專利名稱：鍶同位素質(zhì)譜分析的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于同位素質(zhì)譜學(xué)(isotope mass spectrometer)和同位素地質(zhì)年代學(xué)(isotope geochronology)。
背景技術(shù)：
地球上的元素鍶有四個(gè)同位素，即84Sr、86Sr、87Sr、88Sr，其豐度為0.56％，9.86％，7.00％和82.58％。其中部分87Sr是由87Rb的β蛻變87Rb→87Sr+β-反應(yīng)產(chǎn)生的，其衰變常數(shù)為(1.42±0.05)×10-12年-1，所以自然界的87Sr的豐度是變化的，其取決于Rb/Sr和年齡。通常都是以比值87Sr/86Sr來表示87Sr的相對(duì)豐度。所以，精確地測(cè)量巖石中的鍶的各同位素含量及其比值就可以測(cè)定巖石的年齡。鍶含量非常低，對(duì)其進(jìn)行測(cè)量可采用非稀釋法和稀釋法，用同位素稀釋法來進(jìn)行測(cè)量是將待測(cè)樣品加入鍶的人工同位素稀釋劑后進(jìn)行化學(xué)分離，其為現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)容，該鍶的人工同位素稀釋劑中87Sr/86Sr＝S1、88Sr/86Sr＝S2、87Sr/86Sr＝Si均為已知，而自然界中，即待測(cè)樣品中的84Sr/86Sr＝N1和88Sr/86Sr＝N2是恒定的，分別為0.056584和8.37521。
為了測(cè)量鍶的各同位素含量及其比值，現(xiàn)有技術(shù)提出了兩種解決方法。
第一種解決方法是常規(guī)的慣用方法，即為在鍶的同位素地質(zhì)年代學(xué)所提出的，既要用稀釋法測(cè)鍶的含量，又要用非稀釋法求87Sr/86Sr的比值，從而進(jìn)行多次完全相同的化學(xué)流程和質(zhì)譜分析來完成；該方法可以使用單接收的同位素質(zhì)譜計(jì)和多接收的同位素質(zhì)譜計(jì)，單接收的同位素質(zhì)譜計(jì)一次只能同時(shí)測(cè)量一個(gè)同位素，而多接收的同位素質(zhì)譜計(jì)一次可以同時(shí)測(cè)量多個(gè)同位素，因此可以用來對(duì)鍶的同位素進(jìn)行分析。如代表當(dāng)今國際質(zhì)譜技術(shù)最高水平之一的美國Finigan Mat質(zhì)譜公司所出品的帶有“虛擬放大器”的多接收的同位素質(zhì)譜計(jì)，其在美國專利號(hào)US 342,152中有過該“虛擬放大器”的描述。
第二種解決方法是本發(fā)明人在專利號(hào)為ZL97100609.1的中國專利中所提出的方法，該方法利用多接收同位素質(zhì)譜計(jì)一次就完成了鍶的各同位素含量及87Sr/86Sr的比值的測(cè)量和計(jì)算，僅需一次化學(xué)流程和質(zhì)譜分析即可；其解決了不同接收器之間的增益差別問題，同時(shí)使鍶的同位素分餾得到了自動(dòng)校正，這兩點(diǎn)，在國內(nèi)外還沒有其他方法得到如此完美的解決。
但是，上述的兩種解決方法各自均存在諸多不足。
第一種解決方法由于工序測(cè)量復(fù)雜，必須對(duì)天然鍶先后進(jìn)行稀釋分析和非稀釋分析，不能把兩種分析合起來一次完成；而且其必須計(jì)算出諸如增益之類的中間值，在解決增益差的問題時(shí)比較繁瑣，不夠科學(xué)，也不夠徹底。雖然Finigan Mat質(zhì)譜公司所出品的帶有“虛擬放大器”的多接收的同位素質(zhì)譜計(jì)也是考慮到如何解決增益差的問題，但是其提出的軟件解決方案仍然比較煩瑣，不夠科學(xué)，也不夠徹底。
第二種解決方法雖然可以實(shí)現(xiàn)稀釋分析和非稀釋分析合起來一次完成，但是該方法是以動(dòng)態(tài)跳掃來完成的，即在一個(gè)測(cè)量周期中，必須通過改變質(zhì)譜計(jì)的磁場(chǎng)大小，來改變譜峰的位置，使得離子流被不同的接收器所接收，即使得同位素被切換到不同的接收器上，達(dá)到掃描的目的，其缺點(diǎn)是1、由于磁場(chǎng)強(qiáng)度是通過電磁鐵電流的突變(此為稱之為跳掃的原因)從一個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度變化到另一個(gè)磁場(chǎng)強(qiáng)度，需要一定的設(shè)定時(shí)間，而且跳掃的峰位也不是絕對(duì)重復(fù)的，會(huì)直接影響到測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
2、當(dāng)磁場(chǎng)改變的同時(shí)，離子流在不同接收器之間掃動(dòng)，產(chǎn)生拖尾效應(yīng)，會(huì)在接收器上產(chǎn)生雜亂數(shù)據(jù)。
為了盡量減少上述缺點(diǎn)，在采集每個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)往往需要等待2-4秒鐘。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了改進(jìn)鍶的同位素分析，提供一種鍶同位素質(zhì)譜分析方法，其是將鍶同位素的比值和含量測(cè)定合起來一次自動(dòng)完成，并且使得測(cè)量過程更加簡(jiǎn)單。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種改良的鍶同位素質(zhì)譜分析方法，其將待測(cè)樣品和鍶的同位素稀釋劑混合后，使用多接收質(zhì)譜計(jì)進(jìn)行測(cè)量，其中該質(zhì)譜計(jì)包含有不少于五個(gè)的接收器Fj(j＝1-5)，該接收器所接收的鍶同位素質(zhì)量數(shù)固定不變，質(zhì)量數(shù)84、85、86、87、88由不同的接收器F1、F2、F3、F4、F5所接收；通過該接收器進(jìn)行不少于3次的測(cè)量，第一次測(cè)量時(shí)至少讀取接收器F1、F2、F3、F4、F5所對(duì)應(yīng)的電壓值v1j(j＝1-5)，第二次測(cè)量時(shí)至少讀取接收器F2、F3、F4、F5所對(duì)應(yīng)的電壓值v2j(j＝1-4)，第三次測(cè)量時(shí)至少再讀取接收器F3、F4、F5所對(duì)應(yīng)的電壓值v3j(j＝1-3)；至少利用下面三個(gè)關(guān)系式(84Sr/86Sr)n·(88Sr/86Sr)n＝(v11·v33)/(v13·v31)、[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]1＝(v14·v23)/(v13·v24)、[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]2＝(v23·v32)/(v22·v33)；和利用下述兩種關(guān)系式中的一種或兩種非稀釋分析中的(88Sr/86Sr)n＝8.37521；稀釋分析中的[S1-(84Sr/86Sr)n]/[(84Sr/86Sr)n-N1]＝[S2-(88Sr/86Sr)n]/[(88Sr/86Sr)n-N2]以及Ni＝(87Sr/86Sr)n+[(87Sr/86Sr)n-Si]·(N1-M1)/(M1-S1)；其中上述關(guān)系式中(84Sr/86Sr)n、(87Sr/86Sr)n、(88Sr/86Sr)n為待求的經(jīng)過同位素分餾校正過的84Sr/86Sr、87Sr/86Sr、88Sr/86Sr標(biāo)準(zhǔn)化值；S1、Si、S2分別為稀釋劑中的84Sr/86Sr、87Sr/86Sr、88Sr/86Sr參數(shù)，其為已知量；N1、N2分別為待測(cè)樣品中天然鍶的84Sr/86Sr和88Sr/86Sr參數(shù)，其為已知量；Ni相當(dāng)于稀釋劑干擾校正后的(87Sr/86Sr)n，M1為待測(cè)樣品和稀釋劑混合的(84Sr/86Sr)n；從而在一個(gè)測(cè)試周期內(nèi)同時(shí)獲得了待測(cè)樣品中的至少兩個(gè)(87Sr/86Sr)n的測(cè)量值，即[(Sr87/Sr86)n]1=(V14·V23)·K/(V13·V24)]]>[(Sr87/Sr86)n]2=(V23·V32)·K/(V22·V33)]]>其中K為(88Sr/86Sr)n值。
通過所述關(guān)系式還可獲得稀釋劑和樣品的混合比(84Sr/86Sr)n和(88Sr/86Sr)n值。和其中，如果所述的稀釋劑的使用量為零時(shí)，關(guān)系式Ni＝(87Sr/86Sr)n+[(87Sr/86Sr)n-Si]·(N1-M1)/(M1-S1)仍然成立，此時(shí)，M1→N1，該關(guān)系式的第二項(xiàng)實(shí)際上趨于零，即為虛稀釋分析法。
本發(fā)明所述方法通過動(dòng)態(tài)的虛擬放大器的方式來讀取接收器輸出的電壓值，再利用一系列單個(gè)接收器的、體現(xiàn)已知量和未知量的特有關(guān)系式，即可得到待測(cè)樣品的同位素比值，而可實(shí)現(xiàn)對(duì)鍶的稀釋和非稀釋分析作標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算，以克服同位素分餾作業(yè)，從而提高測(cè)量計(jì)算的可靠性；本發(fā)明大大減小了化學(xué)分析和質(zhì)譜分析的工作量，使得操作更加簡(jiǎn)單快捷；本發(fā)明保持離子流相對(duì)穩(wěn)定不變，僅僅讀取接收器的輸出電壓值，使得測(cè)量分析過程更加簡(jiǎn)單，易于操作。
為便于貴審查員能進(jìn)一步了解有關(guān)本發(fā)明為達(dá)上述目的所采用的技術(shù)手段及其功效，茲例舉較佳實(shí)施例并配合圖式說明如下。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例第一次測(cè)量時(shí)，裝設(shè)有虛擬放大器的熱電離質(zhì)譜計(jì)的“跳掃”示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例第二次測(cè)量時(shí)，裝設(shè)有虛擬放大器的熱電離質(zhì)譜計(jì)的“跳掃”示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例第三次測(cè)量時(shí)，裝設(shè)有虛擬放大器的熱電離質(zhì)譜計(jì)的“跳掃”示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例第四次測(cè)量時(shí)，裝設(shè)有虛擬放大器的熱電離質(zhì)譜計(jì)的“跳掃”示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例第五次測(cè)量時(shí)，裝設(shè)有虛擬放大器的熱電離質(zhì)譜計(jì)的“跳掃”示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)描述，但其并不用于限制本發(fā)明。
本發(fā)明實(shí)施例應(yīng)用于一臺(tái)裝設(shè)有虛擬放大器的熱電離質(zhì)譜計(jì)，其選用Finnigan Mat質(zhì)譜公司的虛擬放大器產(chǎn)品，以用于鍶的同位素質(zhì)譜分析，該熱電離質(zhì)譜計(jì)為多接收同位素質(zhì)譜計(jì)，可以一次同時(shí)測(cè)量多個(gè)同位素，其包含有九個(gè)接收器F1、F2、...Fj...、F9和九個(gè)放大器A1、A2、...Aj...、A9，這些接收器Fj(j＝1-9)的增益為G(j)，本發(fā)明實(shí)施例只選用其中的五個(gè)接收器Fj(j＝1-5)和五個(gè)放大器Aj(j＝1-5)，如圖1所示，這些接收器Fj(j＝1-5)選用法拉第杯(FaradayCups)。本發(fā)明實(shí)施例的重點(diǎn)在于離子流保持相對(duì)穩(wěn)定，而該五個(gè)接收器Fj(j＝1-5)每個(gè)也分別固定地接收特定質(zhì)量單位的同位素，其所接收的質(zhì)量數(shù)相對(duì)固定，并在一個(gè)測(cè)量周期內(nèi)的不同測(cè)試時(shí)間點(diǎn)，通過五個(gè)接收器Fj(j＝1-5)和五個(gè)放大器Aj(j＝1-5)的動(dòng)態(tài)連接(即構(gòu)成一個(gè)虛擬放大器)，而獲得所需的電壓信號(hào)，因此一次性地完成對(duì)鍶同位素的比值和含量的測(cè)量。下面具體詳細(xì)描述其實(shí)現(xiàn)過程。
將待測(cè)樣品經(jīng)過稀釋或者非稀釋后的鍶樣品形成離子流通過電磁場(chǎng)后，調(diào)節(jié)熱電離質(zhì)譜計(jì)上的五個(gè)接收器Fj(j＝1-5)，使得五個(gè)接收器Fj(j＝1-5)依次同時(shí)接收到從84Sr、85Rb、86Sr、87Sr、88Sr的各譜峰，并保持穩(wěn)定地對(duì)準(zhǔn)峰中心，其所接收的離子流強(qiáng)度分別為84I、85I、86I、87I、88I。如圖1所示，在五個(gè)接收器Fj(j＝1-5)和五個(gè)放大器Aj(j＝1-5)之間設(shè)置有一個(gè)可控的繼電器矩陣R1，該五個(gè)放大器的增益分別為G(1)、G(2)、G(3)、G(4)、G(5)，在該繼電器矩陣R1的控制下，形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的虛擬放大器。繼電器矩陣的控制問題，屬于公知技術(shù)，在此不再詳細(xì)敘述。
第一實(shí)施例如圖1至圖5所示，本實(shí)施例測(cè)量的周期包含有五個(gè)測(cè)試時(shí)間點(diǎn)ti(i＝1-5)(雖然實(shí)施本發(fā)明僅僅需要開始的3個(gè)測(cè)試時(shí)間點(diǎn)即可，如t1、t2、t3)，在每個(gè)測(cè)試時(shí)間點(diǎn)均分別讀取放大器A1、A2、A3、A4、A5輸出的信號(hào)vij，為了計(jì)算方便，以下計(jì)算該信號(hào)vij值時(shí)假設(shè)放大器的增益為G(j)(j＝1-5)。
在測(cè)試時(shí)間點(diǎn)t1、t2、t3、t4、t5階段，如圖1-圖5所示是本發(fā)明實(shí)施例測(cè)量時(shí)，裝設(shè)有虛擬放大器的熱電離質(zhì)譜計(jì)的“跳掃”示意圖，通過控制繼電器矩陣R1，使得五個(gè)放大器Aj(j＝1-5)所接收同位素的質(zhì)量數(shù)分別在84Sr、85Rb、86Sr、87Sr、88Sr之間循環(huán)對(duì)應(yīng)。將每次跳掃所得到與各放大器對(duì)應(yīng)的峰值，填入下表，即得到一個(gè)掃描周期內(nèi)的多接收譜圖。

上表中的數(shù)字為在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)時(shí)的與各放大器對(duì)應(yīng)峰值的質(zhì)量數(shù)。下面采用矩陣法來表示和計(jì)算處理多接收譜圖，上表1可以表示為V11V12V13V14V15V21V22V23V24V25V31V32V33V34V35V41V42V43V44V45V51V52V53V54V55]]>其中V11＝84I·G(1)·f(t1)；V21＝85I·G(1)·f(t2)；V31＝86I·G(1)·f(t3)；V41＝87I·G(1)·f(t4)；V51＝88I·G(1)·f(t5)；V12＝85I·G(2)·f(t1)；V22＝86I·G(2)·f(t2)；V32＝87I·G(2)·f(t3)；V42＝88I·G(2)·f(t4)；V52＝84I·G(2)·f(t5)；
V13＝86I·G(3)·f(t1)；V23＝87I·G(3)·f(t2)；V33＝88I·G(3)·f(t3)；V43＝84I·G(3)·f(t4)；V53＝85I·G(3)·f(t5)；V14＝87I·G(4)·f(t1)；V24＝88I·G(4)·f(t2)；V34＝84I·G(4)·f(t3)；V44＝85I·G(4)·f(t4)；V54＝86I·G(4)·f(t5)；V15＝88I·G(5)·f(t1)；V25＝84I·G(5)·f(t2)；V35＝85I·G(5)·f(t3)；V45＝86I·G(5)·f(t4)；V55＝87I·G(5)·f(t5)；f(t1)、f(t2)、f(t3)、f(t4)、f(t5)分別為在測(cè)試時(shí)間t1、t2、t3、t4、t5總離子流的漲落因子。
將上述放大器輸出的信號(hào)vij選擇適當(dāng)規(guī)律進(jìn)行組合，并經(jīng)過簡(jiǎn)單運(yùn)算和消除相同的因子，得到(v11·v33)/(v13·v31)＝(84I·88I)/(86I·86I)＝(84Sr/86Sr)m·(88Sr/86Sr)m(1)這里m表示為測(cè)量值。
根據(jù)參考第一文獻(xiàn)(G.J.Wasserburg et al.，Precise determination ofSm/Nd rations，Sm and Nd isotopic abundances in standardsolutions，Geochemicael Cosmochimica Acta，1981，45，P2311-2323)的第2315頁同位素標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算公式可知若(88Sr/86Sr)n＝(88Sr/86Sr)m/(1+2α)則(84Sr/86Sr)n＝(84Sr/86Sr)m·(1+2α)；即
(88Sr/86Sr)m＝(88Sr/86Sr)n·(1+2α) (2)(84Sr/86Sr)m＝(84Sr/86Sr)n/(1+2α)(3)這里的n表示為標(biāo)準(zhǔn)化值，其中，α為單位質(zhì)量同位素的分餾因子，將(2)、(3)式分別代入(1)式得到[(84Sr/86Sr)n·(88Sr/86Sr)n]1＝(v11·v33)/(v13·v31)(4)此處的(84Sr/86Sr)n和(88Sr/86Sr)n正是所要求的經(jīng)過同位素分餾校正過的標(biāo)準(zhǔn)化值。
同樣，利用上述放大器輸出的信號(hào)vij，還可以得到另外五個(gè)關(guān)于鍶同位素比值的方程[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]1＝(v14·v23)/(v13·v24) (5)[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]2＝(v23·v32)/(v22·v33) (6)[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]3＝(v32·v41)/(v31·v42)(7)[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]4＝(v41·v51)/(v51·v45) (8)[(84Sr/86Sr)n·(88Sr/86Sr)n]2＝(v34·v51)/(v31·v54) (9)觀察上述(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)式，可以得到一個(gè)非常有意義的結(jié)論可以從多接收熱電離同位素分析中，測(cè)得成雙成對(duì)的同位素比值的標(biāo)準(zhǔn)化值的乘積，其結(jié)果與測(cè)量部件的增益G(j)無關(guān)，也與同位素的分餾因子α無關(guān)，只須求解這些方程，就可得到各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化值。
對(duì)應(yīng)鍶同位素的非稀釋分析，(88Sr/86Sr)n＝8.37521 (10)用公式(10)分別乘以方程(5)、(6)、(7)、(8)的兩邊，便可得到這四個(gè)方程中(87Sr/86Sr)n的解。
而對(duì)于稀釋分析，方程(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)式，既不能單獨(dú)求解，也不能聯(lián)立求解，將方程(4)與第二文獻(xiàn)(Boelrijk，NA.I.M.，”A general formula for‘Double’isotope dillutionanalysis”，Chemical Geology，3(1968)323-325)中提出的雙稀釋公式聯(lián)立，即引入(S1-D1)/(D1-N1)＝(S2-D2)/(D2-N2)；其中N1、N2是已知量，分別相當(dāng)于待測(cè)樣品中天然鍶的84Sr/86Sr和88Sr/86Sr參數(shù)；
S1、S2是已知量，分別相當(dāng)于人工同位素稀釋劑中的84Sr/86Sr和88Sr/86Sr參數(shù)；D1、D2則分別相當(dāng)本發(fā)明實(shí)施例公式(4)和公式(9)中的(84Sr/86Sr)n和(88Sr/86Sr)n參數(shù)；因此可以先求解方程(4)和公式(9)中，得到兩對(duì)重復(fù)的(84Sr/86Sr)n和(88Sr/86Sr)n這兩個(gè)比值，這些比值在誤差范圍之內(nèi)是重復(fù)的。
如再假設(shè)(88Sr/86Sr)n＝K (11)再將(11)式分別與(5)、(6)、(7)、(8)式聯(lián)立得到[(Sr87/Sr86)n]1=(V14·V23)·K/(V13·V24)---(12)]]>[(Sr87/Sr86)n]2=(V23·V32)·K/(V22·V33)---(13)]]>[(Sr87/Sr86)n]3=(V32·V41)·K/(V41·V42)---(14)]]>[(Sr87/Sr86)n]4=(V41·V55)·K/(V51·V45)---(15)]]>因此，在一個(gè)掃描周期內(nèi)，可以得到4個(gè)平行的(87Sr/86Sr)n比值和2個(gè)平行的(84Sr/86Sr)n比值，這是本實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。它不但提高了分析效率，還可以驗(yàn)證數(shù)據(jù)的可靠性。若4個(gè)(87Sr/86Sr)n和2個(gè)(84Sr/86Sr)n在誤差范圍內(nèi)分別相等，則數(shù)據(jù)是可靠的。
下面引用第三文獻(xiàn)(Derek YorkThe Earth’s Age andGeochronology)中公式(3.12)的類似方法，或者，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)表的第四文獻(xiàn)(“稀釋分析的同位素分餾校正——一個(gè)新的同位素標(biāo)準(zhǔn)化程序”，《中國科學(xué)》，A輯，1987年第6期，666-672頁)中的公式(2)，即Ni＝Mi+(Mi-Si)·(N1-M1)/(M1-S1) (16)其中Ni、Mi分別相當(dāng)于對(duì)稀釋劑干擾校正前后的(87Sr/86Sr)n；Si相當(dāng)于稀釋劑中的87Sr/86Sr；N1、S1、M1分別相當(dāng)于天然的、稀釋劑的及混合的84Sr/86Sr比值，用以校正稀釋劑的干擾，便可分別得到待測(cè)樣品中(87Sr/86Sr)n的比值。
而當(dāng)不加稀釋劑時(shí)，M1→N1，公式(16)中的第二項(xiàng)實(shí)際上趨于零，即為虛擬的(非)稀釋分析，所以本發(fā)明人在上述第四文獻(xiàn)中提出的單接收虛稀釋分析的概念，也同樣適用于多接收，即上述方法完全適用于非稀釋分析。
虛稀釋分析的概念的提出，使得同位素分析中的稀釋與非稀釋分析可以采用相同的方法，也都可以使用同一個(gè)分析程序。這樣，不僅使得分析過程簡(jiǎn)化，而且還提高了分析質(zhì)量。
第二實(shí)施例本實(shí)施例和前述的第一實(shí)施例基本相同，不同之處在于本實(shí)施例測(cè)量的周期僅僅包含有三個(gè)測(cè)試時(shí)間點(diǎn)ti(i＝1-3)，而第一實(shí)施例為5個(gè)測(cè)試時(shí)間點(diǎn)(恰好構(gòu)成一個(gè)完整的測(cè)量周期)，如圖1至圖3所示，在每個(gè)測(cè)試時(shí)間點(diǎn)均分別全部或部分地讀取放大器A1、A2、A3、A4、A5輸出的信號(hào)vij。假設(shè)本第二實(shí)施例是通過稀釋分析法來進(jìn)行鍶同位素質(zhì)譜分析。
首先將待測(cè)樣品加入鍶的人工同位素稀釋劑后進(jìn)行化學(xué)分離，其為現(xiàn)有技術(shù)的內(nèi)容，該鍶的人工同位素稀釋劑中84Sr/86Sr＝S1、88Sr/86Sr＝S2、87Sr/86Sr＝Si均為已知，而自然界中，即待測(cè)樣品中的84Sr/86Sr＝N1和88Sr/86Sr＝N2是恒定的，分別為0.056584和8.37521。
其次，使用熱電離質(zhì)譜計(jì)對(duì)稀釋后的待測(cè)樣品測(cè)量。上述稀釋后的鍶樣品通過電磁場(chǎng)形成離子流后，調(diào)節(jié)熱電離質(zhì)譜計(jì)上的五個(gè)接收器Fj(j＝1-5)，使得五個(gè)接收器Fj(j＝1-5)依次同時(shí)接收到從84Sr、85Rb、86Sr、87Sr、88Sr的各譜峰，并保持穩(wěn)定地對(duì)準(zhǔn)峰中心，其所接收的離子流強(qiáng)度分別為84I、85I、86I、87I、88I。
1、在測(cè)試時(shí)間t1階段，如圖1所示是本發(fā)明實(shí)施例第一次測(cè)量時(shí)，裝設(shè)有虛擬放大器的熱電離質(zhì)譜計(jì)的”跳掃”示意圖，通過控制繼電器矩陣R1，使得五個(gè)放大器Aj(j＝1-5)所接收同位素的質(zhì)量數(shù)分別對(duì)應(yīng)于84Sr、85Rb、86Sr、87Sr、88Sr。
2、再經(jīng)過測(cè)試時(shí)間t2，如圖2所示是本發(fā)明實(shí)施例第二次測(cè)量時(shí)，裝設(shè)有虛擬放大器的熱電離質(zhì)譜計(jì)的”跳掃”示意圖，同樣通過控制繼電器矩陣R1，四個(gè)放大器Aj(j＝1-4)所接收同位素的質(zhì)量數(shù)分別對(duì)應(yīng)于85Rb、86Sr、87Sr、88Sr，此時(shí)，值得注意的是，和圖中所示不同的是放大器A5是懸空的。
3、最后經(jīng)過測(cè)試時(shí)間t3，如圖3所示是本發(fā)明實(shí)施例第三次測(cè)量時(shí)，裝設(shè)有虛擬放大器的熱電離質(zhì)譜計(jì)的”跳掃”示意圖，也同樣通過控制繼電器矩陣R1，三個(gè)放大器Aj(j＝1-3)所接收同位素的質(zhì)量數(shù)分別對(duì)應(yīng)于86Sr、87Sr、88Sr，此時(shí)，值得注意的是，和圖中所示不同的是放大器A4、A5是懸空的。
將上述測(cè)試時(shí)間點(diǎn)得到的放大器的輸出電壓值采用矩陣法來表示為V11V12V13V14V15V21V22V23V24V25V31V32V33V34V35]]>其中v11＝84I·G(1)·f(t1)；v12＝85I·G(2)·f(t1)；v13＝86I·G(3)·f(t1)；v14＝87I·G(4)·f(t1)；v15＝88I·G(5)·f(t1)；v21＝85I·G(1)·f(t2)；v22＝86I·G(2)·f(t2)；v23＝87I·G(3)·f(t2)；v24＝88I·G(4)·f(t2)；v25為空；v31＝86I·G(1)·f(t3)；v32＝87I·G(2)·f(t3)；v33＝88I·G(3)·f(t3)；v34為空；v35為空。
將上述放大器輸出的信號(hào)vij選擇適當(dāng)公式進(jìn)行組合，并經(jīng)過簡(jiǎn)單運(yùn)算和消除相同的因子，得到第一實(shí)施例中的公式(1)。同樣按照第一實(shí)施例的推理運(yùn)算，即可完成鍶同位素的質(zhì)譜分析。
綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例所述的方法至少要包括5個(gè)接收器，其所接收鍶同位素的質(zhì)量數(shù)分別為84、85、86、87、88，然后至少在3個(gè)不同的測(cè)試時(shí)間點(diǎn)分別測(cè)量相應(yīng)的電壓信號(hào)，而構(gòu)成一個(gè)完整的測(cè)量周期。
以上描述表明，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是非常明顯的，這些優(yōu)點(diǎn)可以歸納如下1、可對(duì)鍶的稀釋分析作標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算，以克服同位素分餾，從而提高含量計(jì)算的可靠性。
2、可從稀釋分析中計(jì)算出所需要的天然同位素比值，在等于或小于最佳稀釋度內(nèi)，使所得比值的精度和準(zhǔn)度與虛稀釋分析相當(dāng)。因此，本發(fā)明使得化學(xué)分析和質(zhì)譜分析的工作量各減少一半以上，達(dá)到事半功倍的效果。
3、在進(jìn)行非稀釋分析時(shí)，可自動(dòng)校正稀釋劑對(duì)化學(xué)流程的污染和在質(zhì)譜計(jì)內(nèi)產(chǎn)生的記憶效應(yīng)。
4、待測(cè)的離子流保持相對(duì)穩(wěn)定，而每個(gè)工作的接收器僅僅檢測(cè)單一質(zhì)量數(shù)的離子流，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中跳掃的缺點(diǎn)，使得測(cè)量分析過程更加簡(jiǎn)單，易于操作。
5、本發(fā)明方法不僅可以應(yīng)用于稀釋分析，而且可以不作任何改動(dòng)，同樣應(yīng)用于虛稀釋分析，其數(shù)據(jù)的精度和準(zhǔn)度都好于常規(guī)分析法。
6、由于本方法得到的是同一份樣品的87Sr/86Sr比值和86Sr的含量，所以不受地質(zhì)樣品不均勻性的影響。
此處描述的本發(fā)明在所具體描述的內(nèi)容基礎(chǔ)上很容易產(chǎn)生變化、修正和/或補(bǔ)充，可以理解的是所有這些變化、修正和/或補(bǔ)充都包括在本發(fā)明的上述描述的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鍶同位素質(zhì)譜分析的方法，其使用多接收質(zhì)譜計(jì)對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行測(cè)量，其特征在于該質(zhì)譜計(jì)包含有不少于五個(gè)的接收器Fj(j＝1-5)，該接收器所接收的鍶同位素質(zhì)量數(shù)固定不變，質(zhì)量數(shù)84、85、86、87、88由不同的接收器F1、F2、F3、F4、F5所接收；通過該接收器進(jìn)行不少于3次的測(cè)量，第一次測(cè)量時(shí)至少讀取接收器F1、F2、F3、F4、F5所對(duì)應(yīng)的電壓值v1j(j＝1-5)，第二次測(cè)量時(shí)至少讀取接收器F2、F3、F4、F5所對(duì)應(yīng)的電壓值v2j(j＝1-4)，第三次測(cè)量時(shí)至少再讀取接收器F3、F4、F5所對(duì)應(yīng)的電壓值v3j(j＝1-3)；至少利用下面三個(gè)關(guān)系式(84Sr/86Sr)n·(88Sr/86Sr)n＝(v11·v33)/(v13·v31)、[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]1＝(v14·v23)/(v13·v24)、[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]2＝(v23·v32)/(v22·v33)；和利用下述兩種關(guān)系式中的一種或兩種非稀釋分析中的(88Sr/86Sr)n＝8.37521；稀釋分析中的[S1-(84Sr/86Sr)n]/[(84Sr/86Sr)n-N1]＝[S2-(88Sr/86Sr)n]/[(88Sr/86Sr)n-N2]以及Ni＝(87Sr/86Sr)n+[(87Sr/86Sr)n-Si]·(N1-M1)/(M1-S1)；其中上述關(guān)系式中(84Sr/86Sr)n、(87Sr/86Sr)n、(88Sr/86Sr)n為待求的經(jīng)過同位素分餾校正過的84Sr/86Sr、87Sr/86Sr、88Sr/86Sr標(biāo)準(zhǔn)化值；S1、Si、S2分別為稀釋劑中的84Sr/86Sr、87Sr/86Sr、88Sr/86Sr參數(shù)，其為已知量；N1、N2分別為待測(cè)樣品中天然鍶的84Sr/86Sr和88Sr/86Sr參數(shù)，其為已知量；Ni相當(dāng)于稀釋劑干擾校正后的(87Sr/86Sr)n，M1為待測(cè)樣品和稀釋劑混合的(84Sr/86Sr)n；從而在一個(gè)測(cè)試周期內(nèi)同時(shí)獲得了待測(cè)樣品中的至少兩個(gè)(87Sr/86Sr)n的測(cè)量值，即[(87Sr/86Sr)n]1=(V14·V23)·K/(V13·V24)]]>[(87Sr/86Sr)n]2=(V23·V32)·K/(V22·V33)]]>其中K為(88Sr/86Sr)n值。
2.如權(quán)利要求1或2所述的一種鍶同位素質(zhì)譜分析的方法，其中，該方法更具體是指通過該接收器進(jìn)行5次的測(cè)量，每次測(cè)量時(shí)均讀取接收器F1、F2、F3、F4、F5所對(duì)應(yīng)的電壓值vij(i＝1-5，j＝1-5)；至少利用下面六個(gè)關(guān)系式[(84Sr/86Sr)n·(88Sr/86Sr)n]1＝(v11·v33)/(v13·v31)、[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]1＝(v14·v23)/(v13·v24)、[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]2＝(v23·v32)/(v22·v33)、[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]3＝(v32·v41)/(v31·v42)、[(87Sr/86Sr)n·(87Sr/88Sr)n]4＝(v41·v51)/(v51·v45)、[(84Sr/86Sr)n·(88Sr/86Sr)n]2＝(v34·v51)/(v31·v54)；和利用下述兩種關(guān)系式中的一種或兩種非稀釋分析中的(88Sr/86Sr)n＝8.37521；稀釋分析中的[S1-(84Sr/86Sr)n]/[(84Sr/86Sr)n-N1]＝[S2-(88Sr/86Sr)n]/[(88Sr/86Sr)n-N2]以及Ni＝(87Sr/86Sr)n+[(87Sr/86Sr)n-Si]·(N1-M1)/(M1-S1)；從而在一個(gè)測(cè)試周期內(nèi)同時(shí)獲得了待測(cè)樣品中的至少四個(gè)(87Sr/86Sr)n的測(cè)量值，即[(87Sr/86Sr)n]1=(V14·V23)·K/(V13·V24)]]>[(87Sr/86Sr)n]2=(V23·V32)·K/(V22·V33)]]>[(87Sr/86Sr)n]3=(V32·V41)·K/(V41·V42)]]>[(87Sr/86Sr)n]4=(V41·V55)·K/(V51·V45)]]>其中K為(88Sr/86Sr)n值。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種鍶同位素質(zhì)譜分析的方法，其中，該方法還包括通過所述的關(guān)系式可獲得稀釋劑和樣品的混合比(84Sr/86Sr)n和(88Sr/86Sr)n值。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的一種鍶同位素質(zhì)譜分析的方法，其中，所述的質(zhì)譜計(jì)還包括有和所述的接收器相連的放大器，通過該放大器的輸出端讀取電壓值v1j、v2j、v3j。
5.如權(quán)利要求4所述的一種鍶同位素質(zhì)譜分析的方法，其中，所述的放大器和接收器之間還連接有可控的繼電器矩陣，通過該繼電器矩陣來實(shí)現(xiàn)該放大器和接收器之間的通斷連接，從而在一個(gè)測(cè)量周期內(nèi)完成不少于3次電壓值v1j、v2j、v3j的讀取。
6.如權(quán)利要求1至5所述的任一種鍶同位素的定量比值一次質(zhì)譜分析的方法，其中，如果所述的稀釋劑的使用量為零時(shí)，關(guān)系式Ni＝(87Sr/86Sr)n+[(87Sr/86Sr)n-Si]·(N1-M1)/(M1-S1)仍然成立，此時(shí)，M1→N1，該關(guān)系式的第二項(xiàng)實(shí)際上趨于零，即為虛稀釋分析法。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種改良的鍶虛擬跳掃同位素質(zhì)譜分析方法，其將待測(cè)樣品使用多接收質(zhì)譜計(jì)進(jìn)行測(cè)量，該質(zhì)譜計(jì)包含有不少于五個(gè)的接收器，該接收器所接收的質(zhì)量數(shù)固定不變，不同的質(zhì)量數(shù)由不同的接收器所接收，并通過動(dòng)態(tài)的虛擬放大器的方式來讀取接收器輸出的電壓值，再利用一系列單個(gè)接收器的、體現(xiàn)已知量和未知量的特有關(guān)系式，即可得到待測(cè)樣品的同位素比值。本發(fā)明將鍶同位素的比值和含量測(cè)定合起來一次自動(dòng)完成，并且使得測(cè)量過程更加簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)G01N27/62GK1588034SQ20041006220
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日
發(fā)明者喬廣生, 儲(chǔ)著銀 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所