简述非传统同位素的应用与研究进展.doc

简述非传统同位素的应用与研究进展 ——以铁同位素为例 摘要：由于同位素分析方法的改进和多接收电感耦合等离子体质谱仪的使用，近年来以铁同位素为代表的非传统稳定同位素研究有了很大进展，铁元素在自然界中广泛存在并参与成岩成矿作用，热液活动，以及生命活动过程，对铁同位素的研究具有重大的意义和巨大的潜在应用价值。本文主要介绍了铁同位素基本概念及其组成分布特征、铁同位素在不同过程中的分馏机理研究进展以及该技术在环境地球化学、生物示踪、人类健康、古海洋学研究等领域中的应用。 关键词：非传统同位素 铁同位素 MC-ICP-MS一、前言 非传统稳定同位素是相对于氢、碳、氧、硫等传统稳定同位素而言的，包括铁、铜、锌、钼、硒、汞、锂、镁等同位素体系。在近十年里，随着各种同位素质谱测试技术的大幅提升，特别是多接受电感耦合等离子体质谱（MC-IPC-MS）的出现，使得人们对这些以往不为人熟知的同位素进入我们视野，十年里人们对非传统稳定同位素体系的开发与利用蓬勃发展，目前已开展的非传统同位素研究包括：锂[、镁[2-3]、钙[]、钛[]、钒[]、铬[]，铁[]、镍[]、铜[-11]、锌[]、锗[]、锶[]、钼-16]、汞[-18]、铊[]等元素。其中尤以铁、钼、锂、镁、铜、锌、汞、铊、硒等元素的同位素研究备受瞩目。 铁是地球上丰度最高的变价元素，以不同的价态( 0+ 2,+ 3) 赋存于各类岩石、矿物、流体和生物体中，并广泛参与多种地球化学和生物化学过程。它是重要的成矿元素，主要工业矿物有磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、针铁矿、菱铁矿和含铁绿泥石等，是矿床学研究中重点关注的元素之一；它是与生命活动密切相关的元素，在自然界中的分布对生物活动有着重要影响；因此，铁同位素组成的研究在示踪成矿作用和生物演化等方面具有重要潜力。 二、铁同位素研究历史发展三、铁同位素概况 δ(千分偏差) 和ε(万分偏差) 。Fe 同位素的δ 表达式为：δ56Fe = ［( 56Fe /54Fe) 样品/( 56Fe /54Fe) 标样－ 1 ］× 1000，δ57Fe =［( 57Fe /54 Fe) 样品/( 57 Fe /54 Fe) 标样－ 1 ］ × 1000，△57 Fe A-B =δ57FeA-δ57FeB。对于质量分馏而言，δ56 Fe = 0. 678 δ57 Fe。由于自然界中有些样品的Fe 同位素组成变化较小，千分偏差无法直观地显示Fe 同位素的变化，所以有时采用万分偏差表示: ε56Fe = ［( 56 Fe /54 Fe) 样品/( 56 Fe /54 Fe) 标样－ 1］× 10000，ε57Fe = ［( 57Fe /54 Fe) 样品/( 57 Fe /54 Fe) 标样－ 1］× 10000。两者之间的换算关系为: ε56Fe = 10δ56Fe，ε57Fe = 10δ57Fe。δ56 Fe火成岩= δ56 FeIRMM-014－0. 09‰，δ57 Fe火成岩= δ57 FeIRMM-014 －0. 11‰ ( Johnson et al.，2004) 。知的地球物质的δ57Fe 的总体分布范围为-5. 18‰ ~4. 65‰，平均值为-0. 34‰ ± 1. 79( n = 1857) ，其中δ57 Fe 的最大值和最小值分别出现在条带状铁矿的磁铁矿单矿物样品( Whitehouse and Fedo，2007) 和黑色页岩中的黄铁矿单矿物样品( Rouxel et al. ，2005) 中。从全岩尺度上讲，地幔包体、火成岩、变质岩、沉积岩、黄土和风尘、沉积物以及洋底热液和海水均呈现出较小的铁同位素组成分布范围，铁同位素组成相对均一，而条带状铁建造和河水样品具有较大的铁同位素组成变化范围 条带状铁建造呈现出富集铁的重同位素的基本特征，碳酸盐岩、铁锰结核、海水、河水和洋中脊热液 3.3不同储库中铁同位素组成 Beard et al. ( 2003b) 最早通过对MORBs 和OIBs 的铁同位素研究，结合Zhu et al. ( 2002) 的研究，对整体地球的平均铁同位素组成进行了约束。他们认为，整体地球的δ57 Fe 平均值应该位于0. 15‰附近。其后的研究广泛引用了这一平均值作为整体硅酸盐地球的参考基点。但该数值是基于早期研究的有限样品所得出的平均值，随着近年来大量研究深入细致的开展，铁同位素组成的数据库得到了极大程度的积累和更新，因此，重新对整体硅酸盐地球的铁同位素组成进行约束非常必要。为此，王跃[41]等对近年来报道的陨石、上地幔和地壳的铁同位素组成进行了系统的总结和讨论： δ56 Fe为-0.13‰～0.18‰，平均值为(0.03±0.10)‰