分析地球化学是一门综合了分析化学和地球化学的交叉学科,主要利用分析化学技术手段,以各种类型的地质样品为研究对象,为地质学家提供样品所含的元素或同位素组成信息,是准确理解各种地质作用过程的必要手段。因此,分析地球化学已经成为现代地球化学的重要组成部分,分析技术的快速发展大大促进了地球科学的发展。电感耦合等离子质谱技术具有高灵敏度、检出限低、线性范围宽、多元素同时检测及可进行同位素组成分析测定等优点,被公认为最强有力的痕量元素、超痕量元素及同位素分析技术。本次研究基于无助熔剂高温熔融结合快速酸溶技术,对地质样品进行快速完全消解,准确测定其微量元素和Sr-Nd-Hf同位素组成,并利用激光剥蚀电感耦合等离子技术(LA-Q/MC-ICP-MS)测定硅酸岩玻璃中的微量元素和铅同位素组成。其次,利用超细研磨粉末压片技术,研制S-Pb同位素微区分析硫化物标准物质。最后研发共沉淀方法和两柱分离法,准确测定低Mg含量地质样品中的Mg同位素组成,研制了Mg同位素分析所需的Mg同位素标准溶液和低Mg含量岩石标准物质。1.无助熔剂高温熔融结合快速酸溶,ICP-MS测定岩石粉末中微量元素组成准确测定地质样品中微量元素成为识别壳幔演化过程、岩石成因的一个先决条件。样品前处理步骤至关重要,主要包括:密闭高压酸溶法、微波消解法、熔融法。密闭高压酸溶法可有效消解难溶矿物,但需要较长的消解时间;微波消解法可有效的消解玄武岩样品,但侵入岩样品则不能完全溶解,主要由于其较短的消解时间引起的;熔融法采用加入大量助熔剂,对于测定低含量元素时需要较为纯净的助熔剂,且助熔剂的加入也增加了基体元素。本次研究采用无助熔剂、BN坩埚高温熔融1分钟,合成的硅酸岩熔融玻璃置于密闭Savillex vial中,在电热板上直接加热6小时,ICP-MS直接测定微量元素。结果表明:在溶解6小时下,GSP-2中Zr和Hf的回收率可达到100%,相比较于传统的密闭高压酸溶法,效率提高8倍,同时避免了高温高压溶样过程和助熔剂的使用。对5个喷出岩和5个侵入岩国际标准粉末样品进行分析测定,92%的元素的3次测定值精密度优于4%,大部分元素的测定平均值与参考值比较,在10%的误差范围内。与前人研究成果具有相似的稀土配分曲线,指示岩浆演化和起源的重要元素对比值在10%误差范围内一致。该方法可有效测定岩石样品中36个微量元素,避免使用高温高压溶样弹和助熔剂,大大缩短了消解时间,提高分析效率。2.无助熔剂高温熔融结合快速酸溶,MC-ICP-MS测定Sr-Nd-Hf同位素组成采用无助熔剂高温熔融,结合密闭Savillex Vial快速酸溶法消解合成的硅酸岩玻璃,依次分离Sr-Nd-Hf同位素,利用MC-ICP-MS准确测定Sr-Nd-Hf同位素比值。高温熔融侵入岩和喷出岩均只需一分钟,熔融温度分别是1600 ℃C和1400 ℃C。快速酸溶时间仅为6小时,消解速度是密闭高压酸溶法的16-18倍。此外,该方法Sr-Nd-Hf的全流程空白与密闭高压酸溶法的全流程空白相同,略低于碱熔法。对国际岩石粉末标准进行重复实验分析得到的176Hf/177Hf、87Sr/86Sr及143Nd/144Nd比值和前人使用MC-ICP-MS或TIMS得到的数据具有良好的一致性。十个国际标准岩石粉末标准87Sr/86Sr、143Nd/144Nd及 176Hf/177Hf值的外部再现性分别是±0.000030、±0.000030、±0.000018。3.飞秒激光剥蚀多接收等离子体质谱测定无助熔剂高温熔融硅酸岩玻璃微量元素和铅同位素组成无助熔剂高温熔融硅酸岩玻璃具有均一的主、微量元素和同位素组成,适用于激光法分析,通过微区分析技术快速准确测定微量元素和铅同位素组成。6个国际标准岩石粉末样品用于评估该方法的有效性。岩性为基性到酸性的国际标样中34个微量元素测定平均值与参考值在15%误差范围内一致,铅同位素组成与参考值在2s误差范围内一致。相比较于四极杆等离子体质谱和纳秒激光多接收等离子体质谱法,207Pb/206Pb和208Pb/206Pb的精密度有2-3倍的提高,207,208Pb/206Pb准确度介于-0.073%~+0.023%之间,适用于地质样品。对于206,207,208Pb/204Pb,RGM-2(20ppm)和BCR-2(11ppm)的准确度分别为 0.029%和 0.055%,GSR-3(4.27ppm)准确度介于-0.064%~-0.004%之间,同时具备可接受的精密度<0.30%(2RSD)。该方法具有简单、环保、快速测定地质样品中微量元素和铅同位素组成的优点,同时具备可接受的精密度和准确度。4.S-Pb同位素微区分析硫化物标准物质研制微区原位硫、铅同位素组成准确测定需要基体匹配且同位素组成均一的硫化物标准物质,外标物质的缺乏限制了微区S-Pb同位素的应用。本文对添加了微量方铅矿的硫化物样品采用超细研磨,再利用压片机合成黄铜矿(PSPT-1)、黄铁矿(PSPT-2)和闪锌矿(PSPT-3)3个不同基体的硫化物标准物质。Pb同位素微区原位分析过程中,采用不同基体的外标物质进行校正,分析结果表明:基体匹配下,PSPT-1和PSPT-2铅同位素准确度介于-0.022%和0.011%之间,非基体匹配下,准确度介于-0.023%和0.059%之间。因此,非基体匹配下,也可获得准确的铅同位素比值。均一性检验表明207,208Pb/206Pb和206,207,208Pb/204Pb的外精度(2RSD)分别优于0.057%和0.026%。与化学法参考值比较,207,208Pb/206Pb 和 206,207,208Pb/204Pb 准确度分别优于 0.025%和 0.032%。S 同位素微区分析采用“标样-样品”交叉法,S同位素外部精度(2SD)介于0.23‰与0.41‰之间,且与化学法测定值在2s误差范围内一致。微区原位S-Pb同位素外部精度较好,S和Pb同位素在微区范围内均一,可作为实验室内部标准物质。利用超细研磨结合粉末压片技术,可合成S-Pb同位素均一的不同基体的硫化物外标,同时为合成其他基体硫化物标样提供了一种广泛适用的方法。5.共沉淀法测定低Mg岩石样品的Mg同位素组成建立低Mg的岩石样品的Mg同位素化学分离方法,主要包括共沉淀法除K元素,充填2 mL AG50W-X12阳离子交换树脂的大柱子除Fe和Ca元素,充填0.5 mL AG50W-X12阳离子交换树脂的小柱子除Na、Al、Ti和Fe元素。全流程Mg同位素的回收率为98.2%-101.3%,全流程空白为30ng。在湿法湿锥的条件下,对MC-ICP-MS分析Mg同位素过程的酸度效应、浓度效应和基体效应进行了评估。基于建立的Mg同位素分离测试方法,15个岩石粉末标准的δ26Mg值与参考值或前人的测定值一致,表明建立的方法可用于测定超基性岩到酸性岩的δ26Mg比值。建立了用于仪器质量分馏校正、检验仪器状态和稳定性的Mg同位素标准溶液GSB Mg,经过F检验均匀性良好,在15个月内δ25Mg和δ26Mg值没有显著变化,具有良好的稳定性。通过批内瓶间的不确定度(ubb)、长期重现性不确定度(ults)和定值不确定度(uchdr)确定GSB Mg溶液的总不确定度(uCRM)为 0.062‰,K=2,最终的 GSB Mg 的参考值为 δ26Mg =-2.045± 0.062‰。同时建立了用于监控低Mg含量岩石样品整个溶样、化学分离及分析测试流程的岩石标准物质GSR-1和RGM-2。