铁同位素在揭示地球演化过程和生命发展历程中扮演着重要角色。随着科技的进步，激光剥蚀多接收电感耦合等离子体质谱（LA-MC-ICP-MS）技术凭借其原位、环保、快速、无损的优势，为科学家们打开了探索微观世界的新窗口。然而，在实际应用中，微区原位赤铁矿的铁同位素精确测量一直面临着一个关键挑战：缺乏合适的标准参考物质。

近日，中国地质大学（武汉）“壳幔交换动力学”科研团队在这一领域取得重要突破。该团队创新性地提出了一种基于固相烧结法制备微区原位同位素参考物质的新方法，实现了化学性质稳定、同位素组成均一的赤铁矿参考物质的快速批量制备。相关研究成果发表于国际光谱学专业期刊《Atomic Spectroscopy》(A Rapid Method for Preparing Hematite Reference Material for in-situ Determination of Iron Isotope Ratios, 2024, DOI: 10.46770/AS.2024.053）。该成果由博士研究生曾显丽作为第一作者，李明高级工程师担任通讯作者完成。

图1 赤铁矿团块烧结前后宏观和微观形貌对比

研究团队开发的制备工艺简单而高效：首先将纳米赤铁矿粉末与5%的聚乙烯醇（PVA）粘结剂充分混合，然后将450mg混合粉末压制成型，最后在1000℃下烧结2小时。这种方法可以一次性制备数十片样品，极大提高了效率。在烧结过程中，纳米颗粒间形成稳定的连接结构，所形成的样品具备足够的机械强度，可在后续清洗和抛光过程中保持整体完整性，不会开裂或破碎（图1）。

图2 烧结前后的赤铁矿样品以及原始粉末的铁同位素组成对比

使用 SN-MC-ICP-MS测试烧结前后的赤铁矿样品以及原始粉末的铁同位素组成δ⁵⁶Fe_IRMM014，它们的值在误差范围内保持一致（图2）。表明无论是 PVA 的引入还是经过高温烧结，都对铁同位素测试没有产生干扰。表明固相烧结法制备地质样品参考物质的可行性。基于该方法，我们分批制备了100片赤铁矿样品，从中随机选择一块作为均一性验证的标准样品，其余样品作为未知样进行了为期六个月的均一性测试。如图3所示，不同时间段、不同批次的赤铁矿样品表面的铁同位素值基本保持不变，为了进一步确认烧结赤铁矿样品内部均一性，我们将赤铁矿样品切开进行剖面分析（图4）。图中数据点不同的颜色代表不同的分析剖面。结合表面分析与横截面分析，说明固相烧结法制备的赤铁矿样品内部和表面Fe 同位素分布均匀，适用于作为微区原位参考物质。

图3 赤铁矿样品间的均一性验证

图4 赤铁矿样品内部均一性验证

为了进一步检验烧结赤铁矿作为参考物质的可行性，我们在湿等离子体条件下利用烧结赤铁矿作为外标，对两个天然磁铁矿参考物质FP-200及HGS-9进行非基体匹配校正。结果如图5所示。测试值与推荐值相吻合，并且测试精度都小于0.1‰，说明本次测试得到的实验数据精确度和准确度良好。上述实验数据也进一步说明固相烧结法制备出来的赤铁矿样品 Fe同位素分布均一，并且能够很好的满足微区原位铁同位素分析的要求。

图5 使用烧结赤铁矿作为外标，校正两种天然磁铁矿参考物质FP-200和HGS-9 的铁同位素组成

文章信息：Xianli Zeng, Ming Li,* Hongyun Jin, Zhiwen Cao, Detao He, Zhaochu Hu, Yongsheng Liu, and Xinna Chai, A Rapid Method for Preparing Hematite Reference Material for in-situ Determination of Iron Isotope Ratios, Atomic Spectroscopy, 2024, 45(6): 532-540. http://doi.org/10.46770/AS.2024.053

通讯作者简介

李明，高级工程师。2004年和2007年分别获中国地质大学（武汉）材料科学与化学工程学院学士和硕士学位，2010年获中国地质大学（武汉）地球科学学院博士学位，毕业后于中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室工作至今。主要研究方向包括分析地球化学、地球化学微区分析以及金属稳定同位素分析。作为 Nu Plasma 1700 MC-ICP-MS 仪器平台的实验室主管，负责全面管理和运营该仪器，并致力于金属稳定同位素分析的相关方法开发。