本文選題：鎘同位素　切入點(diǎn)：分離提純與富集　出處：《中國(guó)地質(zhì)大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：從20世紀(jì)90年代開(kāi)始,隨著多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜(MC-ICP-MS)廣泛應(yīng)用及同位素分析技術(shù)的進(jìn)步,推動(dòng)了非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素體系在地球科學(xué)研究領(lǐng)域的應(yīng)用,為探索地球的早期演化和生命起源、環(huán)境演變與深部地質(zhì)過(guò)程等提供了新的思路和研究手段,從而促使了從低溫生物作用至高溫巖漿作用的一系列領(lǐng)域的深入研究。非傳統(tǒng)穩(wěn)定同位素鎘(Cd)的研究表明,蒸發(fā)/冷凝過(guò)程、海洋微生物吸收利用過(guò)程以及Fe-Mn結(jié)核吸附過(guò)程會(huì)導(dǎo)致Cd同位素發(fā)生分餾。然而,Cd同位素地球化學(xué)的研究仍處在起步階段,深入開(kāi)展Cd同位素測(cè)試技術(shù)和Cd同位素分餾機(jī)理研究、完善各物質(zhì)儲(chǔ)庫(kù)中的Cd同位素分布以及Cd同位素體系在環(huán)境科學(xué)和地球科學(xué)中的應(yīng)用是一項(xiàng)探索性的研究工作,是具有重要學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用前景的。本文在廣泛調(diào)研國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)基礎(chǔ)上,圍繞Cd同位素地球化學(xué)分析測(cè)試技術(shù)及其古海洋環(huán)境指示意義方面開(kāi)展一系列的探索性研究工作。系統(tǒng)地探討并建立了密閉消解石墨爐原子吸收(GFAAS)佳確測(cè)定地質(zhì)樣品中痕量Cd的方法,實(shí)現(xiàn)了樣品含量低于1.0μg·g-1的準(zhǔn)確分析,并提出了部分標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)的Cd含量的參考值；實(shí)驗(yàn)研究了地質(zhì)樣品中鎘的分離提純與富集預(yù)處理流程,建立了高精度Cd同位素MC-ICP-MS分析方法,對(duì)具有代表性的巖石、土壤、沉積物標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)進(jìn)行Cd同位素組成分析,豐富和完善自然體系中Cd同位素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)；通過(guò)對(duì)華南地區(qū)的浙江煤山剖面和安徽巢湖剖面的微量元素及Cd同位素組成分析,初步探尋Cd同位素的古海洋環(huán)境指示意義,探索二疊-三疊紀(jì)之交的海洋環(huán)境狀況以及滅絕前后初級(jí)生產(chǎn)力的演化過(guò)程。本文研究獲得如下幾方面創(chuàng)新性成果和認(rèn)識(shí)：(1)建立地質(zhì)樣品中痕量Cd的準(zhǔn)確測(cè)定方法,實(shí)現(xiàn)了樣品含量低于1.0μg·g-1的準(zhǔn)確分析,并提出了部分標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)的Cd含量的參考值。建立了高溫高壓密閉消解石墨爐原子吸收準(zhǔn)確測(cè)定地質(zhì)樣品中痕量Cd的方法,以0.05%的Pd(NO3)2為基體改進(jìn)劑,灰化溫度和原子化溫度分別為500℃和1600℃。定量限為0.75ng·g-1,特征質(zhì)量為0.8±0.1 pg。采用該方法對(duì)11個(gè)USGS標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)和40個(gè)IGGE標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)進(jìn)行了Cd含量的分析測(cè)試,其中47個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)的測(cè)定值與參考值或文獻(xiàn)報(bào)道推薦值相一致,證實(shí)了該方法的可靠性。DNC-la, GSP-2, COQ-1和GBW03103這4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)尚無(wú)Cd含量的參考值和文獻(xiàn)報(bào)道值,得到測(cè)定值分別為0.079±0.007μg·g-1、O.1O6±O.OO8μg·g-1、0.556±0.042μg·g-1和0.052±0.004μg·g-1,由于維持3個(gè)月的多次重復(fù)消解測(cè)試均得到較好的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差,說(shuō)明該方法給出的DNC-1a、GSP-2、COQ-1和GBW03103的Cd含量值是可信的。(2)建立地質(zhì)樣品中痕量Cd的分離提純與富集預(yù)處理流程,采用二次過(guò)柱流程,實(shí)驗(yàn)本底空白為230pg,實(shí)現(xiàn)了Sn和Cd的有效分離。針對(duì)常規(guī)地質(zhì)樣品中Cd的分離富集流程中元素Sn和Cd分離不完全的問(wèn)題,采用增大樹(shù)脂用量和二次過(guò)柱的方法,有效地達(dá)到元素Sn和Cd的分離效果,并保證了Cd的回收率均高于90%,有效地解決了地質(zhì)樣品中Cd同位素質(zhì)譜測(cè)試過(guò)程中Sn對(duì)Cd的干擾問(wèn)題。二次過(guò)柱的流程本底空白為230pg,占樣品中Cd含量的0.2%,可忽略二次過(guò)柱淋洗操作中污染的帶入；同時(shí),使用Cd同位素標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行二次過(guò)柱(n=3),測(cè)得同位素組成δ114/110Cd值為-0.03±0.08(N=3,2sd),可忽略二次過(guò)柱的柱分餾效應(yīng)。(3)建立高精度Cd同位素比MC-ICP-MS分析方法,同位素比精度為0.001～0.002%(RSD), δ114/110Cd (2sd)為0.06～0.14。針對(duì)于地質(zhì)樣品中Cd同位素分析測(cè)試,對(duì)比不同類型錐組合對(duì)Cd同位素測(cè)試結(jié)果的影響。J+X錐組合條件下,儀器具有較高的靈敏度,且能較為準(zhǔn)確的測(cè)定低濃度Cd同位素標(biāo)準(zhǔn)溶液的Cd同位素比值,誤差范圍僅為0.06～0.14(δ114/110Cd,2sd),精密度達(dá)到0.001～0.002%(RSD),長(zhǎng)期穩(wěn)定性為0.12(δ114/110Cd,2sd)。并考察了同量異位干擾元素Sn和多原子離子干擾元素Ge、Ga、Nb、Zr、Mo、Ru、Zn以及濃度效應(yīng)對(duì)Cd同位素測(cè)試結(jié)果的影響。當(dāng)Sn/Cd的含量比值增至為0.2和1時(shí),Sn/Cd與6114/110Cd值之間存在正相關(guān)關(guān)系,Sn對(duì)Cd同位素的測(cè)定造成嚴(yán)重的干擾。當(dāng)Nb/Cd和Zr/Cd含量比值超過(guò)0.01時(shí),Nb與Zr對(duì)Cd同位素的分析會(huì)造成嚴(yán)重的干擾。而地質(zhì)樣品中元素Sn、Nb、Zr、Ge、Ga、 Mo、Ru和Zn在經(jīng)過(guò)上述建立的Cd化學(xué)分離流程后,均達(dá)到了質(zhì)譜測(cè)試要求,可忽略這些元素對(duì)Cd同位素分析的干擾。樣品溶液與Cd同位素標(biāo)準(zhǔn)溶液中的Cd濃度變化范圍小于20%時(shí),濃度效應(yīng)可以忽略不計(jì)。(4)以NIST 3108 Cd同位素標(biāo)準(zhǔn)溶液為基準(zhǔn),報(bào)道了巖石、土壤、沉積物等12個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)的δ114/110Cd值,豐富和完善了自然體系中Cd同位素?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。以NIST 3108 Cd同位素標(biāo)準(zhǔn)溶液為基準(zhǔn),報(bào)道了12個(gè)國(guó)際/國(guó)家?guī)r石標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)的Cd同位素組成。標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)GSS-1相對(duì)于GSD-12富集重Cd同位素,GSD-11的Cd同位素組δ114/110CdNIST為-0.19,相對(duì)于NIST 3108 Cd標(biāo)準(zhǔn)溶液富集輕Cd同位素,與前人研究結(jié)果相一致,證實(shí)了本次工作建立的地質(zhì)樣品中Cd的分離提純與富集流程及Cd同位素質(zhì)譜分析方法的可靠性。BCR-2和BHVO-2具有相同的Cd同位素組成,土壤和水系沉積物標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)的Cd同位素δ114/110Cd值的變化范圍為-0.25～+0.26,與玄武巖BCR-2和BHVO-2的Cd同位素組成表現(xiàn)出明顯的差異性。(5)報(bào)道了二疊-三疊紀(jì)界線煤山剖面和巢湖剖面的δ114/110Cd值,初步探尋了Cd同位素的古海洋環(huán)境指示意義。二疊-三疊紀(jì)之交的生物滅絕事件是顯生宙以來(lái)最大規(guī)模的一次,華南地區(qū)90%的海洋生物種、70%的陸生脊椎動(dòng)物屬以及大部分的陸生植物滅絕。本次研究在總結(jié)二疊-三疊紀(jì)界線事件研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上,對(duì)華南地區(qū)的浙江煤山剖面和安徽巢湖剖面進(jìn)行微量元素及Cd同位素分析,初步探尋Cd同位素的古海洋環(huán)境指示意義。研究表明二疊紀(jì)末的海洋環(huán)境為高初級(jí)生產(chǎn)力,海水上升流劇增的亞穩(wěn)定狀態(tài)；三疊紀(jì)早期的古海洋沉積環(huán)境均表現(xiàn)為海洋循環(huán)衰退,初級(jí)生產(chǎn)力低,可能達(dá)到二疊-三疊紀(jì)之交最低點(diǎn),呈現(xiàn)缺氧強(qiáng)還原的一潭死水般的滯留海洋環(huán)境。二疊-三疊紀(jì)之交,呈現(xiàn)為初級(jí)生產(chǎn)力快速降低和海洋環(huán)境急劇惡化的過(guò)程。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P597;P736.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1629189