中国地质学会岩矿测试技术专业委员会、国家地质实验测试中心主办

纳克级铅同位素分析中硅胶-高铼酸发射剂体系的建立

刘雪梅, 汤磊, 傅中华, 龙开明. 纳克级铅同位素分析中硅胶-高铼酸发射剂体系的建立[J]. 岩矿测试, 2014, 33(2): 178-185.
引用本文: 刘雪梅, 汤磊, 傅中华, 龙开明. 纳克级铅同位素分析中硅胶-高铼酸发射剂体系的建立[J]. 岩矿测试, 2014, 33(2): 178-185.
Xue-mei LIU, Lei TANG, Zhong-hua FU, Kai-ming LONG. Application of a New Silica Gel Ionization Intensifier on Nanogram Lead Isotope Analysis[J]. Rock and Mineral Analysis, 2014, 33(2): 178-185.
Citation: Xue-mei LIU, Lei TANG, Zhong-hua FU, Kai-ming LONG. Application of a New Silica Gel Ionization Intensifier on Nanogram Lead Isotope Analysis[J]. Rock and Mineral Analysis, 2014, 33(2): 178-185.

纳克级铅同位素分析中硅胶-高铼酸发射剂体系的建立

  • 基金项目:
    中国工程物理研究院面上发展基金项目(2011B0103012)
详细信息
    作者简介: 刘雪梅,副研究员,主要从事同位素质谱分析。E-mail:scmylxmzj@sina.com
  • 中图分类号: O657.63; O614.433

Application of a New Silica Gel Ionization Intensifier on Nanogram Lead Isotope Analysis

  • 核取证分析中需要实施纳克级(ng)铅的同位素全谱分析,质谱测量中要求铅的电离效率较高(大于10-3)。传统硅胶-磷酸技术多用于微克级(μg)铅分析,电离效率一般为10-4~10-3;尽管后来发展的硅胶-硼酸技术可以得到10-3以上的发射效率,但是由于铅在电离过程中存在离子流反复升高-衰减的过程,导致离子流发射不稳定,质谱测量条件难以掌握。本文改进了传统的硅胶发射剂,建立了一种新型硅胶加载体系——硅胶-高铼酸体系。与硅胶-硼酸技术相比,采用硅胶-高铼酸体系可显著提高铅的发射效率并获得稳定的离子流。对于1 ng铅的同位素质谱全谱测量,204Pb/206Pb、207Pb/206Pb、208Pb/206Pb的相对标准偏差分别为0.4%、0.2%和0.1%,测试精度优于采用其他硅胶技术。通过实验比较了硅胶-高铼酸体系与多种传统硅胶发射剂体系对铅离子流的发射效果,优化了硅胶试剂用量为0.5~3.0 μL,采用“夹心饼干”的涂样顺序,对1~100 ng铅样品的发射效率达到6.0×10-3~4.6×10-2,比传统硅胶-磷酸体系的发射效率(10-4~10-3)高了近10倍,与硅胶-硼酸技术的发射效率相当(10-3~10-2),但铅离子发射更为稳定。本文建立的硅胶-高铼酸体系在测量精度上可满足核取证研究中铅作为地域指示剂的需求。
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  • 图 1  硅胶对铅的发射效率

    Figure 1. 

    图 2  磷酸和高铼酸发射剂效果比较

    Figure 2. 

    图 3  硅胶-高铼酸与硅胶-磷酸体系的发射效率

    Figure 3. 

    图 4  “夹心饼干”涂样方式下208Pb的离子流强度

    Figure 4. 

    图 5  普通涂样方式下208Pb的离子流强度

    Figure 5. 

    图 6  烧结形成的硅胶颗粒覆盖层

    Figure 6. 

    图 7  质谱出峰条件

    Figure 7. 

    表 1  硅胶用量选择

    Table 1.  Ion current of 208Pb with different dosage of silica gel

    硅胶用量
    (μL)
    208Pb离子流
    (105 cps)
    测量时间
    (min)
    0.5 5.5~3135
    1.04.6~4542
    2.02.5~5150
    3.03.8~3052
    4.01.2~4.372
    5.00.6~1.190
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    表 2  硅胶-高铼酸体系下铅的质谱测量效率

    Table 2.  The total ionization efficiency of 208Pb with silica gel-HReO4 system

    样品样品用量
    (ng)
    测量时间
    (h)
    208Pb离子流
    平均强度(cps)
    样品中208Pb
    理论原子数
    质谱测量
    电离效率
    SRM 981
    铅同位素
    标准物质
    110.16.8×1051.45×10124.6×10-2
    212.06.9×1052.9×10121.0×10-2
    2518.43.8×1063.7×10136.0×10-3
    10016.35.0×1071.5×10141.8×10-2
    204Pb
    稀释剂
    标准物质
    1011.19.9×1053.5×10121.0×10-2
    2012.52.0×1067.0×10129.9×10-3
    5017.42.5×1071.7×10129.0×10-3
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    表 3  SRM 981铅同位素标准物质测量结果

    Table 3.  The measurement results of Pb isotope standard material SRM 981

    样品量
    /ng
    RSD
    (%)
    RSD
    (%)
    RSD
    (%)
    10.059000.40.91210.22.1710.1
    100.059140.20.91000.12.1590.1
    250.059170.10.90960.12.1610.0
    标称值0.059620.30.90820.12.1470.4
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出版历程
收稿日期:  2013-10-11
录用日期:  2014-01-10

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