简捷非传统Fe-Ca同位素联合传统Sr-Nd-Hf同位素分析方法的研发及其在缅甸高分异花岗岩中的应用

In the field of geoscience, isotopic geochemistry as an indispensable important tool is essentially dependent upon isotopic analysis techniques, whose vital foundation is related to the chemical pretreatment for separation of target elements. Currently, non-traditional Fe-Ca isotopes are analyzed after the target elements have been separated using anion- and cation- exchange resins, respectively whereas traditional Sr-Nd-Hf isotopes are analyzed after the target elements have been separated using more than two resins (e.g. SR, TRU and LN extraction resins). Definitely, the separation of multi-target elements regarded to non-traditional Fe-Ca isotopes with inclusion of traditional Sr-Nd-Hf isotopes can be considered very tedious and time-consuming. In this project, we will attempt to investigate the absorptive behaviors of Fe-Ca-Sr-Nd-Hf by the DGA resin and find their simultaneous absorption by the resin column. The target elements absorbed by the DGA resin will be investigated for their separability from the DGA resin. Based on these experiments, a method for separation of multi-elements using a single resin column will be developed for analysis of non-traditional Fe-Ca isotopes coupled with traditional Sr-Nd-Hf isotopes. Via the application of this method to highly fractionated granite samples from Myanmar, the data of both non-traditional and traditional isotopes will be determined, and they will be used to reveal its source characteristics and further explore its origin and internal relation with the change in Fe-Ca isotope compositions.

在地球科学领域，同位素地球化学研究作为不可或缺的重要手段离不开同位素分析技术，而同位素分析最基础最重要的组成部分就是目标元素的化学前处理。目前非传统Fe-Ca同位素分析分别采用阴-阳离子交换树脂分离技术，而传统Sr-Nd-Hf同位素分析的化学分离则是基于两种以上树脂的组合(如SR-TRU-LN萃淋树脂)，因此非传统Fe-Ca联合传统Sr-Nd-Hf同位素分析的多目标元素的化学分离过程无疑非常的繁琐费时。本项目将采用DGA树脂进行目标元素Fe-Ca-Sr-Nd-Hf的上柱实验，发现其被树脂同时吸附的条件参数。被DGA树脂吸附的目标元素进行可分离性实验，发现其分离参数，实现单柱多目标元素的分离纯化，建立非传统-传统同位素联合分析方法。新建Fe-Ca同位素联合方法应用于缅甸高分异花岗岩，测定其非传统-传统同位素数据，揭示花岗岩源区特征，并进一步探讨其成因及其与Fe-Ca同位素变化之间的内在关系。

传统和非传统同位素地球化学是地球科学研究不可或缺的重要手段。传统的Rb-Sr、Sm-Nd、Lu-Hf等是最经典的同位素体系，而非传统同位素是近二十年来兴起的新成员，如：Ca、Fe等，其同位素分馏能反映地质活动过程的物质交换。同位素分析是同位素地球化学研究的重要技术支持，但因各目标元素化学特性不同，其同位素分析的相关分离纯化体系相互独立，所以多同位素分析相应的化学过程复杂而繁琐。简化同位素分析化学流程，实现多同位素联合分析非常必要。.本项目以DGA树脂为分离材料，系统实验了Sr、Nd、Hf、Ca、Fe在该树脂上的化学行为。实验结果说明树脂在3 M HNO3中吸附Sr、Nd、Hf、Ca，而主基体不上柱，达到了目标物与干扰元素的分离；树脂在6 M HCl溶液中吸附Ca、Fe，但不吸附其他主元素，达到了目标物与干扰元素的分离。基于这些目标物的自然丰度和DGA树脂吸附他们的条件，两套体系分别被采用单柱分离次量-微量元素Sr、Nd、Hf和主量元素Ca、Fe。被DGA树脂吸附的Sr、Nd、Hf树脂柱，进行淋洗条件的优化，他们的解吸顺序是：6 M HNO3淋洗Sr；1.8 M HCl淋洗轻稀土和Ca；1.2 M HCl淋洗Nd；1 M HNO3-1.5 M HF淋洗Hf。Sr、Nd、Hf淋洗液中，回收率分别达98.8%、98%、99%。被DGA树脂吸附的Fe和Ca树脂柱，优化淋洗条件，发现1.5 M HNO3和2 M HCl依次淋洗，回收率高达99.7%和99.4%，并且还能避免目标物的柱分馏。Sr、Nd、Hf、Ca、Fe的化学分离纯化条件应用于地质标样(AGV-2、BCR-2、BHVO-2)，所得目标物同位素数据与文献值一致。Sr-Nd-Hf、Ca-Fe同位素联合分析方法应用于缅甸花岗岩，Nd同位素数据具有负Nd值-14.6-5.5，指示花岗岩主要来源于古老地壳的部分熔融；δ56/54Fe值介于0.110.03‰0.540.04‰，随着岩浆演化δ56/54Fe值逐渐变重；花岗岩Ca同位素组成相对均一，δ44/40Ca值0.610.08‰0.870.06‰，平均值为0.720.05‰，与上地壳Ca同位素组成(0.740.05‰)一致。采用DGA树脂分离地质样品，建立了传统Sr-Nd-Hf、非传统Ca-Fe同位素联合分析方法，并实现了该分析技术在地质研究中的应用。