体系U- Pb、K- Ar、Rb- Sr、Sm- Nd、Re- Os、(U- Th)/He等之一(Wu Fuyuan et al., 1999; Zhang zongqing et al., 1999; Shen Baofeng et al., 2005; Li Zhaoli et al., 2008; Chen Wen et al., 2011; Li

9、Yanguang et al., 2015; Sun Yan et al., 2015; Yin Xiaoyan et al., 2015; Zhang Peng et al., 2015; Wang Ran et al., 2016; Yu Rengan et al., 2016)。国内外科研工作者对地质样品的Rb-Sr和Sm-Nd同位素测定开展了很多有意义的工作，就分析方法而言主要有两种形式，第一种方式是传统分析方式,即将样品粉碎溶解进行前期化学分离，然后进行质谱测定，该方法适用范围较为宽泛，无论是全岩样品还是单矿物样品均能取得较好的测试结果，是目前最为主流和常用的测试方法。另一种方法是近

10、些年兴起的微区测定技术，其代表是与应用较广泛的锆石微区原位U-Pb同位素定年 (Fryer et al., 1993; Li Huimin et al., 2007; Cocherie et al., 2008; Hou Kejun et al., 2009; Zhou Hongying et al., 2012; Cui Yurong et al., 2013)、Hf 同位素测定(Xie Liewen et al., 2008; Geng Jianzhen et al., 2011)相类似的Rb-Sr和Sm-Nd微区测定(Duan Ruichang et al., 2009; Zhu Xiy

11、an et al., 2010; Hou Kejun et al., 2013)。有别于传统分析方法，微区测定技术能更直观地揭示样品内部的不均一性，为地质解释提供更全面的支持。目前常用的微区测定技术又分为两种，其中一种采用微钻技术取样，然后采用传统分析方法进行测定，另一种为原位激光剥蚀等离子体技术( LA-ICP-MS)。但是微区测定技术在Rb-Sr和Sm-Nd体系的应用对样品选择方面要求较为苛刻，作为一种新兴方法仍有待进一步研究，故本文中不做过多说明。传统的Rb-Sr和Sm-Nd同位素测定的测试仪器主要以热电离质谱仪（以下简称TIMS）和多接收等离子体质谱仪（以下简称MC-ICP-MS）为主

12、。两种仪器在测试方面各有所长，但共同点为均需要对地质样品进行前期的化学分离。前期化学分离是精确测定同位素比值的关键。由于受到地质样品成分复杂且往往取样量较少（例如单矿物或者某些珍贵的陨石等）的限制，离子交换树脂成为前期化学分离不二的选择。近些年来，国内外研究学者先后报道了应用于Rb-Sr和Sm-Nd同位素化学分离(Wade et al., 1961; Zhang Qichun et al., 1986; Ye Xiaojiang et al., 1990; Griselin et al., 2001; Li Qiuli et al., 2006; Li Chaofeng et al., 200

13、7; Chu Zhuyin et al., 2009) 的多种离子交换树脂，并取得了很好的分离效果。笔者基于多年学习和工作所累积的经验，在本文中总结几种对于Rb-Sr和Sm-Nd同位素测定前期化学分离应用较广的离子交换树脂的发展过程和所取得的成果，并探讨未来如何能够进一步提高离子交换树脂分离效率的问题。1 离子交换树脂在Rb-Sr同位素测定中的应用1.1 Rb-Sr同位素体系简介Rb-Sr同位素定年体系的研究最早始于上世纪40年代，随着质谱仪器精度和灵敏度的提高，同位素稀释法的应用以及等时线概念的提出使得Rb-Sr同位素体系得到科研工作者的认可与广泛应用(Chen Wen et al., 20

14、11)。Rb在自然界中由2个同位素组成，分别为85Rb和87Rb，Sr在自然界中存在4个同位素，分别为84Sr、86Sr、87Sr和88Sr。其中87Rb会通过放射性衰变放出-粒子衰变为稳定的87Sr。因而，测定87Sr/86Sr比值需排除87Rb的干扰。目前，通用的方法为样品测试之前通过离子交换树脂将Rb和Sr进行分离，国内外已经有很多此方面的文献报道(Wade et al., 1961; Orihashi et al., 1998; Charlier et al., 2006; Dai Mengning et al., 2012), 所采用的离子交换树脂有Dowex50W树脂、AG50W树

15、脂以及锶特效树脂等，受篇幅所限本文主要介绍目前比较常用的几种离子交换树脂。其中Dowex50W树脂和AG50W树脂是Rb-Sr同位素体系前期化学分离领域应用最为广泛的两类树脂。锶特效树脂是近些年发展起来一种针对Sr的高效萃淋树脂，对于一些低Rb-Sr含量和高Rb/Sr比的样品有较好的分离效果，其主要成分为4, 4 ( 5 )- 2-3-环己基并18-冠-6(冠醚 ) 。1.2 Dowex50W阳离子交换树脂的应用Dowex50W树脂为强酸性阳离子交换树脂，广泛应用于金属离子的分离与富集，是对岩石样品中的Rb/Sr进行分离常用的一种树脂。其原理为利用金属离子因电子价态以及半径等不同导致与树脂的亲

16、和力亦不相同的特点，通过不同浓度的洗脱剂进行梯度洗脱达到分离Rb/Sr的目的。早在上世纪60年代，Wade et al.(1961) 报道了利用Dowex50W树脂分离Ca和Sr的实验流程，结果显示测试过程中如果残存有较高含量的Ca、Ba、Mg等离子，会在TIMS测试过程中抑制Sr的电离信号，而利用EDTA和HCl为洗脱剂可以使Ca和Sr进行有效分离。Wang Xueying et al.(1993) 亦报道了利用Dowex50W8树脂可以对岩石样品中的Rb/Sr进行分离后残存于Sr溶液中的Ca进行有效的分离，解决了Ca干扰测试的问题。Zhang Qichun et al.(1986) 报道了

17、利用Dowex50W8分离Rb-Sr的实验流程，以HCl为洗脱剂，通过不同酸度HCl分别获得Rb、Sr和总稀土，并详细研究了后续Sm-Nd的分离流程。Dowex50W树脂作为传统阳离子交换树脂广泛应用于常规岩石样品Rb-Sr分离，然而该树脂对于Rb/Sr比高的岩石样品分离不彻底，往往需要二次分离，对于一些Rb-Sr含量较低的单矿物需要样品用量较大。综上所述，Dowex50W树脂作为常用阳离子交换树脂适用于常规全岩地质样品的Rb-Sr分离，对于Rb/Sr比值高的岩石样品一般需要二次纯化分离，而一些样品量较少（0.5），例如碱性花岗岩等按照此流程会有一些残余的Rb影响MC-ICP-MS的测量精度，

18、需要进行二次纯化分离。Li Qiuli et al.(2006) 报道了利用锶特效树脂结合IsoProbe-T热电离质谱精确测定微量样品中Sr同位素的方法，并且研究了针对微量样品的超低本底化学流程。文中以金伯利岩中金云母单颗粒Rb-Sr等时线定年为例，利用锶特效树脂成功对金云母单颗粒样品进行了有效的Rb-Sr分离。经测试发现其全流程Rb和Sr本底分别仅为41 pg和61pg，较常规流程本底降低了两个数量级。该方法可以广泛应用于微量样品年代学以及高分辨同位素示踪研究，对研究变质岩，构造岩以及岩脉矿脉等具有初始同位素不平衡样品的等时线年代学有重要的意义。Tang Suohan et al.(201

19、0) 报道了利用锶特效树脂分离地质标样的实验流程，以一系列成分组成差别较大的国家标准物质与国际地质标样为例，利用MAT-262型热电离质谱仪测试验证了该树脂可以很少的树脂量将Sr与Rb进行分离。相比较常规流程该实验方案减少了淋洗酸的用量而且流程空白下降了两个数量级。Deniel et al.(2001) 提出了利用锶特效树脂一步分离Sr和Pb的实验方法，该流程利用150 L锶特效树脂对大约30 mg岩石样品进行了分离，结果显示该树脂可以同时分离Sr和Pb，其分离纯度和流程本底均满足热电离质谱（TIMS）的测试要求，而且在实验过程中发现利用6 mol/L盐酸洗脱可以解决锶特效树脂对样品中锶具有记

20、忆效应的问题，使得该树脂能够多次循环利用。Li Chaofeng et al.(2011) 亦报道了利用锶特效树脂成功对微量样品（5 mg）中Rb、Sr、Pb进行一次分离，结合高精度热电离质谱仪（Triton）分析技术, 实现了微量岩石样品高精度Rb-Sr和Pb同位素分析技术。该研究方法样品用量仅为常规方法样品用量（约100 mg）的1/20，大大减少了样品用量，而且实验流程本底亦明显下降，Rb-Sr流程本底优于5 pg, Pb 流程本底优于50 pg，为前人(Deniel et al., 2001 )所做一次分离Rb-Sr和Pb实验流程本底的1/31/4，对于一些极为珍贵且量较少的样品，例如

21、月岩、陨石和化石样品具有很高的应用价值。文中指出一次纯化分离Rb-Sr和Pb的实验流程中洗脱试剂用量仅0.75 mL,分离时间约3 h,结果显示无论是洗脱酸的用量还是花费的时间较常规方法均有明显的改善。综上所述，锶特效树脂对于Rb-Sr具有优异的分离效果，然而该树脂成本较高，且相比较传统Dowe50W和AG50W树脂使用寿命较短，适用于低含量Sr和高Rb/Sr比值样品。1.5 Rb-Sr分离体系小结通过介绍以上三类离子交换树脂在Rb-Sr同位素测定中的应用可以看出，每类离子交换树脂均具有其各自特点。Dowex50W树脂和AG50W树脂是目前应用最广的两类树脂。两类树脂性能相似，具有使用寿命长、

22、成本低、应用范围广等优点。两者分离流程和分离时间大致相同，均以HCl为洗脱液，适用于常规岩石样品的Rb-Sr分离，但是对于高Rb/Sr比值样品分离效果较差，需进行二次分离且岩石样品溶样量较大。锶特效树脂则以HNO3为洗脱液，相比于Dowex50W树脂和AG50W树脂而言酸淋洗液用量、分离时间以及岩石样品用量均减少，对于低含量Sr样品和高Rb/Sr比值样品分离效果优异，但是该树脂成本较高且使用寿命较短。因此，实际分离过程中应根据不同岩石样品的特性针对性选择分离所需离子交换树脂。2 离子交换树脂在Sm-Nd同位素测定中的应用2.1 Sm-Nd同位素体系简介Sm-Nd同位素体系相比较Rb-Sr同位素

23、体系而言，同位素组成较为复杂，半衰期亦较长。目前，自然界中Sm有7个同位素：144Sm(3.16%)、147Sm(15.07%)、148Sm(11.27%)、149Sm(13.84%)、150Sm(7. 47 %)、152Sm(26.63%)、154Sm(22.53%)。Nd在自然界也有7个同位素：142Nd(27.09%)、143Nd(12.14%)、144Nd(23. 83 %)、145Nd(8.29 %)、146Nd(17.26%)、148Nd(5.74%)、150Nd(5.63%)。Sm-Nd同位素体系主要有两种放射性衰变体系，即：147Sm和148Sm通过衰变转换为143Nd和144

24、Nd，由于148Sm衰变体系的半衰期过长（7106 Ga）尚未发现其在地质方面的应用价值。因而，对于Sm-Nd体系通常默认147Sm-143Nd衰变体系。对于147Sm-143Nd同位素体系在地质方面的成功应用最早可追溯至20世纪70年代初，Lugmair (1974) 成功利用Sm-Nd同位素体系测定了无球粒陨石Juvinas的年龄，随后几年关于147Sm-143Nd体系的研究成果相继被报道，该体系逐步得到人们的认可并被广泛应用于同位素地球化学领域，成为一种经典的同位素体系。近些年随着质谱技术的飞跃发展，国内外科研工作者将目光转向了母体早已衰变完全的146Sm-142Nd体系(Nyquist

25、 et al., 1995; Li Chaofeng et al., 2015)。146Sm作为一种灭绝核素，由于其半衰期（103Ma）过短，现已完全通过衰变转换子体142Nd，正是由于146Sm的超短半衰期，其衰变体系对于研究地球、月球等行星早期壳幔演化分异有重要的意义。由于142 Nd/ 144Nd 比值在不同陨石、地球岩石样品、月岩等不同类型岩石样品之间的差异很小(4 10-5)，且稀土元素Ce亦含有142Ce同位素，干扰142 Nd/ 144Nd 比值的测定，因此,142Nd/144Nd比值的测定对样品的分离技术和质谱的测试精度均有较高的要求。受限于此，对于该体系在地质中的广泛应用仍有

26、很多工作需要探索和改进。目前，对于地质样品中Sm-Nd同位素测定的前期化学分离过程，传统方法主要采用两步化学分离。第一步，通常采用强酸性阳离子交换树脂（AG50W树脂或者Dowex50树脂）去除样品中的大量基体元素，得到混合的总稀土成分。第二步，将得到的总稀土成分利用离子交换树脂或者高效液相色谱（HPLC）分离Sm-Nd。近些年，国内外学者(Luais et al., 1997; Yang Yueheng et al.,2010) 先后报道了仅需一步分离得到总稀土混合溶液，不分离Sm-Nd直接测定的相关技术，并提出了准确扣除144Sm干扰的技术方案。该方案相比传统的两步分离方案极大简化了实验流

27、程。然而，该方案中扣除方法计算过程较为繁琐，尚未得到广泛推广与认可。限于文章篇幅，本文主要介绍传统离子交换树脂对于Sm-Nd的分离技术。Sm-Nd分离中应用较广的离子交换树脂主要有3类：（1）负载有机膦酸类萃取剂的萃淋树脂（HDEHP或者HEHEHP等）；（2）利用阳离子交换树脂（如AG50W树脂），以-羟基异丁酸（HIBA）为洗脱液进行分离；（3）其他离子交换树脂在Sm-Nd分离中的应用。2.2 有机膦酸类萃淋树脂的应用有机膦酸类萃取剂广泛应用于稀土元素的萃取分离，其中以二(2-乙基己基)膦酸 (HDEHP，亦简称P204) 和2-乙基己基膦酸单-2-乙基己基酯 (HEHEHP,亦简称 P5

28、07)两种萃取剂最有代表性和使用范围最广。对于二(2-乙基己基)膦酸（P204）在稀土分离中的应用最早可以追溯至1957年，Peppard et al.(1957) 报道了用P204萃取分离稀土元素的工艺，并提出在盐酸介质中，相邻稀土离子的平均分离系数可达到2.5，可以实现稀土元素的有效分离。以P204为萃取剂的稀土分离工艺以其良好的物理化学性能，耐酸碱的化学稳定性，较高的萃取容量被称为稀土溶剂萃取第一代工艺。然而，P204由于酸性较高与稀土结合能力过强，导致反萃酸度高，对重稀土难以反萃，在此基础上研究发现2-乙基己基膦酸单-2-乙基己基酯（P507）对稀土元素萃取分离表现出良好的效果，以P5

29、07为萃取剂的稀土分离工艺被称为稀土溶剂萃取第二代工艺。中国科学院长春应用化学研究所李德谦课题组(Li Deqian et al., 1990; Xue Lizhen et al., 1992; Zhao Junmei et al., 2006; Wang Xianglan et al., 2009)对于酸性膦类萃取剂应用于稀土分离领域做了大量研究工作，对我国稀土湿法冶金工业的发展发挥重要的推动作用。由于地质样品中稀土含量较低的特点，利用负载有机膦酸类萃取剂的萃淋树脂分离Sm-Nd效果较好。该方法的原理是：稀土元素首先被无差别的吸附在交换柱上，然后用淋洗剂淋洗， 由于稀土离子与淋洗剂发生螯合反

30、应，其稳定常数各不相同，因此稳定常数小的稀土离子首先被淋洗下来，从而达到分离稀土离子的目的。目前，对地质样品中Sm-Nd同位素分离常用的两种有机膦类萃淋树脂为LN树脂和P507树脂，其中LN树脂由Eichrom公司生产，以二(2-乙基己基)膦酸（HDEHP）为萃取剂负载于惰性高分子材料研制而成。Wei Gangjian et al.(2004) 研究了几种国际常用特效树脂对岩石样品分离的相关实验，并详细介绍了其实验流程，结果表明LN树脂不仅可以有效地将Sm-Nd进行分离，而且其Nd回收率可以达到85%左右，完全可以达到MC-ICP-MS的测量要求。Li Chaofeng et al.(2007

31、) 报道了利用氧化物（NdO+）方式测定微量样品中钕同位素比值的相关实验，利用LN树脂将经过前期分离得到的总稀土样品进行分离获得纯净Nd。之后，利用高精度热电离质谱计（IsoProbe-T）在高纯氧气环境内对NdO+进行电离测量。该方法大大降低了Nd同位素测定所需样品量（0.25ng Nd亦可以取得精准的测量结果），相比传统的Nd+测试方式分析灵敏度提升100倍左右。Chu Zhuyin et al.(2009) 首次报道了利用TaF5作为激发剂提高NdO+测试精度的实验方法，文中以大量国际岩石标样为例，通过P507树脂分离使Nd和Ce、Pr得到很好分离，满足了TIMS测试要求。文中还提到虽然

32、LN树脂（HDEHE树脂）对Sm-Nd具有较好的分离效果，但是对于Ce-Nd和Pr-Ce的分离效果不如P507树脂。He Lianhua et al.(2014) 详细报道了利用P507萃淋树脂分离Sm-Nd的实验流程，结果显示P507萃淋树脂可以将Sm-Nd进行有效分离，同时去除大部分的Ce，满足MC-ICP-MS高精度测定Nd比值的要求。综上所述，LN树脂和P507树脂是地质岩石样品领域分离Sm-Nd最常用的两类有机膦酸类萃淋树脂，由于两类树脂所包含萃取剂均为有机膦酸类萃取剂，对重稀土萃取能力较强导致其再生需要较高浓度盐酸进行洗脱。LN树脂和P507树脂均采用物理涂覆法将有机膦酸类萃取剂固

33、定于惰性高分子材料，随着使用次数的增加，有机膦酸类萃取剂会有所流失，从而影响树脂柱的交换容量和实验流程的稳定性，一般使用一段时间需更换树脂或者重新设计实验流程。2.3 阳离子交换树脂的应用强酸性阳离子交换树脂AG50W不 仅可以用于Rb-Sr的分离，亦可用于分离Sm-Nd体系。由于钐和钕均属于镧系元素，物理化学性质十分相近，分离系数较低，单纯靠HCl等无机酸为洗脱剂难以达到分离Sm-Nd的目的，因此需要借助络合剂提高Sm-Nd之间分离系数，常用络合剂为-羟基异丁酸（-HIBA）。Zhang Qichun et al.(1986) 报道了利用阳离子交换树脂AG50W8分离Sm-Nd的详细流程，文

34、中利用-HIBA和HCl为洗脱剂进行梯度洗脱成功将Sm和Nd进行了有效分离。Guo Qifeng(1990)介绍了Sm-Nd分离的化学方法及其在同位素地质年龄测定中的应用，文中提到利用AG50W8阳离子交换树脂于毛细管柱中加压情况下，利用-HIBA洗脱纯化分离Sm-Nd的方法，称为加压离子交换法。阳离子交换树脂在Sm-Nd分离中的应用较为广泛，分离效果良好，然而分离过程中需要使用-HIBA为洗脱剂，对pH范围要求较为严格，分离过程略为繁琐。2.4 其他离子交换树脂在Sm-Nd分离中的应用除去上述两种常用离子交换树脂之外，高效液相色谱法（HPLC）亦可以用于地质样品中Sm-Nd的分离，该方法核心

35、部分仍为离子交换树脂。Griselin et al.(2001) 研究了利用HPLC分离Sm-Nd的相关工作，利用Aminex A25阴离子交换树脂以甲醇和醋酸为洗脱剂进行梯度洗脱。该实验方法需要利用甲醇和醋酸为洗脱剂，相比较HCl等无机酸，甲醇和醋酸纯化过程较为繁琐，且甲醇极易挥发，毒性较大，因而，该方法推广使用较为受限。2.5 Sm-Nd分离体系小结目前，对于Sm-Nd分离体系应用最广泛的离子交换树脂为有机膦酸类萃淋树脂（LN树脂和P507树脂）。该类树脂具有流程简洁、Sm-Nd分离系数高等优点。LN树脂和P507树脂虽然同为有机膦酸类萃淋树脂，但是对于Sm-Nd分离性能而言仍有微小差异。

36、由于二(2-乙基己基)膦酸的酸性较2-乙基己基膦酸单-2-乙基己基酯酸性强，导致LN树脂对于稀土离子萃取能力较P507树脂要强，因此，LN树脂淋洗酸浓度和用量均高于P507树脂。LN树脂和P507树脂由于采用物理涂覆法将有机膦酸类萃取剂固定于惰性高分子材料，相对稳定性较差，使用一段时间需更换树脂或者重新设计实验流程。相比而言，阳离子交换树脂稳定性要明显强于有机膦酸类萃淋树脂，但是该类树脂对于Sm-Nd分离系数较低，需借助-羟基异丁酸（-HIBA）为络合剂提高Sm-Nd分离性能。阳离子交换树脂由于分离流程较为繁琐，限制了该类分离方法的推广使用。对于高效液相色谱法（HPLC）核心部分仍为离子交换树

37、脂，对于地质样品中Sm-Nd分离的报道较少，该方法仍需进一步摸索和研究。3 离子交换树脂在Sr-Nd分离应用的未来发展方向已有研究表明，目前Rb-Sr和Sm-Nd同位素测试的主要方法仍需要对待测元素进行前期化学分离，如何能够快速高效地分离待测元素是Rb-Sr和Sm-Nd同位素体系测试的关键，也是耗时较长的环节，而离子交换树脂分离法是目前Rb-Sr和Sm-Nd同位素测定前期化学分离应用最多、最有效的方法。基于以上总结的目前常用的几种离子交换树脂在Rb-Sr和Sm-Nd同位素测定前期分离中的应用，笔者认为针对地质样品的特殊性要求，未来如何进一步提高离子交换树脂的分离效率将是关注的重点，研究方向主要

38、集中于以下几个方面：（1）目前，所使用树脂种类较少且多为进口树脂，价格较高，应探讨研究制备与筛选新型高选择性离子交换树脂以满足地质样品的多样性要求；（2）对于地质样品分离如何能够做到微量化。前期分离样品一般用量往往需要50 mg以上，对于有多期特点的矿物，测量值多为混合平均值，不能准确得到有明确地质含义的测量值，而且结合质谱仪器高精度发展趋势，对样品实际测试需求量逐步降低，因而，适合微量样品的离子交换树脂分离方法具有重要意义；（3）如何能缩短离子交换树脂的分离时间和减少洗脱剂用量。常用离子交换树脂分离时间均较长且需要使用大量的无机酸类洗脱剂，如何能够减少无机酸的用量以及缩短实验流程，将成为人们

39、重点关注的研究对象。4结语综上所述，本文结合笔者近几年工作经验以及前人大量研究工作，介绍了几类在地质样品Sr-Nd同位素测定前期化学分离常用的离子交换树脂，并侧重其化学性质简单介绍各个离子交换树脂的优缺点及所适用范围。目前，Dowex50W树脂、AG50W树脂、锶特效树脂、LN树脂、P507树脂等几类常用树脂各有不同的优缺点及所适用范围，虽然对于常规地质样品Sr-Nd同位素测定前期化学分离基本可以达到质谱仪器测量的要求，但是仍然难以满足地质样品的多样性及复杂性对分离所需树脂的要求。因此，针对地质样品具有多样性以及样品成分复杂的特点，结合未来质谱仪器对于超微量样品高精度测试的发展趋势，探寻具有高

40、选择性以及低样品需求量的离子交换树脂应用于地质样品是未来发展方向。ReferencesCharlier B, Ginibre C, Morgan D, Nowell G, Pearson D, Davidson J P, Ottley C J. 2006. Methods for the microsampling and high-precision analysis of strontium and rubidium isotopes at single crystal scale for petrological and geochronological applications. Ch

41、emical Geology, 232(3): 114-133.Chen Wen, Wan Yusheng, Li Huaqin, Zhang Zongqing, Dai Tongmo, Shi Zeen, Sun Jingbo. 2011. Isotope geochronology: technique and application. Acta Geologica Sinica, 85(11): 1917-1947 (in Chinese with English abstract).Chu Zhuyin, Chen Fukun, Yang Yueheng, Guo Jinhui. 20

42、09. Precise determination of Sm, Nd concentrations and Nd isotopic compositions at the nanogram level in geological samples by thermal ionization mass spectrometry. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 24(11): 1534-1544.Cocherie A, Robert M. 2008. Laser ablation coupled with ICP-MS applied to

43、U-Pb ircon geochronology: A review of recent advances. Gondwana Research, 14(4): 597-608.Cui Yurong, Zhou Hongying, Geng Jianzhen, Li Huaikun, Li Huimin. 2013. In situ LA-MC-ICP-MS U-Pb isotopic dating of monazite. Acta Geoscientica Sinica, 33(6): 865-876 (in Chinese with English abstract). Dai Meng

44、ning, Zong Chunlei, Yuan Honglin. 2012. A calibration strategy of 87Sr / 86Sr ratio for rocks with high Rb/Sr measured by multiple collector-inductively coupled plasma-mass spectrometry. Rock and Mineral Anaiysis, 31(1): 95-102 (in Chinese with English abstract).Deniel C, Pin C. 2001. Single-stage m

45、ethod for the simultaneous isolation of lead and strontium from silicate samples for isotopic measurements. Analytica Chimica Acta, 426(1): 95-103.Duan Ruichun, Bai Xiao, Ling Wenli, Liu Yongsheng. 2009. In situ analysis technique of Sm-Nd isotopic system and its geological application. Geological S

46、cience and Technology Information, 28(4): 7-14 (in Chinese with English abstract).Fryer B J, Jackson S E, Longerich H P. 1993. The application of laser ablation microprobe-inductively coupled plasma-mass spectrometry (LAM-ICP-MS) to in situ (U) -Pb geochronology. Chemical Geology, 109(1): 1-8.Geng J

47、ianzhen, Li Huaikun, Zhang Jian, Zhou Hongying, Li Huimin. 2011. Zircon Hf isotope analysis by means of LA-MC-ICP-MS. Geological Bulletin of China, 30(10): 1508-1513 (in Chinese with English abstract).Griselin M, Belle J C, Pomis C,Vroon P Z, Soest M C, Davies G R. 2001. An improved chromatographic

48、separation technique of Nd with application to NdO+ isotope analysis. Chemical Geology, 172(3): 347-359.Guo Qifeng. 1990. Chemical methods for Sm-Nd separation and its application in iotopic geological dating. Uranium Geology, 1(1): 54-58 (in Chinese with English abstract).He Lianhua, Zhang Jun, Gao

49、 Jingjin, Zhang Hui, Liu Jihua, Li Huaqin. 2014. Improvement of the method for Chemical separations of Sr and Nd in geological samples. Advances in Marine Science, 32(1): 78-83 (in Chinese with English abstract).Hou Kejun, Li Yanhe, Tian Yourong. 2009. In situ U-Pb zircon dating using laser ablation

50、-multi ion counting-ICP-MS. Mineral Deposits, 28(4): 481-492 (in Chinese with English abstract). Hou Kejun, Qin Yan, Li Yanhe, Fan Changfu. 2013. In situ Sr-Nd isotopic measurement of apatite using laser ablation multi-collector inductively coupled plasma-mass spectrometry. Rock and Mineral Analysis

51、, 32(4): 547-554 (in Chinese with English abstract).Li Chaofeng, Chen Fukun, Li Xianghui. 2007. Precise isotopic measurements of sub-nanogram Nd of standard reference material by thermal ionization mass spectrometry using the NdO+ technique. International Journal of Mass Spectrometry, 266(1): 34-41.

52、Li Chaofeng, Li Xianhua, Guo Jinghui, Li Xianghui, Li Huaikun, Zhou Hongying, Li Guozhan. 2011. Single-step separation of Rb-Sr and Pb from minor rock samples and high precision determination using thermal ionization mass spectrometry. Geochimica, 40(5): 399-406 (in Chinese with English abstract).Li

53、 Chaofeng, Li Xianhua, Li Qiuli, Guo Jinghui, Li Xianghui, Yang Yueheng. 2012. Rapid and precise determination of Sr and Nd isotopic ratios in geological samples from the same filament loading by thermal ionization mass spectrometry employing a single-step separation scheme. Analytica Chimica Acta,

54、727(10): 54-60.Li Chaofeng, Wang Xuece, Li Youlian, Chu Zhuyin, Guo Jinghui, Li Xianghui. 2015. CeNd separation by solid-phase micro-extraction and its application to high-precision 142Nd/144Nd measurements using TIMS in geological materials. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 30(4): 895-902

55、.Li Deqian, Niu Wei. 1990. Investigation of synergistic extraction mechanism of rare earth elements() with HEHEHP and PMBP. Journal of Nuclear and Radiochemistry, 12(2): 92-98 (in Chinese with English abstract).Li Huimin, Li Huaikun, Chen Zhihong, Xiang Zhenqun, Lu Songnian, Zhou Hongying, Song Biao

56、. 2007. Comparison of three methods for baddeleyite U-Pb isotope dating of basic rocks. Geological Bulletin of China. Geological Bulletin of China, 26(2): 128-135 (in Chinese with English abstract). Li Qiuli, Chen Fukun, Wang Xiuli, Li Xianghui, Li Chaofeng. 2006. Ultra-low procedural blank and the

57、single-grain mica Rb-Sr isochron dating. Chinese Science Bulletin, 51(3): 321-325 (in Chinese with English abstract). Li Yanguang, Wang Shuangshuang, Liu Minwu, Meng En, Wei Xiaoyan, Zhao Huibo, Jin Mengqi. 2015. U-Pb dating study of baddeleyite by LA-ICP-MS: technique and application. Geologica Sin

58、ica, 89(12): 2400-2418 (in Chinese with English abstract).Li Zhaoli, Yang Jingcui, Luo Liqiang, Li Tianfu, Xu Xiangzhen, Ren Yufeng. 2008. Geochemical characteristics, Sm-Nd and Rb-Sr isotopic compositions of newly-discorvered eclogite in the Lasha terrane, Tibet and their geological significance. A

59、cta Geologica Sinica, 82(7): 941-948 (in Chinese with English abstract).Luais B, Telouk P, Albarde F. 1997. Precise and accurate neodymium isotopic measurements by plasma-source mass spectrometry. Geochimica et Cosmochimica Acta 61(22): 4847-4854.Lugmair GW. 1974. Sm-Nd ages: a new dating method. Me

60、teoritics, 9(9): 369.Nyquist L, Wiesmann H, Bansal B, Shih C Y, Keith J E, Harper C L. 1995. 146Sm-142Nd formation interval for the lunar mantle. Geochimica et Cosmochimica Acta, 59(13): 2817-2837.Orihashi Y, Maeda J, Tanaka R, Zeniya R, Niida K. 1998. Sr and Nd isotopic data for the seven GSJ rock reference samples; JA-l, JB-la, JB-2, JB-3, JG-la, JGb-l and JR-l. Geochemical journal, 32(3): 205-211.Peppard D F, Mason G W, Maier J L, Driscoll W J. 1957. Fractional extraction of the Lanthanides as their Di-alkyl orthophosphates. Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 4(5-6): 3