一种改进的单一柱分离方法，用于从地质样品中分离铜、铁和锌，以便对其进行MC-ICP-MS同位素测量

《International Journal of Mass Spectrometry》：An improved single-column separating procedure of copper, iron, and zinc from geological samples for their isotopic measurements by MC-ICP-MS

地质样品中Cu、Fe、Zn同位素组成的高效分离与质谱分析技术优化。采用阴离子交换色谱法单柱同步分离三种元素，结合多 collector ICP-MS实现高精度同位素测定，验证方法准确性（长期外部重复性优于±0.05‰），建立14种地质标准物质同位素数据库作为实验室质量控制和跨机构校准基准。

　　

作者：杨文武、邱晓飞、童西润、卢山松、段桂林、蔡英雄、邓汉宇、杨红梅

中国地质调查局武汉中心（中南地区地球科学创新中心），中国武汉市430205

摘要

本研究提供了一种有价值的方法，用于分析天然样品中铜（Cu）、铁（Fe）和锌（Zn）的同位素组成，从而揭示相关的地质和环境过程。通常，铜、铁和锌需要通过独立的方法从基体中分离出来，但只有少数方法能够利用单根阴离子交换柱同时分离这三种元素。在本研究中，我们提出了一种优化的方法，通过阴离子交换色谱法从地质样品中同时分离铜、铁和锌。该方法仅需一次通过树脂即可分别获得定量且纯度高的铜、铁和锌分离物，从而减少了处理时间、试剂消耗和总体分析误差。对于后续的多接收器电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）分析，基体元素引起的同位素干扰几乎被完全消除。通过对参考材料的重复测量，评估了铜、铁和锌同位素分析的准确性和精度。结果表明，分析结果具有高度的可重复性、准确性和精确性。长期外部重复性分别为δ⁶⁵Cu ± 0.05‰、δ⁵⁶Fe ± 0.06‰ 和 δ⁶⁶Zn ± 0.06‰（2SD）。利用这些技术，我们测定了14种市售地质参考材料的铜、铁和锌同位素组成。该数据集可作为铜、铁和锌同位素研究的参考，有助于质量保证和实验室间校准。

引言

自从多接收器电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）出现以来的二十年间，非传统稳定同位素系统（如铜、铁和锌）的分析技术和应用发展迅速。铜、铁和锌不同的地球化学性质使它们适用于地球科学中的多种过程研究。例如，铜具有中等挥发性，同时也是最难分离的亲铁元素之一。

试剂和材料

所有使用的酸均为优质纯度（中国上海赛诺菲化学试剂有限公司生产），并通过双重蒸馏（DST-1000；美国明尼苏达州伊登普雷里Savillex公司）。酸的稀释使用Milli-Q水系统（Millipore公司，美国马萨诸塞州贝德福德）提供的18.2 MΩ·cm超纯水进行。所有PTFE和PFA特氟龙容器以及石英柱均用浓硝酸（HNO₃）进行回流处理；一次性塑料柱在使用前需浸泡并冲洗于2 M（mol l^-1）盐酸和Milli-Q水中。

柱分离程序的性能

为了评估柱尺寸对分离效果的影响，我们使用了两种定制的柱子（内径分别为0.6 cm和0.4 cm），并分别装载了1 ml的AG-MP-1M树脂（100–200目）。图1(a, b)展示了这两种柱子设置下铜、铁和锌的洗脱曲线。两种柱分离方案均能有效将这三种分析物与基体分离。然而，两者之间存在一些差异。

结论

我们开发了一种改进的离子交换色谱协议，用于在高精度MC-ICP-MS同位素分析之前，从地质样品中同时分离铁（Fe）、铜（Cu）和锌（Zn）。在本研究中，我们评估了强阴离子树脂AG-MP-1M柱尺寸对铜、铁和锌分离效果的影响。通过使用高长径比色谱柱，分离效果得到了优化，所需总酸量减少，从而提高了分析效率。

作者贡献声明

童西润：撰写、审稿与编辑、数据分析。 邱晓飞：撰写、审稿与编辑、资金申请。 杨文武：撰写初稿、方法设计、实验研究、概念构思。 杨红梅：撰写、审稿与编辑、项目监督、概念构思。 邓汉宇：撰写、审稿。 蔡英雄：数据验证。 段桂林：数据验证、数据分析。 卢山松：

未引用的参考文献

69.; 70.; 79.

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：42272229和U2344210）和湖北省自然科学基金（项目编号：2024AFD372）的支持。感谢李金教授提供参考溶液（CAGS-Cu、CAGS-Fe和CAGS-Zn），以及刘金华教授提供的参考材料COQ-1。同时，我们也感谢编辑Stephen Blanksby和两位匿名审稿人的宝贵意见和建设性建议，这些意见显著提升了本文的质量。