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随着测试技术的发展,尤其自20世纪90年代多接收杯电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)在地球科学研究领域的应用,实现了对过渡金属元素非传统稳定同位素在自然界中的变化的识别,使过渡金属元素的稳定同位素地球化学研究得到了迅猛发展,成为国际地球科学领域的一个前沿研究方向。过渡金属元素在自然界中广泛地分布于各类岩石、矿物、土壤、地质流体及生物体中,广泛地参与成岩成矿作用及生物界的物质循环,深入研究这些过渡金属元素的同位素地球化学行为,可清楚认识各类地质过程和生物作用过程。镉作为一种过渡金属元素,在自然界中是典型的亲硫元素,与锌的地球化学性质极其相似,常赋存于铅锌矿床中,而在海洋体系中,镉是一种营养物质,其元素的物质循环受生物影响巨大。目前,蒸发/冷凝作用和生物作用是已证实的,可导致显著镉同位素分馏的两大影响因素。镉元素所具备的上述特征使得其同位素体系在天体演化、矿床成因与物质来源、古海洋环境、环境中镉污染来源等方面表现出巨大的应用前景。本文在广泛调研国内外文献基础上,依托地质过程与矿床资源国家重点实验室微区地球化学实验室的实验条件,系统地探讨并建立了地质样品镉同位素分析的化学处理流程,在Neptune Plus型MC-ICP-MS仪器上,建立了测定地质样品中镉同位素组成的分析技术,并用于水系沉积物标准参考物质中镉同位素组成分析,获得它们的镉同位素组成特征。本文主要包括以下几方面内容：1.系统探讨并建立地质样品中镉的分离与富集前处理方法通过对比不同树脂用量的淋洗效果,发现不同元素在特定洗脱条件下能完全洗脱并得以有效分离；针对常规分离与富集流程中元素Sn分离不彻底的问题,采用增大树脂用量配合二次过柱淋洗实验技术,有效地降低了接收Cd的淋洗液中Sn的相对含量,Sn/Cd含量比的范围值从0.03～0.19降低为0.004～0.018,Cd回收率仍大于90%。为证实优化后的分离与富集流程的可靠性,将其用于实际地质标样GSS-1和GSD-12的分析。结果表明：二次过柱淋洗操作的流程本底空白为230pg,占整个样品中镉总量的0.2%,镉同位素标准溶液(]NST SRM3108)中δ114/110Cd值为-0.03±0.08(N=3,2sd),有效地消除了流程空白及柱分馏效应对镉同位素分析结果的影响。2.建立水系沉积物标准参考物质中镉同位素组成的MC-ICP-MS分析方法质量歧视效应是影响精确测定镉同位素的重要因素之一,本研究采用标准与实际样品的交叉组合检测方法(SSB法,Standard-Sample-Bracketing)对仪器质量偏倚进行校正。实验考察了三种不同的质量偏倚校正方法(线性法则、幂法则和指数法),有效校正仪器分析过程中的质量偏倚。1)分离与富集的前处理结果表明,接收Cd的淋洗液中存在ng/g级的元素Sn,针对这一现象,本实验建立了检测110Cd、111Cd、112Cd、113Cd、114Cd、116Cd、117Sn、118Sn质量数信号的杯结构,通过检测117Sn的信号,扣除来自元素Sn对镉同位素测定的干扰；2)仪器接口部分即锥的组合结构影响着镉同位素分析的精密度和准确性。本实验考查了三种锥组合条件下(J+X、J+H、N+H锥组合),测定浓度范围为50～500ng/g镉同位素标准溶液的稳定性,干扰元素Sn、Zn扣除校正情况及长期稳定性等分析性能。实验结果显示,锥组合类型直接影响元素的灵敏度,精密度和准确性；在Neptune Plus多接收电感耦合等离子体质谱仪条件下,J+X锥组合最适宜镉同位素的分析检测,可准确测定浓度范围为50-500ng/g的溶液中镉同位素组成；当溶液中元素Cd/Sn含量比大于10, Cd/Zn含量比范围为2～0.5时,通过扣除校正,可获得准确的镉同位素组成；实验结果表明,镉同位素比值检测精密度可达到0.001～0.002%(RSD)之间,误差范围仅为0.06～0.14(δ114/110Cd,2σ),仪器的长期稳定性为0.12(δ114/110Cd，2δ),分析精度达到国际同类实验室镉同位素测定的水平。3)镉同位素分析测试中,常忽略了浓度效应与多原子离子干扰的问题。实验考察了浓度效应与干扰元素(Ge、Ga、 Mo、Ru、Zr、 Nb)对镉同位素组成测定的影响。结果表明,样品与镉同位素标准溶液中Cd浓度相差20%以内时,误差范围仅为0.03(δ114/110Cd,2σ),可忽略浓度效应对镉同位素测定结果的影响；溶液中Zr/Cd和Nb/Cd含量比大于0.01时,元素Zr和Nb会对镉同位素分析造成不可校正的干扰,测试数据失真,二次过柱淋洗操作可使接收Cd的淋洗液中元素Zr、Nb的含量小于l0pg,可忽略其对镉同位素测定结果的影响。3.测定部分水系沉积物标准参考物质中镉同位素组成基于建立的地质样品镉同位素组成测定方法,开展了水系沉积物标准参考物质GSD-3a, GSD-5a, GSD-7a, GSD-6, GSD-9, GSD-10, GSD-11, GSD-12, GSD-23和GSS-1中镉同位素组成的测定工作,首次报道了它们的镉同位素组成。实验结果显示,114/110Cd值的变化范围为-1.43～-+0.20,不同地区间镉同位素分布存在差异,镉同位素体系可用于识别不同的环境条件(特别是成矿环境条件),在地球科学研究中显示出巨大应用前景。