專(zhuān)利名稱(chēng)：多接收釹同位素比值與含量一次性質(zhì)譜分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于同位素地質(zhì)學(xué)、同位素質(zhì)譜學(xué)及同位素化學(xué)。
自然界有七種釹的同位素(參見(jiàn)圖1)，即142Nd(天然含量27.2％)，143Nd(12.2％)，144Nd(23.8％)，145Nd(8.3％)，146Nd(17.2％)，148Nd(5.7％)，150Nd(5.6％)，又有同為稀土元素的同量異位素，所以釹的質(zhì)譜分析有較大的難度。釹的質(zhì)譜分析方法大致可分為三種第一種是部分Nd同位素分析法只測(cè)143Nd、144Nd和146Nd幾個(gè)同位素，得到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的143Nd/144Nd同位素比值。如要測(cè)含量，還要分別再進(jìn)行一次化學(xué)和質(zhì)譜分析。
第二種是全部Nd同位素分析法此法除測(cè)Nd同位素外，還必須測(cè)140Ce，以扣除142Ce對(duì)142Nd的干擾；測(cè)147Sm，以扣除148Sm、150Sm對(duì)相應(yīng)Nd同位素的干擾(參見(jiàn)圖1)。因此若用靜態(tài)多接收方法，必須有9個(gè)接收器；若用單接收方法，則需10個(gè)小時(shí)以上的長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量。
第三種是通過(guò)測(cè)定NdO+的Nd全部同位素分析法由圖1可見(jiàn)，此法必須測(cè)140Ce16O、141Pr16O和147Sm16O離子，以監(jiān)視和扣除它們的同位素氧化物離子對(duì)相應(yīng)的NdO+的干擾，這時(shí)若采用靜態(tài)多接收，則需要10-11個(gè)接收器。
目前，國(guó)際上最新生產(chǎn)的固體質(zhì)譜計(jì)，都只有5-6個(gè)接收器，所以用靜態(tài)分析法，不可能完成第二、第三種Nd同位素分析，而都是采用第一種方法。
本發(fā)明人之一曾發(fā)明對(duì)鍶同位素質(zhì)譜分析采用4個(gè)接收器進(jìn)行4次跳掃的動(dòng)態(tài)方法(中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)97100609.1，CN1175688A)，得到滿(mǎn)意的結(jié)果。本發(fā)明的目的就是利用動(dòng)態(tài)多接收的跳掃方法建立通過(guò)測(cè)定NdO+的Nd全部同位素分析方法。
本發(fā)明的多接收釹同位素比值與含量一次性質(zhì)譜分析方法，包括用5個(gè)接收器的質(zhì)譜計(jì)，用5次跳掃測(cè)量從質(zhì)量數(shù)為156至166的NdO同位素，建立NdO同位素標(biāo)準(zhǔn)化比值的方程式組；利用雙稀釋公式求解得到各NdO同位素比值的真值；利用氧校正得到各釹同位素比值的真值；再?gòu)?43Nd/144Nd中扣除稀釋劑的貢獻(xiàn)。
本發(fā)明使用至少5個(gè)接收器C(j)的質(zhì)譜計(jì)，j=1-5，調(diào)整5個(gè)接收器的接收質(zhì)量數(shù)差是1或2個(gè)質(zhì)量單位(u)，設(shè)計(jì)進(jìn)行5次跳掃，示意圖如圖2所示，其中J1-J5表示跳掃的次數(shù)。以C(3)為主接收器，從圖2可以看出，接收的質(zhì)量數(shù)從156到166。5次跳掃接收到的譜圖可用如圖3所示的矩陣Aij表示，矩陣元aij可用下列公式表示，，，，，，，，，，其中zI即表示質(zhì)量數(shù)為z的離子流的強(qiáng)度，G(j)表示第j個(gè)接收器(法拉第放大器)的增益，F(xiàn)(ti)表示第i次跳掃的時(shí)間間隔內(nèi)總離子流隨時(shí)間的漲落，其余的aij可以類(lèi)推。
適當(dāng)選擇矩陣元組合進(jìn)行運(yùn)算，例如，159I*G(3)*F(t2)*159I*G(2)*F(t3)/158I*G(2)*F(t2)*160I*G(3)*F(t3)消除相同因子就可得到(159NdO/158NdO)m*(159NdO/160NdO)m (1)其中下角標(biāo)m代表測(cè)量值，根據(jù)參考文獻(xiàn)1(G.J.Wasserburg et al.,Precisedetermination of Sm/Nd ratios,Sm and Nd isotopicabundances in standard solutions,Geochemica etCosmochimica Acta,1981,45,p.2311-2323)的第2315頁(yè)可知，若則即(2)(3)其中下角標(biāo)n表示標(biāo)準(zhǔn)化值，α表示單位質(zhì)量同位素分餾因子。將(2)、(3)代入(1)式，得到依此類(lèi)推，用矩陣Aij共可以得到至少9個(gè)包含NdO各種同位素比值真值的方程式(表1)表1[1][2][3][4][5][6][7][8][9]對(duì)于用稀釋劑混合的樣品，表1的方程式既不能單獨(dú)求解，也不能聯(lián)立求解。引入?yún)⒖嘉墨I(xiàn)2(Boelrijk,N.A.I.M.,“Ageneral formula for‘double’isotope dilution analysis”，Chemical Geology,3(1968),p.323-325)中提出的雙稀釋公式聯(lián)立，即(4)本發(fā)明的同位素分析方法可選用多種稀釋劑，包括145Nd，146Nd，148Nd，150Nd，若選用146Nd為稀釋劑，則N1，N2是天然釹中的氧化物同位素比值162NdO/160NdO和158NdO/160NdO，S1，S2是人工同位素稀釋劑中的162NdO/160NdO和158NdO/160NdO比值，D1和D2則是表2是第4個(gè)方程式中的稀釋劑與天然釹的混合比(162NdO/160NdO)n和(158NdO/160NdO)n，解聯(lián)立方程式可得到二混合比的真值(162NdO/160NdO)n和(158NdO/160NdO)n，將真值(162NdO/160NdO)n和(158NdO/160NdO)n代入表1的有關(guān)方程式，便可得到多接收跳掃所有NdO同位素比值的真值。
由于氧也有同位素組成16O(天然含量99.76％)、17O(0.038％)和18O(0.204％)，所以還要利用參考文獻(xiàn)1中第2314頁(yè)所給出的計(jì)算公式和氧同位素組成計(jì)算出氧校正因子，對(duì)所得NdO同位素比值進(jìn)行氧校正，以得到相應(yīng)的釹同位素比值。所用的公式是，其中i，j是Nd同位素質(zhì)量數(shù)，其中的式中R17和R18是常數(shù)，可以從參考文獻(xiàn)1得到，。
最后還要從143Nd/144Nd比值中扣除稀釋劑的貢獻(xiàn)以得到樣品中天然143Nd/144Nd，引用發(fā)明人之一已發(fā)表的參考文獻(xiàn)3(喬廣生，“稀釋分析的同位素分餾校正…一個(gè)新的同位素標(biāo)準(zhǔn)化程序”，中國(guó)科學(xué)，A輯，1987年第6期，666-672頁(yè))中的公式2，即(5)其中Ni和Mi分別是對(duì)干擾校正前后的143Nd/144Nd比值，Si是稀釋劑中的143Nd/144Nd比值，N1、S1、M1分別是天然的、稀釋劑的及混合的146Nd/144Nd比值。


圖1是Nd和NdO各質(zhì)量數(shù)的譜峰組成；圖2是本發(fā)明的NdO同位素多接收跳掃示意圖；圖3是用5×5矩陣標(biāo)示NdO同位素多接收跳掃圖譜。
本發(fā)明得到的NdO同位素標(biāo)準(zhǔn)化比值的方程式組共9個(gè)，實(shí)際上比表1的9個(gè)還可以更多，而從9個(gè)方程式得到的NdO同位素標(biāo)準(zhǔn)化比值就比6個(gè)要多，即一個(gè)比值會(huì)有多個(gè)解，即有平行解出現(xiàn)。這一點(diǎn)很有趣，也很重要，因?yàn)樗瓤梢蕴岣叻治龅男?，又可以監(jiān)視此多接收分析的質(zhì)量，若這些平行解接近相等，則分析結(jié)果是正確的。否則分析的結(jié)果不可靠。
從圖2看，本發(fā)明所采用的跳掃方法中，有1次測(cè)量質(zhì)量數(shù)為156,2次為157,3次為158,3次為159,4次為160,3次為161,3次為162,2次為163,2次為164,1次為165,1次為166。由于氧的同位素主要是16O，從圖1可以看出測(cè)質(zhì)量數(shù)158主要是測(cè)142Nd16O，測(cè)159主要是測(cè)143Nd16O，測(cè)160主要是測(cè)144Nd16O，測(cè)161主要是測(cè)145Nd16O，測(cè)162主要是測(cè)146Nd16O，測(cè)164主要是測(cè)148Nd16O，測(cè)166主要是測(cè)150Nd16O。由于對(duì)多個(gè)質(zhì)量數(shù)測(cè)量多次，所以出現(xiàn)平行解是可以理解的。表1的9個(gè)方程式是直接從測(cè)量值得出，并未扣除各種干擾，所以得出的解還不是NdO的真值。
實(shí)際的測(cè)量結(jié)果和計(jì)算，都可以用多接收質(zhì)譜計(jì)的計(jì)算機(jī)中所使用的附加軟件來(lái)完成。
本發(fā)明采用的測(cè)NdO+質(zhì)譜以得到Nd比值與含量一次完成的方法，優(yōu)點(diǎn)突出，靈敏度高，非常穩(wěn)定，離子束流只用單燈絲，測(cè)量溫度低，成功率高，數(shù)據(jù)可靠。表2-6是使用本發(fā)明方法得出的結(jié)果，表4是與國(guó)際著名實(shí)驗(yàn)室的對(duì)比。(未完接下頁(yè))
表2本發(fā)明測(cè)量的JMC Nd同位素比值與原方法對(duì)比 表3本發(fā)明對(duì)若干地質(zhì)樣品的稀釋分析(以145Nd為稀釋劑)和非稀釋分析對(duì)比
表4本發(fā)明對(duì)La Jolla標(biāo)樣的分析結(jié)果與國(guó)際著名實(shí)驗(yàn)室對(duì)比

*Wasserburg et al(1981)Geochimica et Cosmochimica Acta**摘自Tuttas(1981)表5不同稀釋度下測(cè)定的標(biāo)樣BCR-1結(jié)果(以150Nd為稀釋劑)

表6不同稀釋度下測(cè)定的JMC結(jié)果(以146Nd為稀釋劑)

權(quán)利要求
1．一種多接收釹同位素比值與含量一次性質(zhì)譜分析方法，包括用多接收器質(zhì)譜計(jì)跳掃得出的測(cè)量值建立NdO同位素標(biāo)準(zhǔn)化比值的方程式組；再利用雙稀釋公式求解得到NdO各同位素比值的真值；利用氧校正得到各釹同位素比值的真值；再?gòu)?43Nd/144Nd中扣除稀釋劑的貢獻(xiàn)，其特征是所說(shuō)的建立NdO同位素標(biāo)準(zhǔn)化比值方程式組是用至少5個(gè)接收器的質(zhì)譜計(jì)，5個(gè)接收器C(1)，C(2)，C(3)，C(4)，C(5)之中，C(j)比C(j+1)所接收的質(zhì)量數(shù)少1個(gè)或2個(gè)質(zhì)量單位，用5個(gè)接收器進(jìn)行5次跳掃測(cè)量，第1次5個(gè)接收器接收的質(zhì)量數(shù)依次為156,157,158,160,162；第2次為157,158,159,161,163；第3次為158,159,160,162,164；第4次為159,160,161,163,165；第5次為160,161,162,164,166；完成5次跳掃構(gòu)成一個(gè)完整的測(cè)量周期，每個(gè)測(cè)量周期所測(cè)量到的25個(gè)電壓信號(hào)以矩陣元aij表示，其中j是接收器的順序數(shù)，i是跳掃的順序數(shù)；用aij得到9個(gè)包含NdO各種同位素比值的方程式組，，，，，，，，，其中(159/158)m代表質(zhì)量數(shù)159和158的測(cè)量比值，即(159NdO/158NdO)m，(159/158)n代表(159NdO/158NdO)的經(jīng)過(guò)同位素分餾校正的標(biāo)準(zhǔn)化值。
2.如權(quán)利要求1所述的多接收釹同位素比值與含量一次性質(zhì)譜分析方法，其特征是所說(shuō)的稀釋分析，可采用145Nd、146Nd、148Nd、150Nd為稀釋劑，若以146Nd為稀釋劑，利用上述方程式組的第4個(gè)方程再加方程式其中N1，N2是天然釹中的氧化物同位素比值162NdO/160NdO和158NdO/160NdO，S1，S2是人工同位素稀釋劑中的162NdO/160NdO和158NdO/160NdO比值，D1和D2則是第4個(gè)方程式中的稀釋劑與天然釹的混合比(162NdO/160NdOn和(158NdO/160NdO)n，解聯(lián)立方程式得到二混合比的真值(162NdO/160NdO)n和(158NdO/160NdO)n，將(162NdO/160NdO)n和(158NdO/160NdO)n代入上述的有關(guān)方程，可以得到多接收跳掃NdO同位素比值的真值。
3.如權(quán)利要求2所述的多接收釹同位素比值與含量一次性質(zhì)譜分析方法，其特征是所說(shuō)的氧校正是利用公式，其中i，j是Nd同位素的質(zhì)量數(shù)，其中的f142/144=1/[1-(158/160)R18-(159/160)R17]f143/144=[1-(158/159)R17]f142/144f145/144=[1-(160/161)R17-(159/161)R18+2R17R18(158/161)]f142/144f146/144=[1-(161/162)R17-(160/162)R18+2R17R18(159/162)+R18R18(158/162)]f142/144f148/144=[1-(162/164)R18+R17R18(161/164)+R18R18(160/164)]f142/144f150/144=[1-(164/166)R18+R18R18(162/166)]f142/144式中的R17和R18是常數(shù)，，；用以上公式對(duì)于所得到的NdO比值進(jìn)行氧校正。
4.如權(quán)利要求3所述的多接收釹同位素比值與含量一次性質(zhì)譜分析方法，其特征是所說(shuō)的從143Nd/144Nd中扣除稀釋劑的貢獻(xiàn)是利用公式其中Ni和Mi分別是對(duì)干擾校正前后的143Nd/144Nd比值，Si是稀釋劑中的143Nd/144Nd比值，N1、S1、M1分別是天然的、稀釋劑的及混合的146Nd/144Nd比值。
全文摘要
本發(fā)明的多接收釹同位素比值與含量一次性質(zhì)譜分析方法,包括用5個(gè)接收器的質(zhì)譜計(jì),用5次跳掃測(cè)量從質(zhì)量數(shù)為156至166的Nd0同位素,建立Nd0同位素標(biāo)準(zhǔn)比值的方程式組;利用雙稀釋公式求解得到各Nd0同位素比值的真值;利用氧校正得到各釹同位素比值的真值;再?gòu)?br> 文檔編號(hào)H01J49/26GK1298099SQ99125079
公開(kāi)日2001年6月6日 申請(qǐng)日期1999年11月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月26日
發(fā)明者喬廣生, 儲(chǔ)著銀 申請(qǐng)人:喬廣生, 儲(chǔ)著銀