利用自动固相萃取系统进行铁同位素分离.docx

利用自动固相萃取系统进行铁同位素分离分析测试技术的发展为我们提供了铁（Fe）同位素高精度、高灵敏度测试的途径，开拓了Fe同位素研究新领域，才使Fe同位素在矿床学、地球化学、古海洋学等地学研究领域的工作中占据一席之地[1]在自然界，Fe含量很高，通常在不同环境中以不同形态成矿，因此是矿床学研究的重点Fe同位素分馏行为反映了土壤风化和成土过程，示踪大陆地壳的演化[2]同时，Fe同位素在岩浆过程中会发生明显的分馏，在示踪岩浆作用方面也有重要意义当前最有效的分析测试工具为多接收电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）运用MC-ICP-MS进行Fe同位素比值测定时可能会有一些谱峰干扰，如[40Ar14N]+对54Fe+、54Cr+[40Ca14N]+对54Fe+、58Ni+对58Fe+和[40Ar16O]+对56Fe+的干扰，还有一部分干扰为样品中其他元素在分析测试过程中对Fe造成的质量歧视，也就是我们常说的基体效应[3]为了解决MC-ICP-MS测试过程中的干扰影响，测试前需要对样品进行前处理，常采用的方法为固相萃取Fe的分离富集常选用AG1-X4[4]阴离子交换树脂和AGMP-1[5]阴离子交换树脂。

但传统固相萃取非常耗时，为了减轻实验人员的工作量，现已有商业自动固相萃取装置我们自制了一个自动固相萃取装置，结合AG1-X8阴离子树脂对花岗岩样品中Fe的分离方法进行了研究1、实验部分1.1自动固相萃取系统自制自动固相萃取系统由注射单元、萃取单元、样品收集单元和系统控制单元4部分组成，如图1所示注射单元有4组30mL注射泵，4个9通多位阀和不同种类淋洗试剂组成9通阀的中心阀位是公共阀位，被连接到每一个注射泵的出口2#～8#阀位分别连接不同的淋洗试剂，1#阀位连接到萃取柱的入口萃取单元由4个PFA柱组成PFA柱的上端是通过一个O型圈和螺纹帽进行密封样品收集单元包括4个3通阀，样品收集管和废液瓶上样时，柱帽被旋开，完成后旋紧柱帽使其密闭此时，注射泵开始选择不同的淋洗试剂并按用户自动定义速度注射到PFA萃取柱进行洗脱整个洗脱过程是通过控制单元进行自动化洗脱的图1固相萃取系统原理图1.2试剂和仪器盐酸、硝酸、氢氟酸都通过savillexDST-1000纯化器纯化，被用到样品的消解和洗脱实验中去离子水（电阻率18.25MΩ·cm）是通过MilliporeMilli-Qsystem生产选用的样品为国家标准样品花岗岩（GBW07103）。

所有的实验器具都在使用前用HNO3(20%）在电热板上110℃加热12h，去离子水清洗干净后备用阴离子交换树脂AG1-X8(200-400mesh,Bio-RadLaboratories）被用来分离样品中的铁和其他基体元素萃取柱的型号可根据实际要求改变本次选用PFA柱大小为6mm(i.d．）×80mm(length）为了防止树脂在上端翻起和下端泄漏，我们在柱的上端和下端均安装有一个聚乙烯筛板PerkinElmerAvio500ICP-OES被用来测定样品中的目标元素ICP-OES的运行条件被总结在表1中1.3样品处理实验中选用的样品为国家标准样品花岗岩（GBW07103）高温高压密闭消解是一种常规的消解样品方法，能很好地溶解样品中的各元素[6]参照超基性岩消解方法[7]，称取0.1g样品置于消解罐中，加1mLHNO3(68%）和1mLHF(48%）密闭后的消解罐置于180℃的烘箱中24h，取出消解罐在电热板上150℃蒸干，后加1mLHNO3(68%）蒸干，重复两次去除溶液中的氟离子最后加1mLHNO3(68%）和7mL去离子水在140℃的烘箱中密闭4h完成杂质的重溶冷却后在电热板上蒸干，并用6mol/L的HCl定容至10mL，摇匀待用。

10个空白样品也按照样品处理方法进行处理样品消解完成后按照表2流程进行萃取表1ICP-OES仪器参数表2自动固相萃取条件2、结果和讨论2.1盐酸浓度的影响为了研究不同盐酸浓度对Fe在阴离子树脂上吸附能力的影响，选用不同浓度盐酸对铁进行洗脱如图2所示，当盐酸浓度大于6mol/L时，铁将会以铁的阴离子络合物存在，此时铁会被吸附在阴离子树脂AG1-X8上为了保证实验的可靠性，选择6mol/L盐酸作为基体元素的洗脱液图2盐酸浓度对Fe的影响2.2洗脱体积和流速实验中上样体积为1mL，洗脱流速设置为0.5～2.0mL/min进行对比实验结果如图3所示，随着洗脱流速的增加，消耗的洗脱液体积仅有微小的增加趋势从实验效率和试剂消耗的综合方面考虑，0.5mL/min的速度被选择为最终的洗脱速度图3洗脱曲线2.3方法空白和精密度整个过程的空白样品完全按照样品的处理方法进行处理，按照表2实验方法对国家标准物质（GBW07103）进行平行实验4次，计算相对标准偏差RSD，结果见表3表3空白和精密度实验2.4加标回收实验为了验证方法有效性，分别向样品中加入5、10、15μg/g的Fe，按照方法流程处理样品，最后结果如表4所示，Fe的加标回收率达到96%～107%。

表4Fe的加标回收率3、结论自动固相萃取系统和AG1-X8阴离子交换树脂的结合实现了快速有效的从样品中分离铁和基体干扰元素，消除了铁同位素在测试过程中存在的基体干扰回收率达到96.0%～107%在整个洗脱过程中，包括洗脱试剂的选取，体积，洗脱速度和样品的收集都是通过用户自定义实现的，减少了人为操作的污染风险，节省了劳动力更重要的是，系统的整个流路是相互独立的，且具有耐无机酸腐蚀的优点，减少了交叉污染的风险该系统也是一个多元化的工具，可以有效地应用到不同样品的分离富集方法中参考文献:[1]史同强,许红,张海洋,等.Fe同位素研究现状及其在西沙群岛铁白云岩研究中的应用[J].海洋地质前沿,2018,34(6):50-55.[2]郝春莉.铜锌铁同位素示踪技术在生物和环境领域中的应用[J].化学工程与装备,201(9):262-264.[4]唐索寒,闫斌,李津.少量AG1-X4阴离子交换树脂分离地质标样中的铁及铁同位素测定[J].地球化学,2013,42(1):46-52.[5]唐索寒,朱祥坤.少量AG-MP-1阴离子交换树脂元素分离方法研究[J].高校地质学报,2006,12(3):398-403.[6]张文,胡兆初,刘勇胜,等.密闭高温高压HF-HNO3消解地质样品能力重新评价[J].矿物岩石地球化学通报,2011,30:540.向梅,王彤,徐进勇,石雅静,任子位.地质样品铁同位素自动固相萃取系统研究[J].中国无机分析化学,2020(03):87-92.基金:国家自然科学基金资助项目(41873014).h。