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我院教师在K同位素分析方法上取得突破

发布时间:2016-03-16 浏览次数:1394

钾(K)是地壳和海水的主要组成元素之一,也是重要的生命活动元素。K同位素比值可用于研究相应的地质和生物过程。但是高精度的K同位素分析在地球化学上一直是一个难题,传统的热电离质谱法(TIMS)的分析精度仅为1左右,1995年芝加哥大学开发了利用二次离子探针(SIMS)测量K同位素,精度提高到了0.5。但是,这样的精度尚不能区分自然界细微的低温K同位素平衡分馏。

  

我院李伟强教授从2014年年底回南大工作后,针对这样一个问题进行了攻关。在2015年,利用南京大学内生金属矿床成矿机制国家重点实验室的平台,他首先解决了K的化学纯化的问题;而后他提出了以氘气(D2)作为碰撞反应气体消除电离分子ArH+41K+的干扰,用第一代带碰撞反应池多接收等离子质谱仪(IsoProbe MC-ICP-MS)测量41K/39K比值的技术思路,并在美国威斯康辛大学麦迪逊分校的质谱仪上实现了高精度的K同位素分析,对41K/39K比值的测量达到了优于0.072 standard error)的内部精度和优于0.21‰(2 standard deviation)的外部重现性。利用这一方法,李伟强教授和合作者发现硅酸盐地壳和海水之间存在0.5-0.6‰K同位素差异,而且高等植物中的K具有比地壳更低的41K/39K比值。这些结果显示K同位素在示踪表生风化过程和K元素循环方面有巨大的应用前景。


相关的研究结果最近在《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》上发表:


Li W, Beard BL, Li S (2016) Precise Measurement of Stable Potassium Isotope Ratios Using A Single Focusing Collision Cell Multi-Collector ICP-MS. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, in press, DOI: 10.1039/C5JA00487J 

http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/ja/c5ja00487j

  

  

值得一提的是,当前K同位素地球化学是国际研究的热点,在这个方向上存在着激烈的竞争。哈佛大学Jacobsen研究组也在从事K同位素的高精度分析,他们的初步结果论文在201623日在《Geochimica et Cosmochimica Acta》上线,其结果与李伟强教授获得的结果几乎完全一致。K同位素地球化学正成为南京大学地球科学与工程学院具有原创性和一定国际优势的研究方向。

  

我院博士生李石磊也参与了研究。本论文受到中组部第五批青年千人计划和南京大学人才引进配套启动经费支持。