地质样品Sr同位素激光原位等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)测定*
杨岳衡 吴福元 谢烈文 杨进辉 张艳斌
【摘 要】摘 要 Sr同位素在研究岩浆演化及其源区具有重要的示踪作用。MC-ICP-MS的出现为具有高Sr含量地质样品的激光原位Sr同位素测定变成了现实。本文利用Netpune MC-ICP-MS和193nm准分子激光联机，通过滨珊瑚、斜长石、磷灰石和钙钛矿等系列实验，建立了激光原位Sr同位素测定方法。实验结果表明，激光Sr同位素测定中Kr、Rb和稀土元素二价离子的干扰能够有效扣除，而钙聚合物的干扰在Neptune型MC-ICP-MS并不显著。不同激光参数的实验表明，大激光束斑产生更高信号强度，因而Sr同位素精度更高，同一激光束斑大小，激光脉冲频率对Sr同位素精度无明显影响。 【期刊名称】岩石学报 【年(卷),期】2009(025)012 【总页数】11
【关键词】关键词 Sr同位素；滨珊瑚；斜长石；磷灰石；钙钛矿；LA-MC-ICP-MS
Sr同位素是同位素地质学领域中一个重要组成部分，是Rb-Sr同位素地质年代学、壳幔物质演化及地质环境变化研究的重要内容。自然界中，Sr有四个同位素，即84Sr, 86Sr, 87Sr 和 88Sr，其中部分87Sr还可通过87Rb的β衰变而来。地质样品的Sr同位素组成，特别是87Sr/86Sr比值，是讨论其形成和演化的重要地球化学参数(Faure and Mensing, 2005)。但在实际讨论地质问题时，我们需要知道地质样品形成时的初始87Sr/86Sr比值。
目前一般是通过获得地质样品的87Rb/86Sr和87Sr/86Sr比值，再扣除后来的放射成因Sr，从而得到初始的87Sr/86Sr比值。该方法以获得准确的87Rb/86Sr、87Sr/86Sr比值和形成年龄为前提。但在实际工作过程中，部分地质样品的年龄非常难以准确地确定。如87Rb/86Sr>10的地质样品，当其年龄误差在10 Ma左右时，所获得的87Sr/86Sr比值便与其真实的87Sr/86Sr比值存在较大的差异，从而影响地质问题的讨论。如对于87Rb/86Sr=1的样品而言，100 Ma的年龄误差所产生的87Sr/86Sr比值差别是0.00142；而对于87Rb/86Sr=0.1的样品而言，100 Ma的年龄误差所产生的87Sr/86Sr比值差别仅为0.00014。这样，对于87Rb/86Sr<1的样品来说，所获得的87Sr/86Sr比值大体代表了样品的初始87Sr/86Sr比值(Wu et al., 2002)。另有部分地质样品，如碱性花岗岩，即使我们可以获得准确的年龄，但质谱测定过程中87Rb/86Sr的误差，也可能使获得的初始87Sr/86Sr比值失去意义。因此，获得准确的地质样品87Sr/86Sr比值成为目前分析测定过程中的一个重要难题(Wu et al., 2002)。
解决上述问题的最佳方法是测定低87Rb/86Sr比值样品的87Sr/86Sr比值。87Rb/86Sr比值越低，所获得的87Sr/86Sr比值与样品的初始87Sr/86Sr比值越接近。因此，对低Rb、高Sr样品的87Sr/86Sr比值进行准确测定是获得样品形成时初始87Sr/86Sr比值的重要途径。但在自然界中，天然岩石大多并不具有上述所述的低87Rb/86Sr比值，而只有像斜长石、磷灰石等矿物才具有这种特征。目前，常用的方法是将上述矿物进行分选，即从岩石中挑选一定数量的单矿物，然后把它溶解并进行离子交换化学分离纯化，最后进行质谱测定。 显然，上述工作是假设斜长石、磷灰石等矿物Sr同位素组成分布是平衡的、均
一的，然而事实并非如此。由于地质体本身形成过程中及其形成后所经历的地质历史过程的复杂性，不同的单矿物颗粒可能由于成因不同或者不平衡而具有不同的同位素组成。即使是同一单矿物颗粒内部也同样存在不同的同位素组成(Davidson et al., 2007a)。最近的研究表明，斜长石、磷灰石的确存在从核部到边部Sr同位素组成分布的不均一性(Davidson et al., 2001; Bizzarro et al., 2003)。因此，我们通常采用矿物分选的整体分析(bulk analysis)获得的结果是不同成因或组成端元混合的平均值，可能并不具有实际地质意义，特别是该方法无法得到其内部Sr同位素变化的空间信息，进而给研究者以误导，甚至错误的信息(Milton and Chenery, 2003)。此外，整体分析还涉及低本底的样品溶解和特殊的化学分离纯化环境等费时、繁琐的步骤，也在一定程度上制约了它的普遍推广。
微区原位(in situ)Sr同位素分析是解决上述问题的有效途径。随着分析技术的发展和进步，人们不仅可以对单个矿物颗粒(the grain scale)，同时也能对矿物颗粒内部(the subgrain scale)不同部位(如边、核等)进行Sr同位素分析，并取得很好的研究成果(Geist et al., 1988; Sisson and Grove, 1993; Tilling and Arth, 1994; Cioni et al., 1995; Harlou et al., 2005; Ramos et al., 2005; Charlier et al., 2006; Davidson et al., 2007b)。当前，开展微区原位Sr同位素分析的技术主要包括基于微钻(Micromill)取样的TIMS分析、二次离子探针(SIMS)分析和基于激光剥蚀取样的多接收电感耦合等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)分析(Davidson et al., 2007a)。
1 原位微区Sr同位素分析方法进展
目前，原位微区Sr同位素分析方法主要有三种。其一是微钻取样TIMS分析方
地质样品Sr同位素激光原位等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)测定
